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计算机组成原理--cache存储器的直接映像与变换

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卖家[上传人]：wt****50

文档编号：37985689

上传时间：2018-04-25

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1、Cache 存储器的直接映像与变换1.直接映像的映像规则在 Cache 存储器的直接映像中，Cache 的块内地址就是主存地址格式中的块内地址，Cache 的块号等于主存块号除以 Cache 的总块数取余。设主存块号为 i，Cache 块号为j，Cache 块号的位数为 x 位，则主存的第 i 块将映像到 Cache 中第 i mod 2x 块的位置，即 j=i mod 2x。2.直接映像的主存地址、Cache 地址格式及设计方法主存地址格式为：Cache 地址格式为：Cache 地址格式中各段位数的确定方法：在采用 Cache 存储器的存储系统中，主存采用多模块交叉存储器，块的大小等于多模块交叉存储器中模块的个数，即若主存有 2x 个模块，则块内地址占 x 位；块号的位数等于 Cache 地址的位数减去块内地址的位数。主存地址格式中各段位数的确定方法：主存地址格式中块号的位数、块内地址的位数分别与 Cache 地址格式中块号的位数、块内地址的位数相同；区号的位数等于主存地址的位数减去块号的位数和块内地址的位数。3.举例例 1有一个“Cache-主存”存储层次。主存共分为 8 个块（0

2、7），Cache 为 4 个块（03），采用直接映象方式。(1)对于如下主存块地址流：1，2，4，1，3，7，0，1，2，5，4，6，4，7，2，如主存中内容一开始未装入 Cache，请列出每次访问后 Cache 中各块的分配情况；(2)对于(1)，指出既发生块失效又发生块争用的时刻；(3)对于(1)，求出此期间的 Cache 命中率。解：(1)随时间变化 Cache 中各块的使用状况如下图所示：(2)既发生块失效又发生块争用的时刻依次为 6、7、10、11、12、15。(3)Cache 的命中率为 0.33。例 2某计算机的主存地址空间大小为 256MB，按字节编址，指令 Cache 和数据 Cache分离，均有 8 个 Cache 行，每个 Cache 行大小为 64B。数据 Cache 采用直接映射方式，现有两个功能相同的程序 A 和 B，其伪代码如下所示：假定 int 类型数据用 32 位补码表示，程序编译时 i、j、sum 均分配在寄存器中，数组 a按行优先方式存放，其首地址为 320（十进制数）。请回答下列问题，要求说明理由或给出计算过程。(1)若不考虑 Cache 一致性

3、维护和替换算法的控制位，则数据 Cache 的总容量为多少？(2)数组元素 a031和 a11各自所在的主存块对应的 Cache 行号分别是多少（Cache行号从 0 开始）？(3)程序 A 和 B 的数据访问命中率各是多少？哪个程序的执行时间更短？解：(1)主存地址格式为：Cache 地址格式为：若不考虑用于 Cache 一致性维护和替换算法的控制位，则每个 Cache 行要占用 1 位的有效位、19 位的行标记和 64B（即 512 位）的数据位，因此数据 Cache 的总容量为：8(1+19+512)=4256 位=532 字节(2)数组元素 a031所在的主存块对应的 Cache 行号为：（320（025631）4）div 26）mod 236数组元素 a11所在的主存块对应的 Cache 行号为：（320（12561）4）div 26）mod 235(3)每个 Cache 行包含 16 个用 32 位补码表示的整数并且按行优先方式存放，对于程序A，每次 Cache 不命中时，将从主存中调入一个 Cache 行，由于数组元素按行的方式访问，则接下来对该 Cache 行中的其它 15 个元素的访问均会命中，所有 Cache 行均会被依次访问 16 个元素且不重复（一次不命中），则访问数据 Cache 的命中率为：15/1693.75。对于程序 B，每次 Cache 不命中时，将从主存中调入一个 Cache 行，由于数组元素按列的方式访问，依次访问的元素均位于不同的 Cache 行中，由于 Cache 空间只能存放 8个 Cache 行，每次访问 Cache 不命中时调入 Cache 的行还没等到第二次访问就被其它的Cache 行所替换，则访问数据 Cache 的命中率为：0。由于执行程序 A 时 Cache 的命中率高，因此程序 A 的执行时间更短。

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