计算机组成原理-存储器习题讲解续(390614-16班)

1、89 计算机组成原理第四次作业续(390614/15/16班) 计算机组成原理第四次作业续(390614/15/16班) 90 教材教材教材教材 第第第第152152152152页页页页 第第第第4.294.294.294.29题题题题 ? 假设CPU执行某段程序时共访问Cache命中4800次，访问主存200次， 已知Cache的存取周期是30ns，主存的存取周期是150ns，求Cache的 命中率以及Cache-主存系统的平均访问时间和效率，试问该系统的性 能提高了多少？ 假设CPU执行某段程序时共访问Cache命中4800次，访问主存200次， 已知Cache的存取周期是30ns，主存的

2、存取周期是150ns，求Cache的 命中率以及Cache-主存系统的平均访问时间和效率，试问该系统的性 能提高了多少？ 91 教材教材教材教材 第第第第152152152152页页页页 第第第第4.294.294.294.29题题题题 ? 假设CPU执行某段程序时共访问Cache命中4800次，访问主存200次， 已知Cache的存取周期是30ns，主存的存取周期是150ns，求Cache的 命中率以及Cache-主存系统的平均访问时间和效率，试问该系统的性 能提高了多少？ 假设CPU执行某段程序时共访问Cache命中4800次，访问主存200次， 已知Cache的存取周期是30ns，主存的

3、存取周期是150ns，求Cache的 命中率以及Cache-主存系统的平均访问时间和效率，试问该系统的性 能提高了多少？ ? cache命中率：命中率：4800 /（4800+200）= 0.96 ? 平均访问时间：平均访问时间：30*0.96 + (150+30) *(1-0.96) = 36 ns ? 效率效率 = 访问访问Cache的时间的时间/平均访问时间平均访问时间 = 30/36 = 83.3% ? 性能提高：性能提高：主存访存时间主存访存时间/平均访存时间平均访存时间 = 150/36 = 4.17倍倍 92 教材教材教材教材 第第第第152152152152页页页页 第第第第4

4、.364.364.364.36题题题题 ? 以写入10010110为例，比较调频制和改进调频制的写电流波形图以写入10010110为例，比较调频制和改进调频制的写电流波形图 ?FM和MFM写电流在位周期中心处的变化规则相同；FM和MFM写电流在位周期中心处的变化规则相同； ?MFM除MFM除连续一串0时两个0周期交界处电流仍变化连续一串0时两个0周期交界处电流仍变化外，基本取消了位周期起 始处的电流变化； 外，基本取消了位周期起 始处的电流变化； ?FM记录一位二进制代码最多两次磁翻转，MFM记录一位二进制代码最多一 次磁翻转，因此MFM的记录密度可提高一倍。上图中示出了在MFM时位周期 时间

5、缩短一倍的情况。由图可知，当MFM记录密度提高一倍时，其写电流 频率与FM的写电流频率相当。 FM记录一位二进制代码最多两次磁翻转，MFM记录一位二进制代码最多一 次磁翻转，因此MFM的记录密度可提高一倍。上图中示出了在MFM时位周期 时间缩短一倍的情况。由图可知，当MFM记录密度提高一倍时，其写电流 频率与FM的写电流频率相当。 ?由于MFM并不是每个位周期都有电流变化，故自同步脉冲的分离需依据相 邻的两个位周期的读出信息产生，自同步技术比FM复杂得多。 由于MFM并不是每个位周期都有电流变化，故自同步脉冲的分离需依据相 邻的两个位周期的读出信息产生，自同步技术比FM复杂得多。 93 教材教

6、材教材教材 第第第第152152152152页页页页 第第第第4.384.384.384.38题题题题 ? 磁盘组有6片磁盘，最外两侧盘面可以记录，存储区域内径22cm，外 径33cm，道密度为40道/cm，内层密度为400位/cm，转速3600转/分。 磁盘组有6片磁盘，最外两侧盘面可以记录，存储区域内径22cm，外 径33cm，道密度为40道/cm，内层密度为400位/cm，转速3600转/分。 ? 共有多少存储面可用？共有多少存储面可用？ ? 共有多少柱面？共有多少柱面？ ? 盘组总存储容量是多少？盘组总存储容量是多少？ ? 数据传输率是多少？数据传输率是多少？ 94 教材教材教材教材

7、第第第第152152152152页页页页 第第第第4.384.384.384.38题题题题 ? 磁盘组有6片磁盘，最外两侧盘面可以记录，存储区域内径22cm，外 径33cm，道密度为40道/cm，内层密度为400位/cm，转速3600转/分。 磁盘组有6片磁盘，最外两侧盘面可以记录，存储区域内径22cm，外 径33cm，道密度为40道/cm，内层密度为400位/cm，转速3600转/分。 ? 共有多少存储面可用：共有多少存储面可用： 6 X 2 = 12面6 X 2 = 12面 ? 共有多少柱面:共有多少柱面:(33-22)/2) * 40 = 220道(33-22)/2) * 40 = 22

