计算机组成原理-存储器习题讲解续(390614-16班)

89计算机组成原理第四次作业续(390614/15/16班)90教材教材第第152152页页第第4.294.29题题™假设CPU执行某段程序时共访问Cache命中4800次，访问主存200次，已知Cache的存取周期是30ns，主存的存取周期是150ns，求Cache的命中率以及Cache-主存系统的平均访问时间和效率，试问该系统的性能提高了多少？91教材教材第第152152页页第第4.294.29题题™假设CPU执行某段程序时共访问Cache命中4800次，访问主存200次，已知Cache的存取周期是30ns，主存的存取周期是150ns，求Cache的命中率以及Cache-主存系统的平均访问时间和效率，试问该系统的性能提高了多少？™cache命中率：4800/（4800+200）=0.96™平均访问时间：30*0.96+(150+30)*(1-0.96)=36ns™效率=访问Cache的时间/平均访问时间=30/36=83.3%™性能提高：主存访存时间/平均访存时间=150/36=4.17倍92教材教材第第152152页页第第4.364.36题题™以写入10010110为例，比较调频制和改进调频制的写电流波形图¾FM和MFM写电流在位周期中心处的变化规则相同；¾MFM除连续一串0时两个0周期交界处电流仍变化外，基本取消了位周期起始处的电流变化；¾FM记录一位二进制代码最多两次磁翻转，MFM记录一位二进制代码最多一次磁翻转，因此MFM的记录密度可提高一倍。上图中示出了在MFM时位周期时间缩短一倍的情况。由图可知，当MFM记录密度提高一倍时，其写电流频率与FM的写电流频率相当。¾由于MFM并不是每个位周期都有电流变化，故自同步脉冲的分离需依据相邻的两个位周期的读出信息产生，自同步技术比FM复杂得多。93教材教材第第152152页页第第4.384.38题题™磁盘组有6片磁盘，最外两侧盘面可以记录，存储区域内径22cm，外径33cm，道密度为40道/cm，内层密度为400位/cm，转速3600转/分。™共有多少存储面可用？™共有多少柱面？™盘组总存储容量是多少？™数据传输率是多少？94教材教材第第152152页页第第4.384.38题题™磁盘组有6片磁盘，最外两侧盘面可以记录，存储区域内径22cm，外径33cm，道密度为40道/cm，内层密度为400位/cm，转速3600转/分。™共有多少存储面可用：6X2=12面™共有多少柱面:((33-22)/2)*40=220道™盘组总存储容量是多少：2*3.14*（22/2）*400*220*12bits™数据传输率是多少：2*3.14*（22/2）*400/(60/3600)bit/s95教材教材第第153153页页第第4.394.39题题™某磁盘存储器转速为3000转/分，共有4个记录盘面，每毫米5道，每到记录信息12288字节，最小磁道直径为230mm，共有275道，求：™磁盘存储器的存储容量™最高位密度（最小磁道的位密度）和最低位密度™磁盘数据传输率™平均等待时间96教材教材第第153153页页第第4.394.39题题™某磁盘存储器转速为3000转/分，共有4个记录盘面，每毫米5道，每到记录信息12288字节，最小磁道直径为230mm，共有275道，求：™磁盘存储器的存储容量：275*12288*4Byte™最高位密度:12288/230*3.14=17B/mm=136b/mm™最低位密度:12288/(230+275/5*2)*3.14=11B/mm=92b/mm™磁盘数据传输率:12288/(60/3000)=614400B/s™平均等待时间:(60*1000/3000)/2=10ms97补充题补充题11™™某计算机的存储系统由某计算机的存储系统由CacheCache和主存组成。若所访问的字在和主存组成。若所访问的字在CacheCache中，中，则存取它需要则存取它需要10ns10ns；将所访问的字从主存装入；将所访问的字从主存装入CacheCache需要需要60ns60ns。假定。假定CacheCache的命中率为的命中率为0.90.9，计算该存储系统访问一个字的平均存取时间。，计算该存储系统访问一个字的平均存取时间。™™平均存取时间：平均存取时间：10ns10ns**0.9+(60ns+10ns)*(10.9+(60ns+10ns)*(1--0.9)=16ns0.9)=16ns98补充题补充题22™™假设一假设一44路组相联路组相联CacheCache，，64KB64KB数据存储空间大小数据存储空间大小64KB64KB，块大小为，块大小为1616字节，主存地址字节，主存地址3232位，主存一个字包含位，主存一个字包含44个字节，个字节，CacheCache采用写采用写回策略，每个数据块包括回策略，每个数据块包括11位有效位，位有效位，CacheCache每个字用每个字用11位脏位来表位脏位来表示是否被修改。