計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題課(第2-7章)-2016

1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題內(nèi)容習(xí)題內(nèi)容7.9，7.10，7.11， 7.12， 7.146.7，6.85.8，5.9, 5.113.8，3.10，3.112.14(補(bǔ)充補(bǔ)充)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題2.14（補(bǔ)充）（補(bǔ)充）v 人工模擬以下MIPS程序的單條指令運(yùn)行方式，在表中用16進(jìn)制編碼記錄每一步產(chǎn)生的結(jié)果（不得借助模擬軟件）。v .datav n: .word 3;n和x是偏移地址v x: .double 0.5 v .textv LD R1, n(R0);R1裝入雙字3(64位)v L.D F0, x(R0);F0裝入雙精度浮點(diǎn)數(shù)0.5(64位)v DADDI R2,

2、R0, 1 ; R2 1v MTC1 R2, F11 ;把通用寄存器R2中的低32位傳送到浮點(diǎn)寄存器F11的低32位v CVT.D.L F2, F11 ;把F11中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成雙精度浮點(diǎn)數(shù)，送給F2。v loop: MUL.D F2, F2, F0 ; F2 F2*F0v DADDI R1, R1, -1 ; decrement R1 by 1v BNEZ R1, loop ; if R10 continuev HALT ; 此條不填表v ：MIPS浮點(diǎn)數(shù)的格式是IEEE754計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題2.14v IEEE754v 為便于軟件的移植，浮點(diǎn)數(shù)的表示格式應(yīng)該有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（定

3、義）。1985年IEEE提出了IEEE754標(biāo)準(zhǔn)。v 該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定基數(shù)為2，階碼E用移碼表示，尾數(shù)M用原碼表示，根據(jù)原碼的規(guī)格化方法，最高數(shù)字位總是1，該標(biāo)準(zhǔn)將這個(gè)1缺省存儲(chǔ)，使得尾數(shù)表示范圍比實(shí)際存儲(chǔ)的多一位。emrmN計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題2.14v雙精度浮點(diǎn)數(shù)類型類型數(shù)符數(shù)符階碼階碼尾數(shù)尾數(shù)總位數(shù)總位數(shù)指數(shù)偏移指數(shù)偏移短實(shí)數(shù)1位8位23位32位127長實(shí)數(shù)1位11位52位64位10230.5的二進(jìn)制表示：0.1=1.0*(10)-1尾數(shù)：(1).0000階碼：-1+1023=0 x3fe 0 x3fe00000000000001的二進(jìn)制表示：1.0=1.0*(10)0尾數(shù)(1

4、).0000階碼：0+1023=0 x3ff 0 x3ff0000000000000計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題2.14序號(hào)結(jié)果寄存器結(jié)果值（16進(jìn)制）1R100000000000000032F03fe00000000000003R200000000000000014F1100000000000000015F23ff00000000000006F23fe00000000000007R100000000000000028無無9F23fd000000000000010R1000000000000000111無無12F23fc000000000000013R10000000000000000

5、14無無v n: .word 3v x: .double 0.5 v vLD R1, n(R0)v L.D F0, x(R0)v DADDI R2, R0, 1 v MTC1 R2, F11 v CVT.D.L F2, F11 v loop: MUL.D F2, F2, F0 v DADDI R1, R1, -1 v BNEZ R1, loop v HALT 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題3.8v12345乘法加法tttt2t計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題3.8v如圖，在18個(gè)t時(shí)間中，給出了7個(gè)結(jié)果，所以TP=7/18 t如果不用流水線，一次求積3 t，一次求和5t，則T=(4*

