cache命中率习题.ppt

甘肃政法学院《《计算机组织与结构计算机组织与结构》》1 1、有一个具有、有一个具有2020位地址和位地址和3232位字长的存储器，问：位字长的存储器，问：(1)(1)该存储器能存储多少个字节的信息？该存储器能存储多少个字节的信息？(2)(2)如果存储器由如果存储器由512k512k××8 8位的位的SRAM SRAM 芯片组成，需多少芯片组成，需多少片？片？(3)(3)需多少位地址作芯片选择？需多少位地址作芯片选择？解：解：（（1 1）因为）因为3232位字长为位字长为4B4B，，2 22020 = 1M = 1024K, = 1M = 1024K,存储器容存储器容量为量为2 22020××4B = 4MB4B = 4MB，可存储，可存储4M4M字节的信息字节的信息（（2 2））SRAMSRAM芯片容量为芯片容量为512K512K××8 8位位 = 512KB = 0.5MB= 512KB = 0.5MB 所需芯片数目为：所需芯片数目为：4MB 4MB ÷÷ 0.5MB = 8 0.5MB = 8片片（（3 3）因为）因为2 21919 = 512K = 512K，即：芯片片内地址线，即：芯片片内地址线1919位。

又因位又因为地址线为为地址线为2020位，所以存储器容量为位，所以存储器容量为1M, 1M, 故需故需1 1位地址线位地址线作芯片片选选择（作芯片片选选择（CSCS），用），用A19A19选第选第1 1个模块，用个模块，用A19A19选第选第2 2个模块甘肃政法学院《《计算机组织与结构计算机组织与结构》》2 2、存储器容量为、存储器容量为64M64M，字长，字长6464位，模块位，模块数数m = 8m = 8，分别用顺序方式和交叉方式进，分别用顺序方式和交叉方式进行组织存储周期行组织存储周期T = 100ns,T = 100ns,数据总线数据总线宽度为宽度为6464位，总线周期位，总线周期τ= 10ns .τ= 10ns .问顺问顺序存储器和交叉存储器的带宽各是多少序存储器和交叉存储器的带宽各是多少？？ 甘肃政法学院《《计算机组织与结构计算机组织与结构》》解：信息总量：解：信息总量： q = 64q = 64位位 ××8 =5128 =512位位　　顺序存储器和交叉存储器读出　　顺序存储器和交叉存储器读出8 8个字的时间分别是：个字的时间分别是：　　　　　　t2 = 8t2 = 8××100ns=8100ns=8××1010-7-7 (s) (s)　　　　　　t1 = 100ns+7t1 = 100ns+7××10ns= 1.710ns= 1.7××1010-7-7 (s) (s)　　顺序存储器带宽是：　　顺序存储器带宽是：　　　　　　W2 =q/t2=512W2 =q/t2=512÷÷（（8 8××1010-7-7））=64 =64 ××10107 7（位（位/S/S））　　交叉存储器带宽是：　　交叉存储器带宽是：　　　　　　W1 =q/t1=512W1 =q/t1=512÷÷（（1.71.7××1010-7-7））=301=301××10107 7（位（位/S/S））甘肃政法学院《《计算机组织与结构计算机组织与结构》》3 3、、CPUCPU执行一段程序时执行一段程序时, cache, cache完成存取的次完成存取的次数为数为24202420次，主存完成存取的次数为次，主存完成存取的次数为8080次，次，已知已知cachecache存储周期为存储周期为40ns40ns，主存存储周期为，主存存储周期为240ns240ns，求，求cache/cache/主存系统的效率和平均访问主存系统的效率和平均访问时间。

