计算机组成原理学习笔记第4章 4.11——高速缓冲存储器例题选讲

有诗云:苔花如米小,也学牡丹开。——袁枚
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1️⃣例1

①题目描述

例1 假定主存和Cache之间采用直接映射方式,块大小为16B。Cache数据区容量为64KB,主存地址为32位,按字节编址,数据字长32位

②题目要求

1)给出直接映射方式下主存地址划分
2)完成Cache访问的硬件实现
3)计算Cache容量

③问题解答

解:

1)给出直接映射方式下主存地址划分
在这里插入图片描述
2)完成Cache访问的硬件实现
在这里插入图片描述
3)计算Cache容量(假定Cache中除数据和标记外还包含一位有效位。

由第一问的解答可知:Tag 为16 bit
由题目条件及Cache的工作原理知:
Cache每行数据存储体容量为 16*8 = 128 bit
Cache 每行的总存储容量为: 1+ 16 + 128 = 145 bit
Cache 总容量为:4096 ×(1+16 +128)= 580Kbit

2️⃣例2

①题目描述

例2 设某机内存容量为16MB,Cache的容量16KB,每块8个字,每个字32位.设计一个四路组相联映射(即Cache内每组包含4个字块)的Cache组织方式。

②题目要求

1)求满足组相联映射的主存地址字段中各字段的位数
2)设Cache的初态为空,CPU从主存第0号单元开始连续访问100个字(主存一次读出一个字),重复此次序读8次,求存储访问的命中率
3)若Cache的速度是主存速度的6倍,求存储系统访问加速比

③问题解答

解:

1)求满足组相联映射的主存地址字段中各字段的位数
在这里插入图片描述
2)设Cache的初态为空,CPU从主存第0号单元开始连续访问100个字(主存一次读出一个字),重复此次序读8次,求存储访问的命中率
在这里插入图片描述
3)若Cache的速度是主存速度的6倍,求存储系统访问的加速比

设Cache的存取周期为t,则主存存取周期为6t

直接从内存读取所有数据所需时间为:
Tnc = 800 * 6t = 4800t
通过Cache访问800个数据的时间为:
Tc = 13 * 6t +(800-13) * t = 865t
存储系统访问的加速比
S = Tnc /Tc = ( 4800t/865t) = 5.5

3️⃣例3

①题目描述及要求

例3 局部性分析。以下程序A和B中,哪一个对数组A[2048][2048]引用的空间局部性更好?时间局部性呢?变量sum的空间局部性和时间局部性如何?

②问题解答

在这里插入图片描述
0️⃣时间局部性和空间局部性的程序结构体现

在这里插入图片描述
1️⃣程序段A
在这里插入图片描述
2️⃣程序段B
在这里插入图片描述

★小总结:在上一节的学习中,学习到了替换算法。本节内容通过习题练习学习到了高速缓冲存储器的相关知识,通过本节内容的学习与记录,对高速缓冲存储器有了进一步的了解。

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笔记内容学习资料:计算机组成原理微课版(谭志虎、秦磊华等编著)
课件资料及视频学习:MOOC计算机组成原理(华中科大)
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