6、5+3*3) t=29 t,因此S=29 t/18 t=1.61E=(4*5+3*3)/5*18=0.322計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題3.10v 有一個(gè)5段流水線，各段執(zhí)行時(shí)間均為t，其預(yù)約表如下 時(shí)間時(shí)間功能段功能段1234567S1S2S3S4S5(1)畫出流水線任務(wù)調(diào)度的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。(2)分別求出允許不等時(shí)間間隔調(diào)度和等時(shí)間間隔調(diào)度的兩種最優(yōu)調(diào)度策略，以及這兩種調(diào)度策略的流水線最大吞吐率。(3)若連續(xù)輸入10個(gè)任務(wù)，求這兩種調(diào)度策略的流水線實(shí)際吞吐率和加速比。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題3.10v1001011011011001111011115522554計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)

7、構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題3.10（2）由狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖可得不發(fā)生段爭(zhēng)用沖突的調(diào)度策略以及平均延遲時(shí)間如下所示。調(diào)度策略調(diào)度策略平均延遲時(shí)間平均延遲時(shí)間調(diào)度策略調(diào)度策略平均延遲時(shí)間平均延遲時(shí)間(2,2,5)3t(4,5)4.5t(2,5)3.5t(5)5t(4)4tu由上可知，允許不等時(shí)間間隔調(diào)度的最優(yōu)調(diào)度策略是(2,2,5)，流水線最大吞吐率為： 1/3t。u等時(shí)間間隔的調(diào)度的最優(yōu)調(diào)度策略是(4)，流水線最大吞吐率為：1/4t。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題3.10v計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題3.11v 在改進(jìn)的DLX流水線(按照?qǐng)D3.12)上運(yùn)行如下代碼序列：v LOOP:LWR

8、1, 0(R2)vADDIR1, R1, #1vSW0(R2), R1vADDIR2, R2, #4vSUBR4, R3, R2vBNZR4, LOOPv 其中，R3的初始值是R2396。假設(shè)：在整個(gè)代碼序列的運(yùn)行過程中，所有的存儲(chǔ)器訪問都是命中的，并且在一個(gè)時(shí)鐘周期中對(duì)同一個(gè)寄存器的讀操作和寫操作可以通過寄存器“定向”。問：v （1）在沒有任何其它定向硬件的支持下，請(qǐng)畫出該指令序列執(zhí)行的流水線時(shí)空?qǐng)D。假設(shè)采用排空流水線的策略處理分支指令，且所有的存儲(chǔ)器訪問都可以命中Cache，那么執(zhí)行上述循環(huán)需要多少個(gè)時(shí)鐘周期？v （2）假設(shè)該DLX流水線有正常的定向路徑，請(qǐng)畫出該指令序列執(zhí)行的流水線時(shí)空?qǐng)D

9、。假設(shè)采用預(yù)測(cè)分支失敗的策略處理分支指令，且所有的存儲(chǔ)器訪問都可以命中Cache，那么執(zhí)行上述循環(huán)需要多少個(gè)時(shí)鐘周期？v （3）假設(shè)該DLX流水線有正常的定向路徑，請(qǐng)對(duì)該循環(huán)中的指令進(jìn)行調(diào)度。注意可以重新組織指令的順序，也可以修改指令的操作數(shù)，但是不能增加指令的條數(shù)。請(qǐng)畫出該指令序列執(zhí)行的流水線時(shí)空?qǐng)D，并計(jì)算執(zhí)行上述循環(huán)需要的時(shí)鐘周期數(shù)？ 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用定向技術(shù)消除數(shù)據(jù)相關(guān)采用定向技術(shù)消除數(shù)據(jù)相關(guān)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題3.11（1）需要進(jìn)行396/4=99次循環(huán)，由于每次分支都清空流水線。從上圖可以看出每次循環(huán)需要17個(gè)時(shí)鐘周期，因此總共需要的時(shí)鐘周期數(shù)為991

