第4章習(xí)題答案

1、習(xí)題1給出以下概念的解釋說明。隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(RomAccessMemyRAM)只讀存儲(chǔ)器（ReadOnlyMemyROM）靜態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(StaticRAMSRAM)動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(DynamicRAMDRAM)刷新(Refresh)易失性存儲(chǔ)器(VolatileMemy)相聯(lián)存儲(chǔ)器(ContentAddressedMemyCAM)存取時(shí)間(AccessTime)存儲(chǔ)周期(MemyCycleTime)存儲(chǔ)帶寬(MemyBwid

2、th)片選信號(hào)(ChipSignal)地址引腳復(fù)用(AddressPinMultiplexing)行選通信號(hào)(RowAddressStrobe，RAS)列選通信號(hào)(ColumnAddressStrobeCAS)掩膜ROM（MaskROM）PROM(ProgrammableROM)EPROM(ErasablePROM)EEPROM(ElectricallyEPROM)閃存（FlashMemy）多模塊存儲(chǔ)器（MultiModuleMemy）

3、低位交叉編址(Lowderinterleaving)雙口RAM(DualPtRAM)高速緩存(Cache)程序訪問的局部化時(shí)間局部性(TempalLocality)空間局部性(SpatialLocality)命中率(HitRate)命中時(shí)間(HitTime)失靶率(MissRate)失靶損失(MissPenalty)主存塊(Block)Cache槽或Cache行(SlotLine)直接映射Cache(DirectMappedCache)

4、全相聯(lián)Cache(FullyAssociativeCache)組相聯(lián)Cache(SetAssociativeCache)多級(jí)Cache(MultilevelCache)數(shù)據(jù)Cache代碼Cache（指令Cache）分離式Cache(SplitCache)先進(jìn)先出(FirstInFirstOut，F(xiàn)IFO)最近最少用(LeastRecentlyUsed，LRU)WriteThrough（寫直達(dá)、通過式寫、直寫）寫緩沖(WriteBuffe

5、r)WriteBack(寫回、回寫)虛擬存儲(chǔ)器(VirtualMemy)物理存儲(chǔ)器(PhysicalMemy)虛擬地址(Virtualaddress)虛頁(yè)號(hào)(VirtualPagenumber)頁(yè)內(nèi)偏移量(Pageoffset)物理地址(Physicaladdress)頁(yè)框(Pageframe)物理頁(yè)號(hào)(Pageframe)地址變換(AddresstranslationMemymapping)重定位(Relocation)頁(yè)表(Page

6、table)頁(yè)表基址寄存器(Pagetablebaseregister)有效位(Validbit)修改位(ModifybitDirtybit)使用位(ReferencebitUsebit)訪問方式位(Accessbit)缺頁(yè)(Pagefault)交換(swapping)頁(yè)面調(diào)度(paging)按需頁(yè)面調(diào)度(Dempaging)LRU頁(yè)(LeastRecentlyUsedPage)快表(TranslationLookasideBuffer

7、TLB)分頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器(PagingVM)分段式虛擬存儲(chǔ)器(SegmentationVM)段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器(PagedSegmentationVM)進(jìn)程(Process)管理模式(SupervisMode)用戶模式(UserMode)系統(tǒng)調(diào)用(Systemcall)異常返回(Returnfromexception)存儲(chǔ)保護(hù)(Protection)2簡(jiǎn)單回答下列問題。（1）計(jì)算機(jī)內(nèi)部為何要采用層次化存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)？層次化存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)如何構(gòu)

8、成？（2）SRAM芯片和DRAM芯片各有哪些特點(diǎn)？各自用在哪些場(chǎng)合？（3）CPU和主存之間有哪兩種通信方式？SDRAM芯片采用什么方式和CPU交換信息？（4）為什么在CPU和主存之間引入Cache能提高CPU訪存效率？（5）為什么說Cache對(duì)程序員來(lái)說是透明的？（6）什么是Cache映射的關(guān)聯(lián)度？關(guān)聯(lián)度與命中率、命中時(shí)間的關(guān)系各是什么？（7）為什么直接映射方式不需要考慮替換策略？（8）為什么要考慮Cache的一致性問題？讀操作時(shí)是否要

