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Cache的基本原理
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Cache的基本原理
1.某存储系统中主存容量是Cache容量的4096倍Cache 被分为 64 个块当主存地址和Cache地址采用直接映射方式时地址映射表的大小应为(假设不考虑一致维护和替换算法位。)
A.6*4097bit B.64*12bit C.6*4096bit D.64*13bit 分析 地址映射表即标记阵列由于Cache被分为64个块因此Cache有64行采用直接映射一行相当于Cache的一组。因此标记阵列每一行存储一个标记项。 由于采用直接映射方式所以主存比Cache多出的位数就是标记的位数。2^124096是Cache容量的4096倍即地址长度比Cache长12位所以标记位位数为12位再加上1位有效位得到每行用于地址映射的位数为12113所以 Cache映射表的大小为64*13bit。 答案D 2.有一主存-Cache层次的存储器其主存容量为1MB,Cache 容量为 16KB每块有8个字每字32位,采用直接地址映射方式Cache起始字块为第0块若主存地址为35301H且CPU访问 Cache命中则在Cache的第(十进制表示)字块中。
A.152 B.153 C.154 D.151 分析 由于采用直接地址映射方式所以主存地址比Cache地址多出的位数即标记位所以标记位位数1MB/16KB642^664。标记位数为6。块内地址为低5位2^532所以 0011 0101 0011 0000 0001中高6位和低5位分别为标记位和块内地址其余的01 0011 000就是Cache字块地址转换为十进制152 但如果不是采用直接地址映射方式那么就不能直接计算出标记位了。每块有8个字每字32位则每个Cache块大小为32B本题有2^14/2^52^9个Cache块。所以块内地址往前数9位就是字块地址0011 0101 0011 0000 0001。 答案A 3.设有8页的逻辑空间每页有1024B它们被映射到32块的物理存储区中则按字节编址逻辑地址的有效位是物理地址至少是位。
A.10,12 B.10,15 C.13,15 D.13,12 分析 页号地址有3位2^38每页为1024B页内地址为10位因此逻辑地址为13位。对于物理地址块内地址和页内地址一样有10位内存至少有322^5个物理块所以表示块号的地址至少有5位因此物理地址至少有15位。 答案C 4.对于n-路组相联映射Cache在保持n及主存和 Cache 总容量不变的前提下将主存块大小和Cache 块大小都增加一倍则下列描述中正确的是。
A.字块内地址的位数增加1位主存tag字段的位数增加1位
B.字块内地址的位数增加1位主存tag字段的位数不变
C.字块内地址的位数减少1位主存tag字段的位数增加1位
D.字块内地址的位数增加1倍主存、字段的位数减少一半 分析 由于Cache总容量不变Cache块大小增加一倍则Cache组数减少一半。组相联映射的主存地址标记Cache组号块内地址组成由于Cache组数减少一半则Cache组号减少1位。 由于主存块大小增加了一倍所以则块内地址会增加1位。例如主存块大小原来为32B2^5增加一倍变为64B2^6,所以块内地址增加1位。 主存地址位数不变块内地址1Cache组号-1则标记位数不变。 答案B 5.假设主存地块位数为 32 位按字节编址主存和 Cache 之间采用全相联映射方式主存块大小为1个字每字 32位采用回写(wite back)方式和随机替换策略则能存放32K字数据的Cache 的总容量是至少应有()位。
A. 1536K B. 1568K C2016K D.2048K 分析 每个Cache行对应一个标记项标记项包括有效位脏位替换控制位标记位。 如果题目说采用写回法那么一定要加1位修改位脏位。如果题目说随机替换策略则说明不需要替换控制位。如果题目说不考虑脏位和替换控制位那么就只需要考虑有效位和标记位即可。 主存块大小32位4B所以块内地址位数2位2^2主存块位数为32位由于采用全相联映射所以主存地址组成为“标记块内地址”标记位数32-230位。 所以每个Cache行的总位数为32bit数据位30bit标记1bit修改位1bit有效位64bit。所以cache总容量为32K*64bit2048Kbit。 答案D 6.假定8个存储器模块采用交叉方式组织、存储器芯片和总线支持突发传送CPU通过存储器总线读取数据的过程为发送首地址和读命令需1个时钟周期存储器准备第一个数据需8个时钟周期,随后每个时钟周期总线上传送1个数据,可连续传送8个数据(即突发长度为8)。若主存和Cache之间交换的主存块大小为64B存取宽度和总线宽度都为8B则 Cache 的一次缺失损失至少为个时钟周期。
A.17 B.20 C.33 D.80 分析 一次缺失损失需要从主存读出一个主存块64B由于总线宽度为8B传送的一个数据大小为8B又因为突发长度为8可连续传送8个数据所以每个突发传送总线事务可读取8B*864B。刚好和需要从主存读出的数据大小相同。 Cache的一次缺失损失至少为发送首地址和读命令的1个时钟周期 存储器准备第一个数据的8个时钟周期 随后连续传送的8个数据块的8个时钟周期 1 8 8 17个时钟周期。 答案A 7.有如下 C 语言程序段
for (k 0; k 1000; k)a[k] a[k] 32;
若数组 a 以及变量 k 均为 int 型int 型数据占 4B数据 Cache 采用直接映射方式数据区大小是 1KB块大小是 16B该程序段执行前 Cache 为空则该程序段执行过程中访问数组 a 的 Cache 的缺失率是
A. 1.25%
B. 2.5%
C. 12.5%
D. 25% 分析 数据区大小是 1KB块大小是 16BCache 有 1KB/16B 64 行每个块可以装 16B/4B 4 个数组元素。 对于数组中任意一个元素 a[k]只有在 a[k] a[k] 32 这行代码中会对 a[k] 进行访问。其中包含读 a[k] 一次做完加法后写 a[k] 一次。 每次调入块后加载连续的四个数组元素a[4i]、a[4i 1]、a[4i 2]、a[4i 3]其中 i 为整数i 0, 1, …, 249。 答案C 以上内容来自
浅谈408真题之举一反三 - 知乎 (zhihu.com)
他的补充也特别好可以打开看看。 8.若计算机主存地址为32位按字节编址Cache数据区大小为32KB主存块大小为 32B采用直接映射方式和回写(Write Back)策略则Cache行的位数至少是
A.275 B.274 C.258 D.257 分析 Cache数据区大小为32KB主存块大小为32B于是Cache中共有1K个Cache行由于采用直接映射方式所以映射为1K个分组组号长度为101K2^10。主存块大小为32B则块内地址长度为5bit2^532B,主存地址为32位则标记位数为32-10-517位。 所以Cache行的总位数应为32B32*8bit256bit数据位和主存块大小相同17bit标记位1bit写回法脏位1bit有效位一定不要忘记275bit 答案A 9.若计算机主存地址为 32 位按字节编址某Cache的数据区容量为32KB内存块大小为64B采用8路组相联映射方式该Cache中比较器的个数和位数分别为 分析 主存块大小为64B那么块内地址有6位2^664,Cache数据区容量为32KB内存块大小为64B等于Cache块大小所以Cache的总块数为32KB/64B2^9。由于采用8路组相联映射的方式所以每8个Cache块为一组则Cache组数2^9/82^6组所以组号地址有6位。所以标记位有32-6-620位。 “比较器”用于并行比较分组中所有Cache行的标记与主存地址标记因此比较器的个数即每个分组的Cache行数8。比较器的位数就是标记的位数8位。答案 A