10、71168412345678910111213141516 17 18 19LOOP: LW R1 0(R2)IFIDEXMWBADDI R1 R1 #1IFSSIDEXMWBSW 0(R2) R1IFSSIDEXMWBADDI R2 R2 #4IFIDEXMWBSUB R4 R3 R2IFSSIDEXM WBBNZ R4 LOOPIFSSIDEX M WBLW R1 0(R2)IFSSIF計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題3.11（2）需要進(jìn)行396/4=99次循環(huán)，由于每次分支都清空流水線。從上圖可以看出每次循環(huán)需要9個(gè)時(shí)鐘周期，因此總共需要的時(shí)鐘周期數(shù)為999+389412345678

11、9101112LOOP: LW R1 0(R2) IFIDEXMWBADDI R1 R1 #1IFSIDEXMWBSW 0(R2) R1SIFIDEXMWBADDI R2 R2 #4IFIDEXMWBSUB R4 R3 R2IFIDEXMWBBNZ R4 LOOPIFSIDEXMWBLW R1 0(R2)SIFIFIDEX計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)指令執(zhí)行重新排序如下：lwr1,0(r2);加法寄存器R1取數(shù)(R2)addir2,r2,#4;指針R2指針R2+4addir1,r1,#1;R1R1+1Subr4,r3,r2;R4R3-R2bnezr4,Loop;若R40, 循環(huán)sw-4(r2)

12、,r1 ;分支延遲槽，存數(shù)(R2-4)R1LOOP:LWR1, 0(R2)ADDIR1, R1, #1SW0(R2), R1ADDIR2, R2, #4SUBR4, R3, R2BNZR4, LOOPLOOP:LWR1, 0(R2)ADDIR2, R2, #4ADDIR1, R1, #1SW0(R2), R1SUBR4, R3, R2BNZR4, LOOPLOOP:LWR1, 0(R2)ADDIR2, R2, #4ADDIR1, R1, #1SW-4(R2), R1SUBR4, R3, R2BNZR4, LOOPLOOP:LWR1, 0(R2)ADDIR2, R2, #4ADDIR1, R1,

13、 #1SUBR4, R3, R2BNZR4, LOOPSW-4(R2), R1習(xí)題習(xí)題3.11（3）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題3.11（3）有正常定向路徑。單周期延遲分支。loop: lw r1, 0(r2)addi r2,r2,#4addi r1,r1,#1sub r4,r3,r2bnz r4,loopsw r1,-4(r2)第i次迭代（i 0.98）開始周期：1（i 6 ）總的時(shí)鐘周期數(shù)：（986）10598Instruction1234567891011lw r1,0(r2)IFIDEXMWBaddi r2,r2,#4IFIDEXMWBaddi r1,r1,#1IFIDEXMW

14、Bsub r4,r3,r2IFIDEXMWBbnz r4,loopIFIDEXMWBsw r1,-4(r2)IFIDEXMWBlw r1,0(r2)IFIDEXMWB計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題5.8v 假設(shè)有一條長流水線，僅僅對(duì)條件轉(zhuǎn)移指令使用分支目標(biāo)緩沖。假設(shè)分支預(yù)測(cè)錯(cuò)誤的開銷為4個(gè)時(shí)鐘周期，緩沖不命中的開銷為3個(gè)時(shí)鐘周期。假設(shè)命中率為90%，預(yù)測(cè)精度為90%，分支頻率為15%，沒有分支的基本CPI為1。v （1）求程序執(zhí)行的CPI。v （2）相對(duì)固定的2個(gè)時(shí)鐘周期延遲的分支處理，哪種更快？v 解：v （1）程序執(zhí)行的CPI=沒有分支的基本CPI+分支帶來的額外開銷v 額外開銷=1