时间 解：先求命中率解：先求命中率h h　　　　　　h=h=nc/(ncnc/(nc +nm ) +nm )＝＝24202420÷÷(2420(2420＋＋80)80)＝＝0.9680.968　　则平均访问时间为　　则平均访问时间为tata　　　　　　tata＝＝0.9680.968××4040＋＋(1-0.968) (1-0.968) ××240240＝＝46.4(ns)46.4(ns)　　　　　　r r ＝＝240240÷÷4040＝＝6 6　　　　cache/cache/主存系统的效率为主存系统的效率为e e　　　　　　e e＝＝1/[r1/[r＋＋(1(1－－r)r)××0.968]0.968]＝＝86.286.2％％甘肃政法学院《《计算机组织与结构计算机组织与结构》》4 4、假设主存存取周期是、假设主存存取周期是cachecache存取周期的存取周期的5 5倍，即倍，即T2T2＝＝5T1 5T1 ，在命中率，在命中率H H为为0.90.9和和0.990.99两两种情况下，分别计算存储系统的访问效率种情况下，分别计算存储系统的访问效率解：当解：当H H＝＝0.90.9时，时， e1e1＝＝1 1／／(0.9(0.9＋＋5(15(1－－0.9))0.9))＝＝0.720.72 当当H H＝＝0.990.99时，时， e2e2＝＝1 1／／(0.99(0.99＋＋5(15(1－－0.99))0.99))＝＝0.960.96甘肃政法学院《《计算机组织与结构计算机组织与结构》》5 5、在一个、在一个CacheCache存储系统中，主存储器的存储系统中，主存储器的访问周期、存储容量和单位价格分别为访问周期、存储容量和单位价格分别为60ns60ns、、64MB64MB和和1010元元/MB/MB，，CacheCache的访问周期的访问周期、存储容量和单位价格分别为、存储容量和单位价格分别为10ns10ns、、512KB512KB和和100100元元/MB/MB，，CacheCache的命中率为的命中率为0.980.98。

1)(1)计算这个计算这个CacheCache存储系统的等效访问周存储系统的等效访问周期、存储容量和单位价格期、存储容量和单位价格2)(2)计算这个计算这个CacheCache存储系统的访问效率存储系统的访问效率甘肃政法学院《《计算机组织与结构计算机组织与结构》》解：解：(1)(1)这个这个CacheCache存储系统的等效访问周期：存储系统的等效访问周期：T T＝＝TcTc H H ＋＋ TmTm（（1 1－－H H）） ＝＝10ns10ns××0.98 0.98 ＋＋ 60ns60ns××（（1 1－－0.980.98）） ＝＝11ns 11ns 等效存储容量：等效存储容量： S S＝＝64MB 64MB 等效单位价格：等效单位价格： C C＝（＝（Cc Sc Cc Sc ＋＋ Cm Cm SmSm））/ /（（Sc Sc ＋＋ SmSm）） ＝（＝（100100××0.50.5＋＋1010××6464））/ /（（0.50.5＋＋6464）） ＝＝10.7(10.7(元元/MB)/MB)(2)(2)这个这个CacheCache存储系统的访问效率：存储系统的访问效率： e e＝＝TcTc/T /T ＝＝10/11 10/11 ＝＝0.910.91甘肃政法学院《《计算机组织与结构计算机组织与结构》》6 6、在一个、在一个CacheCache存储系统中，当存储系统中，当CacheCache的块大小为一个字时，命中率的块大小为一个字时，命中率H H＝＝0.80.8；假设数据的重复利用率为；假设数据的重复利用率为5 5，计算块，计算块大小为４个字时，大小为４个字时，CacheCache存储系统的命存储系统的命中率是多少？假设主存存取周期是中率是多少？假设主存存取周期是cachecache存取周期的存取周期的5 5倍，即倍，即T2T2＝＝5T15T1，分，分别计算访问效率。

别计算访问效率甘肃政法学院《《计算机组织与结构计算机组织与结构》》预取技术提高命中率预取技术提高命中率方法：不命中时，把方法：不命中时，把M2M2存储器中相邻几个单元组成的一存储器中相邻几个单元组成的一个数据块都取出来送入个数据块都取出来送入M1M1存储器中存储器中   计算公式：算公式：其中：其中：H H’’是采用是采用预取技取技术之后的命中率之后的命中率 H H是原来的命中率是原来的命中率 n n为数据数据块大小与数据重复使用次数的乘大小与数据重复使用次数的乘积证明：采用明：采用预取技取技术，不命中率降低ｎ倍：，不命中率降低ｎ倍：甘肃政法学院《《计算机组织与结构计算机组织与结构》》解：解：n n＝＝4 4××5 5＝＝2020，采用，采用预取技取技术之后，之后，命中率提高到：命中率提高到：CacheCache的的块大小大小为一个字一个字时，，H H＝＝0.80.8，，访问效率效率为：：e e1 1＝＝1 1／／(0.8(0.8＋＋5(15(1－－0.8))0.8))＝＝0.550.55……CacheCache的的块大小大小为4 4个字个字时，，H H＝＝0.990.99，，访问效率效率为：：e e2 2＝＝1 1／／(0.99(0.99＋＋5(15(1－－0.99))0.99))＝＝0.960.96甘肃政法学院《《计算机组织与结构计算机组织与结构》》7 7、假设主存容量为、假设主存容量为512KB512KB，，CacheCache容量为容量为4KB4KB，每个字块为，每个字块为1616个字，每个字个字，每个字3232位。