9、考慮Cache的一致性問題？Bank3:3、7、11、15、19…51…67如果給定的訪存地址在相鄰的四次訪問中出現(xiàn)在同一個(gè)如果給定的訪存地址在相鄰的四次訪問中出現(xiàn)在同一個(gè)Bank內(nèi)，就會(huì)發(fā)生訪存沖突。所以：內(nèi)，就會(huì)發(fā)生訪存沖突。所以：17和9、37和17、13和37、8和4、41和37發(fā)生沖突。發(fā)生沖突。8.現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中，SRAM一般用于實(shí)現(xiàn)快速小容量的Cache，而DRAM用于實(shí)現(xiàn)慢速大容量的主存。以前超級(jí)計(jì)算機(jī)通常不提供Cache

10、，而是用SRAM來(lái)實(shí)現(xiàn)主存（如，Cray巨型機(jī)），請(qǐng)問：如果不考慮成本，你還這樣設(shè)計(jì)高性能計(jì)算機(jī)嗎？為什么？9.分別給出具有下列要求的程序或程序段的示例：1)對(duì)于數(shù)據(jù)的訪問，幾乎沒有時(shí)間局部性和空間局部性2)對(duì)于數(shù)據(jù)的訪問，有很好的時(shí)間局部性，但幾乎沒有空間局部性3)對(duì)于數(shù)據(jù)的訪問，有很好的空間局部性，但幾乎沒有時(shí)間局部性4)對(duì)于數(shù)據(jù)的訪問，空間局部性和時(shí)間局部性都好10.假定某機(jī)主存1GB，按字節(jié)編址。Cache的數(shù)據(jù)區(qū)（即不包括標(biāo)記

11、、有效位等存儲(chǔ)區(qū)）有64KB，塊大小為128字節(jié)，采用直接映射和通過式寫方式。請(qǐng)問：1)主存地址如何劃分？要求說明每個(gè)字段的含義、位數(shù)和在主存地址中的位置。2)Cache的總?cè)萘繛槎嗌傥?？參考答案：參考答案?)主存：主存地址位數(shù)為主存：主存地址位數(shù)為30位。位。Cache共64KB128B=256行。行。主存地址劃分為：高主存地址劃分為：高15位：標(biāo)志；中間位：標(biāo)志；中間8位：行索引（行號(hào)）；低位：行索引（行號(hào)）；低7位為塊內(nèi)地址。位

12、為塊內(nèi)地址。2)僅考慮有效位和標(biāo)志位而不考慮替換算法等所需的控制位，僅考慮有效位和標(biāo)志位而不考慮替換算法等所需的控制位，Cache總?cè)萘繛椋嚎側(cè)萘繛椋?56x(128x8151)位=260K位。位。11.假定某計(jì)算機(jī)的Cache共16行，開始為空，塊大小為1個(gè)字，采用直接映射方式。CPU執(zhí)行某程序時(shí)，依次訪問以下地址序列：2，3，11，16，21，13，64，48，19，11，3，22，4，27，6和11。要求：1)說明每次訪問是命中還

13、是缺失，試計(jì)算訪問上述地址序列的命中率。2)若Cache數(shù)據(jù)區(qū)容量不變，而塊大小改為4個(gè)字，則上述地址序列的命中情況又如何？參考答案參考答案1)Cache：直接映射，：直接映射，16=16塊x1字塊；主存：塊；主存：1字塊，所以：主存塊號(hào)塊，所以：主存塊號(hào)=字號(hào)字號(hào)映射公式為：映射公式為：Cache塊號(hào)塊號(hào)=字號(hào)字號(hào)mod16開始開始Cache為空，所以第一次都是為空，所以第一次都是miss22:miss33:miss1111:miss

14、160:miss215:miss1313:miss，640:miss、replace480:miss、replace，193:miss、replace，1111:hit33:miss、replace，226:miss44:miss，2711:miss、replace，66:miss、replace，1111:miss、replace只有一次命中！只有一次命中！2)Cache：直接映射，：直接映射，16=4塊x4字塊；主存：塊；主存：4字

15、塊，所以：主存塊號(hào)塊，所以：主存塊號(hào)=[字號(hào)字號(hào)4]映射公式為：映射公式為：Cache塊號(hào)塊號(hào)=主存塊號(hào)主存塊號(hào)mod4開始開始Cache為空，所以第一次都是為空，所以第一次都是miss200:miss300:hit1122:miss，1640:missreplace，2151、1333:miss64160、48120、1940:missreplace，1122:hit，300:miss、replace，2251:hit，411:mis