15、5%*(90%命中*10%預(yù)測(cè)錯(cuò)誤*4+10%沒命中*3) v =0.099所以程序執(zhí)行的CPI=1+0.099=1.099。v （2）采用固定的2 個(gè)時(shí)鐘周期延遲的分支處理v CPI=1+15%*2=1.3v 由（1）（2）知分支目標(biāo)緩沖方法執(zhí)行速度快計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題5.9v 假定分支目標(biāo)緩沖的命中率為90%，程序中無條件轉(zhuǎn)移指令為5%，其它指令的CPI為1。假設(shè)分支目標(biāo)緩沖包含分支目標(biāo)指令,允許無條件轉(zhuǎn)移指令進(jìn)入分支目標(biāo)緩沖,則CPI是多少。假定原來的CPI為1.1。v （1）原來不采用分支目標(biāo)緩沖器BTB情況下v 實(shí)際CPI = 理想CPI+各種停頓拍數(shù)v =1+5%

16、L=1.1 v 解出分支延遲：解出分支延遲：L = 2L = 2v （2）現(xiàn)在采用分支目標(biāo)緩沖器BTB情況下v 實(shí)際CPI=理想CPI+各種停頓拍數(shù)v =1+5%10%2=1.01計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題5.11v 設(shè)指令流水線由取指令,分析指令和執(zhí)行指令3個(gè)部件構(gòu)成,每個(gè)部件t ,連續(xù)12條指令,分別畫出ILP為4的超標(biāo)量,超長指令字處理機(jī)和超流水線的時(shí)空?qǐng)D,并分別計(jì)算相對(duì)標(biāo)量流水處理機(jī)的加速比.v 1. 標(biāo)量流水處理機(jī)v Tk=（k+n-1) t=(3+12-1) t=14 tv 2. 超長指令字處理機(jī)v 采用指令級(jí)并行技術(shù)，ILP=4, 12個(gè)任務(wù)組裝成3條長指令，每條含4條

17、小指令，n=3。 Tk=（k+n-1) t=(3+3-1) t=5 t，v 加速比S= 14 t/5 t=2.8計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題5.11v 3 . 超標(biāo)量處理機(jī)v Tk=(k+n-1) t=(3+3-1) tv =5 tv 加速比S=14 t/5 t=2.8v 4. 超流水處理機(jī)v ILP=4,12個(gè)任務(wù)在4條時(shí)鐘v 依次錯(cuò)開0.25 t的流水線上流過，v 所以可取k=12,n=12, 時(shí)鐘= t/4。v Tk=(k+n-1) t/4=(12+12-1) t/4=5.75 t，v 加速比S=14 t/5 .75 t=2.435計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題6.7v首先

18、要把循環(huán)步長變?yōu)?（算法要求）： for(i = 1; i = 50; i+) a2*i = a2*i -1v在這個(gè)循環(huán)中a=2，b=0，c=2，d=-1，v這樣GCD(a,c)=2, d-b=-1，v由于前者不不可以整除后者，v故該循環(huán)不存在循環(huán)攜帶的真數(shù)據(jù)相關(guān)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題6.8 表表6.16.1本節(jié)使用的浮點(diǎn)流水線的延遲本節(jié)使用的浮點(diǎn)流水線的延遲產(chǎn)生結(jié)果的指令產(chǎn)生結(jié)果的指令使用結(jié)果的指令使用結(jié)果的指令延遲延遲(cycles)浮點(diǎn)計(jì)算浮點(diǎn)計(jì)算另一個(gè)浮點(diǎn)計(jì)算另一個(gè)浮點(diǎn)計(jì)算3浮點(diǎn)計(jì)算浮點(diǎn)計(jì)算浮點(diǎn)浮點(diǎn)store(S.D)2浮點(diǎn)浮點(diǎn)Load(L.D)浮點(diǎn)計(jì)算浮點(diǎn)計(jì)算1浮點(diǎn)浮點(diǎn)

