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1、一、在页式虚拟存储器中，一个程序由04 共5 个虚页组成，在程序执行过程中，访存虚页地址流为：0，1，0，4，3，0，2，3，1，3假设分配给这个程序的主存空间有3 个实页，分别采用FIFO、LRU 和OPT 替换算法进行替换调度。（1）分别画出3 种替换算法对主存3 个实页位置的使用过程。（2）分别计算3 种替换算法的主存命中率。解（1）分别用FIFO、LRU 和OPT 替换算法对主存3 个实页位置的使用过程如图（2）由使用过程可得：FIFO 替换算法的主存命中率为：H1=2/10=0.20；LRU 替换算法的主存命中率为：H2=4/10=0.40；OPT 替换算法的主存命中率为：H3=5/
2、10=0.50。二、有一个Cache 存储器，主存有8 块（07） ，Cache 有4 块（03） ，采用组相联映像，组内块数为2 块。采用LRU 替换算法。（1）写出主存地址和Cache 地址的格式，并指出各字段的长度。（2）指出主存各块与Cache 各块之间的映像关系。（3）某程序运行过程中，访存的主存块地址流为：1，2，4，1，3，7，0，1，2，5，4，6，4，7，2说明该程序访存对Cache 的块位置的使用情况，指出发生块失效且块争用的时刻，计算Cache 命中率。解：（1）采用组相联映像时，主存地址格式和Cache 地址格式为：主存按Cache 大小划分为区，主存容量为8 块，Ca
3、che 容量为4 块，故主存分为2 个区，区号E 的长度为1 位。组内有2 块，故组内块号B 和b 的长度都是1 位。Cache 被分为2 组，故组号g 的长度是1 位；主存的一个区也被分为2 组，故区内组号G 的长度也是1 位。块内地址W 和w 的长度由块的大小确定，由本题给出的条件，不能确定块的大小，因而不能确定W 和w 的长度。（2）组相联映像规定：主存的组到Cache 的组之间是直接映像，对应组的块之间是全相联映像。因此，主存块07 与Cache 块03 之间的映像关系如图4.15 所示。可得出主存块07 与Cache 块03 之间的映像关系是：主存块0、1、4、5 只能装入Cache
4、 块0、1 的任何块位置上主存块 2、3、6、7 只能装入 Cache 块 2、3 的任何块位置上（3）采用LRU 替换算法时，Cache 的块03 被该程序使用的过程如图4.16 所示。需要注意的是：当装入Cache 块0 和块1 位置上的主存块发生块冲突时，就要由替换算法指定其中的被替换主存块；当装入Cache 块2 和块3 位置上的主存块发生块冲突时，也要由替换算法指定其中的被替换主存块。因此，当Cache 的4 个块位置（03）都被装入时，其中的2 个主存块就会被指定为被替换块。在图4.16 中用星号“*”标示被替换算法指定的被替换块。发生块失效且块争用时需要进行替换，在Cache 使
5、用过程中，发生块失效且块争用的时刻有：t6, t7, t9, t10, t11, t12, t14, t15。命中3 次：在t4 时，命中Cache 块0 位置上的主存块1；在t8 时，再次命中主存块1；在t13 时，命中Cache 块0 位置上的主存块4。Cache 命中率为H=3/15=0.20。三、假设某程序不计访存时间的指令执行时间都为2 个时钟周期，平均每条指令访存1.33 次。增设Cache 后，程序访存命中Cache 的概率为98%，命中Cache 时指令用于访存所需时间为2 个时钟周期，未命中Cache 时指令用于访存所需时间为50 个时钟周期。请分别计算不设置Cache 和增
6、设Cache 两种情况下的程序的指令平均执行时间（指令平均时钟周期数） ，以及增设Cache 相对于不设置Cache 的加速比。解:不设置 Cache 时，平均每条指令访存所需时间为：501.33=66.5 时钟周期不计访存时间的指令平均执行时间为2 个时钟周期，所以，包括访存时间在内的指令执行的平均时钟周期数为：CPIM= 66.5+2 = 68.5 时钟周期增设Cache 后，平均每条指令一次访存所需时间为：T = HTc+(1H)TM= 0.982+(10.98)50=2.96 时钟周期包括访存时间在内的指令执行的平均时钟周期数为：CPI= 2.961.33+2 = 5.94 时钟周期增设Cache 相对于不设置Cache 的加速比为：S = CPIM/CPI=68.5/5.94=11.53
