计算机组成与结构课后习题

二、问答题

1、在一个Cache存储系统中，主存储器的访问周期、存储容量和单位价格分别为60ns、64MB和10元/MB，Cache的访问周期、存储容量和单位价格分别为10ns、512KB和100元/MB，Cache的命中率为0.98。
(1)计算这个Cache存储系统的等效访问周期、存储容量和单位价格。
(2)计算这个Cache存储系统的访问效率。

2、在一个Cache存储系统中，当Cache的块大小为一个字时，命中率H＝0.8；假设数据的重复利用率为5，计算块大小为４个字时，Cache存储系统的命中率是多少？假设T2＝5T1，分别计算访问效率。

3、在一个Cache存储系统中，Cache的访问周期为10ns，主存储器的访问周期为60ns，每个数据在Cache中平均重复使用4次。当块的大小为1个字时，存储系统的访问效率只有0.5，现在要通过增加块大小，使存储系统的访问效率达到0.94。
(1)当存储系统的访问效率为0.5时，计算命中率和等效访问周期。
(2)为了使存储系统的访问效率达到0.94，命中率和等效访问周期应该提高到多少？
(3)为了使存储系统的访问效率从0.5提高到0.94，块的大小至少增加到几个字？

4、在一个Cache存储系统中，Cache的访问周期、存储容量和价格分别为5ns、256KB和50元/MB，主存储器的访问周期、存储容量和价格分别为30ns、128MB和5元/MB，当块的大小为1个字时，存储系统的命中率为0.8。当把块大小增加到4个字时，存储系统的访问效率达到0.95。
(1)计算这个Cache存储系统的等效存储容量和单位容量的等效价格。
(2)当块的大小为1个字时，计算这个存储系统的等效访问周期和访问效率。
(3)当存储系统的访问效率达到0.95时，命中率和等效访问周期提高到多少？
(4)为了使存储系统的访问效率达到0.95，Cache中每个字的平均访问次数至少为几次？

5、一个虚拟存储器按字节编址，最多有256个用户，每个用户最多要用4096页，每页1K字节。主存容量16M字节，快表按地址访问，共32个存储字，快表地址码经散列变换得到，为减少散列冲突，快表分为两组，有两套独立的相等比较电路。
(1)写出多用户虚地址和主存地址的格式，并标出各字段的长度。
(2)散列变换部件的输入位数和输出位数各为多少？
(3)每个相等比较电路的位数是多少？
(4)快表每个存储字的总长度为多少位？分哪几个字段？各字段的长度为多少位？
(5)画出多用户虚地址经快表变换成主存地址的逻辑示意图。

6、在页式虚拟存储器中，一个程序由P1～P5共5个页面组成。在程序执行过程中依次访问到的页面如下：
P2，P3，P2，P1，P5，P2，P4，P5，P3，P2，P5，P2
假设系统分配给这个程序的主存有3个页面，分别采用FIFO、LRU和OPT三种页面替换算法对这3页主存进行调度。
(1) 画出主存页面调入、替换和命中的情况表。
(2) 统计三种页面替换算法的页命中率。

7、在页式虚拟存储器中，一个程序由P1～P6共6个页面组成，系统分配给这个程序的主存只有4个页面。在程序开始执行之前，P1至P4已经装入主存。程序执行过程中依次访问到的页面如下：
P1，P2，P3，P4，P5，P3，P6，P5，P2，P1，P5，P2。
分别采用LRU和OPT页面替换算法对这4页主存进行调度。
(1)画出主存页面替换和命中的情况表。
(2)计算两种页面替换算法的页命中率。
(3)假设每个数据平均被访问20次，采用LRU页面替换算法，为了使页面失效率不大于10-5，计算页面大小至少应该为多少？

8、在一个采用组相联映象方式的Cache中，Cache的容量为16KB。主存采用模8低位交叉方式访问，每个存储体的字长为32位，总容量为8MB。要求Cache的每一块在一个主存周期内分别从8个存储体中取得，Cache的每一组内共有4块。要求采用按地址访问存储器方式构成相联目录表，实现主存地址到Cache地址的变换，并采用8个相等比较电路。
(1)设计主存地址格式，并标出各字段的长度。
(2)设计Cache地址格式，并标出各字段的长度。
(3)相联目录表的行数（即地址个数）是多少？
(4)设计相联目录表每一行的格式，并标出每一个字段的长度。
(5)每个比较电路的位数是多少？

9、对于一个采用组相联映象方式和FIFO替换算法的Cache，发现它的等效访问时间太长；为此，提出如下改进建议：
(1)增大主存的容量。 (2)提高主存的速度。 (3)增大Cache的容量。 (4)提高Cache的速度。 (5)Cache的总容量和组大小不变，增大块的大小。 (6)Cache的总容量和块大小不变，增大组的大小。 (7)Cache的总容量和块大小不变，增加组数。 (8)替换算法由FIFO该为LFU。请分析以上改进建议对等效访问时间有何影响，其影响的程度如何？