19、Load(L.D)浮點(diǎn)浮點(diǎn)store(S.D)0整數(shù)運(yùn)算，分支延遲和load需要一個(gè)周期延遲，如果分支的寄存器在前一條指令計(jì)算出，也需要一個(gè)周期延遲，因?yàn)檎麛?shù)計(jì)算在第3個(gè)周期完成，而分支第2個(gè)周期就用到DADDIU R1, R1, #-87(空轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn))8BNE R1, R2, Loop9計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題6.8在不進(jìn)行指令調(diào)度的情況下，程序的實(shí)際執(zhí)行情況如下：在不進(jìn)行指令調(diào)度的情況下，程序的實(shí)際執(zhí)行情況如下：指令流出時(shí)鐘指令流出時(shí)鐘Loop：L.D F0, 0(R1)1L.D F4, 0(R2)2(空轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn))3MUI.D F0, F0, F44(空轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn))5(空轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn))6(空

20、轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn))7ADD.D F2, F0, F28DADDIU R1, R1, #-8 9DADDIU R2, R2, #-810BNE R1, R3, Loop11(空轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn))12計(jì)算原程序周期數(shù)：計(jì)算原程序周期數(shù)：每對(duì)元素所需的時(shí)鐘周期數(shù)每對(duì)元素所需的時(shí)鐘周期數(shù)=12，其中空轉(zhuǎn)數(shù)，其中空轉(zhuǎn)數(shù)=5；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題6.8 新程序新程序v Loop: L.D F0,16(R1) ;F0 A(i+2) L.D F4,16(R2) ;F4 B(i+2) L.D F6,8(R1) ;F6 A(i+1) MUL.D F0,F0,F4 ;F0 A(i+2) B(i+2) L.D F8,8(

21、R2) ;F8B(i+1) L.D F10,0(R1) ;F10 A(i) MUL.D F6,F6,F8 ;F6 A(i+1) B(i+1) ADD.D F2,F0,F2 ; F2 F2+ A(i+2) B(i+2) L.D F12,0(R2) ;F12B(i) DADDUI R1,R1,-24 ;R1 R1-24 MUL.D F10,F10,F12 ;F10 A(i) B(i) ADD.D F2,F6,F2 ; F2 F2+ A(i+1) B(i+1) DADDUI R2,R2,-24 ;R2 R2-24 BNE R1,R3,loop ;若R1 R3,循環(huán) ADD.D F2,F10,F2 ;

22、 F2 F2+ A(i) B(i)新程序周期數(shù)：每對(duì)元素所需的時(shí)鐘周期數(shù)新程序周期數(shù)：每對(duì)元素所需的時(shí)鐘周期數(shù)=16/3=5.3，其中空轉(zhuǎn)數(shù)，其中空轉(zhuǎn)數(shù)=1/3=0.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題7.9v 假設(shè)在3000次訪存中，第一級(jí)cache不命中110次，第二級(jí)cache不命中55次。試問：在這種情況下，該cache系統(tǒng)的局部不命中率和全局不命中率各是多少？v 解：v 第一級(jí)cache不命中率（全局和局部）是110/3000，即3.67%；v 第二級(jí)cache的局部不命中率是55/110，即50%；v 第二級(jí)cache的全局不命中率是55/3000，即1.83%。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)

23、算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題7.10給定以下的假設(shè)，試計(jì)算直接映象Cache和兩路組相聯(lián)Cache的平均訪問時(shí)間以及CPU的性能。由計(jì)算結(jié)果能得出什么結(jié)論？ (1)理想Cache情況下的CPI為2.0，時(shí)鐘周期為2ns，平均每條指令訪存1.2次； (2)兩者Cache容量均為64KB，塊大小都是32字節(jié)； (3)組相聯(lián)Cache中的多路選擇器使CPU的時(shí)鐘周期增加了10； (4)這兩種Cache的失效開銷都是80ns； (5)命中時(shí)間為1個(gè)時(shí)鐘周期； (6)64KB直接映象Cache的失效率為1.4，64KB兩路組相聯(lián)Cache的失效率為1.0。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題7.10v 平均訪問