位求：在直接映射方式下，主存地址字段的位求：在直接映射方式下，主存地址字段的位数分配 解：主存容量解：主存容量512K,(2512K,(2的的1919次方次方) )，主存地，主存地址为址为1919位每个字块为每个字块为1616个字，每个字个字，每个字3232位，即每个位，即每个字块为字块为2 26 6字节因此块内寻址需字节因此块内寻址需6 6为位，为位，CacheCache容量为容量为2 21212字节，可分为字节，可分为2 26 6块，块号地块，块号地址也是址也是6 6位，所以地址分配为位，所以地址分配为7 7、、6 6、、6 6甘肃政法学院《《计算机组织与结构计算机组织与结构》》8 8、某、某3232位计算机的位计算机的 cache cache 容量为容量为 16KB16KB，，cache cache 块的大小块的大小为为 16B16B，若主存与，若主存与 cache cache 的地址映射采用直接映射方式，的地址映射采用直接映射方式，则主存地址为则主存地址为 1234E8F81234E8F8（十六进制）的单元装入的（十六进制）的单元装入的 cache cache 地址为地址为 ？？解：解：CacheCache容量为容量为16KB,16KB,而而CacheCache块的大小为块的大小为16B16B（（2 2＾＾4 4个字个字节），因此节），因此CacheCache可分为可分为16KB/16B=1K=216KB/16B=1K=2＾＾10=102410=1024块，于是块，于是块地址占块地址占1010个二进制位，块内地址占个二进制位，块内地址占4 4个二进制位。

由于采个二进制位由于采用直接映像的方式，所以主存的后用直接映像的方式，所以主存的后1414位就是要装入的到位就是要装入的到CacheCache中的位置主存地址中的位置主存地址1234E8F81234E8F8是十六进制数，它的一是十六进制数，它的一个位对应个位对应4 4个二进制位，将各个位分别化为二进制数便把这个二进制位，将各个位分别化为二进制数便把这个数化成了二进制数，个数化成了二进制数，1234E8F81234E8F8对应的二进制数为：对应的二进制数为：1001000110100111010001111100010010001101001110100011111000，得，得CacheCache的地址为：的地址为：1010001111100010100011111000 甘肃政法学院《《计算机组织与结构计算机组织与结构》》9 9、容量为、容量为6464块的块的CacheCache采用组相联方采用组相联方式映像，字块大小为式映像，字块大小为128128字节，每字节，每4 4块块为一组，若主容量为为一组，若主容量为40964096块，且以字块，且以字编址，那么主存地址为（编址，那么主存地址为（________）位，）位，主存标志号为（主存标志号为（________）位。

位 甘肃政法学院《《计算机组织与结构计算机组织与结构》》解：组相联的地址构成为：主存标志号解：组相联的地址构成为：主存标志号+ +组号组号+ +块块号号+ +块内地址块内地址主存共主存共40964096块，每块块，每块128128个字节，所以其地址共个字节，所以其地址共1919位位 每每4 4块为一组，故共有组数块为一组，故共有组数 64/4 = 16 64/4 = 16 ，因为，因为2 24 4＝＝1616，因此需要，因此需要4 4位表示组号位表示组号每组每组4 4块，故表示块号需要块，故表示块号需要2 2位块内地址共块内地址共128128字节，字节，2 27 7＝＝128128，所以块内地需要，所以块内地需要7 7位表示主存标志号的位数＝主存标志号的位数＝19-7-4-2=619-7-4-2=6。