示是否被修改。（（11））CPUCPU如何解释主存地址（主存地址格式）如何解释主存地址（主存地址格式）（（22）计算实现该）计算实现该CacheCache所需总存储容量所需总存储容量99补充题补充题22™™假设一假设一44路组相联路组相联CacheCache，，64KB64KB数据存储空间大小数据存储空间大小64KB64KB，块大小为，块大小为1616字节，主存地址字节，主存地址3232位，主存一个字包含位，主存一个字包含44个字节，个字节，CacheCache采用写回策略，每个数据块包括采用写回策略，每个数据块包括11位有效位，位有效位，CacheCache每个字用每个字用11位脏位来表示是否被修改。位脏位来表示是否被修改。（（11））CPUCPU如何解释主存地址（主存地址格式）如何解释主存地址（主存地址格式）（（22）计算实现该）计算实现该CacheCache所需总存储容量所需总存储容量™™解：解：(1)(1)主存容量：主存容量：2^32=4GBytes2^32=4GBytesCacheCache容量：容量：64KBytes64KBytesBlockBlock大小：大小：16Bytes16BytesWayWay：：4ways(cache4ways(cache每组含每组含44个个Block)Block)CacheCache组数：组数：64KB/(16B64KB/(16B**4)=2^8=2564)=2^8=256组组主存每组块数主存每组块数=4GBytes/(16Bytes=4GBytes/(16Bytes**256256组组)=2^20)=2^20块块//组组主存地址：主存地址：3232位，高位，高2020位为组内块地址，中间位为组内块地址，中间88位为组地址，低位为组地址，低44位为块内地址位为块内地址cachecache的的TagTag：：2525位位=1=1位有效位位有效位+4+4位脏位位脏位(4(4个字个字)+20)+20位组内块地址位组内块地址(2)(2)实现实现cachecache的总存储量：的总存储量：每每cachecache行组成：行组成：2525位位Tag+128Tag+128位数据位数据(16Bytes)(16Bytes)实现实现CacheCache的总存储容量的总存储容量:(25+:(25+128)*(64K/16)=612Kbits=76.5KBytes128)*(64K/16)=612Kbits=76.5KBytes组内块地址(tag)块内偏移组地址2048100™某计算两个向量点积的函数如下：floatdotprod(floatx[8],floaty[8]){floatsum=0.0;inti;for(i=0;i8;i++)sum+=x[i]*y[i];returnsum;}假设：（1）浮点数占4字节，数组x被加载到主存从地址0开始的32字节连续存储区中，数组y被加载在紧跟x之后的连续存储区中，sum为寄存器变量，不需要存储器空间。（2）容量仅为32字节的Cache采用组相联映像方式，分2个组，数据块大小16字节，初始为空。要求：（1）分析数组x和y的时间局部性和空间局部性（2）计算该函数运行时Cache的命中率（3）如命中率不理想，提出一种简单改进函数的方法以提高命中率补充题补充题33101补充题补充题33™Cache容量32字节，块大小16字节，共2块，分2组™数组所在主存区域64字节，共4块，分2组0…1516…310…1516…3132…4748…63Cache内存Y[0]X[0]X[7]Y[7]102补充题补充题33命中率：X[0]—主存0~3字节，未命中，将0~15字节调入cache的组0Y[0]—主存32~35字节，未命中，将32~47字节调入cache的组0，替换掉0~15字节X[1]—主存4~7字节，未命中，将0~15字节调入cache的组0，替换掉32~47字节……X[4]—主存16~19字节，未命中，将16~31字节调入cache的组1Y[4]—主存48~51字节，未命中，将48~63字节调入cache的组1，替换掉16~31字节X[5]—主存20~23字节，未命中，将16~31字节调入cache的组1，替换掉48~63字节……16次访存全未命中，cache命中率为0改进方法：本题cache命中率很低是因为相邻两次访存的内存块对应的cache块相同，从而导致频繁cache块替换，在不改变现有cache的情况下，要想提高cache命中率，需调整数据使得相邻两次访存的内存块对应的cache块不相同即可。