24、時(shí)間命中時(shí)間失效率失效開銷v 平均訪問時(shí)間1-路=2.0+1.4% *80=3.12nsv 平均訪問時(shí)間2-路=2.0*(1+10%)+1.0% *80=3.0nsv 兩路組相聯(lián)的平均訪問時(shí)間比較低v CPUtime=（CPU執(zhí)行+存儲(chǔ)等待周期）*時(shí)鐘周期v CPUtime=（IC*CPI執(zhí)行+總訪存失效次數(shù)*失效開銷） *時(shí)鐘周期v =IC*（CPI執(zhí)行*時(shí)鐘周期+每條指令的訪存次數(shù)*失效率*失效開銷*時(shí)鐘周期）v CPU time 1-way=IC(2.0*2+1.2*0.014*80)5.344ICv CPU time 2-way=IC(2.2*2+1.2*0.01*80)5.36ICv

25、 相對(duì)性能比：5.36/5.344=1.003v 直接映象的訪問時(shí)間是兩路組相聯(lián)的1.04倍，v 兩路組相聯(lián)的平均CPU時(shí)間是直接映象的1.003倍。v 因此這里選擇直接映象。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題7.11偽相聯(lián)中，假設(shè)在直接映象位置沒有發(fā)現(xiàn)匹配，而在另一個(gè)位置才找到數(shù)據(jù)（偽命中）時(shí)，需要1個(gè)額外的周期，而且不交換兩個(gè)Cache中的數(shù)據(jù)，失效開銷為50個(gè)時(shí)鐘周期。 假設(shè) 2KB直接映象Cache的總失效率為0.098，2路相聯(lián)的總失效率為0.076； 128KB直接映象Cache的總失效率為0.010，2路相聯(lián)的總失效率為0.007。試求：（1）推導(dǎo)出平均訪存的時(shí)間公式。（2）利

26、用（1）中得到的公式，對(duì)于2KBCache和128KBCache，重新計(jì)算偽相聯(lián)的平均訪存時(shí)間。請(qǐng)問哪一種偽相聯(lián)更快？計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題7.11v 命中時(shí)間偽相聯(lián)命中時(shí)間1路偽命中率偽相聯(lián)1v 因此 偽命中率偽相聯(lián) 命中率2路命中率1路 （1失效率2路）（1失效率1路） 失效率1路失效率2路。v 平均訪存時(shí)間偽相聯(lián) 命中時(shí)間1路（失效率1路失效率2路）1失效率2路失效開銷2路v 將題設(shè)中的數(shù)據(jù)帶入計(jì)算，得到： 平均訪存時(shí)間2KB=1+(0.098-0.076)*1+(0.076 *50 ) =4.822 平均訪存時(shí)間128KB=1+(0.010-0.007)*1+(0.007

27、 *50 ) =1.353 顯然是128KB的偽相聯(lián)Cache要快一些。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題7.12v （1）假設(shè)TLB不命中率=0v Cache中50%的塊修改過，所以不命中時(shí)，替換Cache需要1次從內(nèi)存取一塊，50%次寫回一塊，共1.5次。v 均攤不命中開銷=不命中率1.5 40+32B/4B+020v =不命中率72v 實(shí)際CPI1=1.5+1.2不命中率72=1.5+不命中率86.4v 帶入3種Cache結(jié)構(gòu)的不命中率得：v Cache結(jié)構(gòu) 不命中率實(shí)際CPIv 16KB直接混合映像 0.029 4.0056v 16KB兩路混合映像 0.022 3.4008v 32KB直接混合映像 0.020 3.2280計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題習(xí)題7.12v （2）假設(shè)TLB不命中率=0.2%v 均攤不命中開銷=不命中率1.540+32B/4B+0.2%20v =不命中率1.548.04=不命中率72.06v 實(shí)際CPI2=1.5+1.2不命中率72.06v =1.5+不命中率86.472v 帶入3種Cache結(jié)構(gòu)的不命中率后得v Cache結(jié)構(gòu) 不命中率 實(shí)際CPIv 16KB直接混合映像 0.029 4.0077v 16KB兩路混合映像 0.022 3.4024v