8、0道 ? 盘组总存储容量是多少：盘组总存储容量是多少：2*3.14*（22/2）* 400 * 220 * 12 bits2*3.14*（22/2）* 400 * 220 * 12 bits ? 数据传输率是多少：数据传输率是多少： 2*3.14*（22/2）* 400 / (60/3600) bit/s2*3.14*（22/2）* 400 / (60/3600) bit/s 95 教材教材教材教材 第第第第153153153153页页页页 第第第第4.394.394.394.39题题题题 ? 某磁盘存储器转速为3000转/分，共有4个记录盘面，每毫米5道，每 到记录信息12288字节，最小磁

9、道直径为230mm，共有275道，求： 某磁盘存储器转速为3000转/分，共有4个记录盘面，每毫米5道，每 到记录信息12288字节，最小磁道直径为230mm，共有275道，求： ? 磁盘存储器的存储容量磁盘存储器的存储容量 ? 最高位密度（最小磁道的位密度）和最低位密度最高位密度（最小磁道的位密度）和最低位密度 ? 磁盘数据传输率磁盘数据传输率 ? 平均等待时间平均等待时间 96 教材教材教材教材 第第第第153153153153页页页页 第第第第4.394.394.394.39题题题题 ? 某磁盘存储器转速为3000转/分，共有4个记录盘面，每毫米5道，每 到记录信息12288字节，最小磁

10、道直径为230mm，共有275道，求： 某磁盘存储器转速为3000转/分，共有4个记录盘面，每毫米5道，每 到记录信息12288字节，最小磁道直径为230mm，共有275道，求： ? 磁盘存储器的存储容量：磁盘存储器的存储容量：275*12288*4 Byte275*12288*4 Byte ? 最高位密度:最高位密度: 12288 / 230*3.14 = 17 B/mm = 136 b/mm12288 / 230*3.14 = 17 B/mm = 136 b/mm ? 最低位密度:最低位密度: 12288 / (230+275/5*2)*3.14 = 11 B/mm = 92 b/mm12

11、288 / (230+275/5*2)*3.14 = 11 B/mm = 92 b/mm ? 磁盘数据传输率:磁盘数据传输率: 12288 / (60/3000) = 614400 B/s12288 / (60/3000) = 614400 B/s ? 平均等待时间:平均等待时间: (60*1000/3000) / 2 = 10 ms (60*1000/3000) / 2 = 10 ms 97 补充题补充题补充题补充题1 1 1 1 ? 某计算机的存储系统由某计算机的存储系统由某计算机的存储系统由某计算机的存储系统由CacheCacheCacheCache和主存组成。若所访问的字在和主存组成。

12、若所访问的字在和主存组成。若所访问的字在和主存组成。若所访问的字在CacheCacheCacheCache中，中，中，中， 则存取它需要则存取它需要则存取它需要则存取它需要10ns10ns10ns10ns；将所访问的字从主存装入；将所访问的字从主存装入；将所访问的字从主存装入；将所访问的字从主存装入CacheCacheCacheCache需要需要需要需要60ns60ns60ns60ns。假定。假定。假定。假定 CacheCacheCacheCache的命中率为的命中率为的命中率为的命中率为0.90.90.90.9，计算该存储系统访问一个字的平均存取时间。，计算该存储系统访问一个字的平均存取时间

13、。，计算该存储系统访问一个字的平均存取时间。，计算该存储系统访问一个字的平均存取时间。 ? 平均存取时间：平均存取时间：平均存取时间：平均存取时间： 10ns10ns* *0.9 + (60ns+10ns) * (10.9 + (60ns+10ns) * (1- -0.9) = 16ns0.9) = 16ns 98 补充题补充题补充题补充题2 2 2 2 ? 假设一假设一假设一假设一4 4 4 4路组相联路组相联路组相联路组相联CacheCacheCacheCache，64KB64KB64KB64KB数据存储空间大小数据存储空间大小数据存储空间大小数据存储空间大小64KB64KB64KB64K

14、B，块大小为，块大小为，块大小为，块大小为 16161616字节，主存地址字节，主存地址字节，主存地址字节，主存地址32323232位，主存一个字包含位，主存一个字包含位，主存一个字包含位，主存一个字包含4 4 4 4个字节，个字节，个字节，个字节，CacheCacheCacheCache采用写采用写采用写采用写 回策略，每个数据块包括回策略，每个数据块包括回策略，每个数据块包括回策略，每个数据块包括1 1 1 1位有效位，位有效位，位有效位，位有效位，CacheCacheCacheCache每个字用每个字用每个字用每个字用1 1 1 1位脏位来表位脏位来表位脏位来表位脏位来表 示是否被修改。

15、示是否被修改。示是否被修改。示是否被修改。 （1 1 1 1）CPUCPUCPUCPU如何解释主存地址（主存地址格式）如何解释主存地址（主存地址格式）如何解释主存地址（主存地址格式）如何解释主存地址（主存地址格式） （2 2 2 2）计算实现该）计算实现该）计算实现该）计算实现该CacheCacheCacheCache所需总存储容量所需总存储容量所需总存储容量所需总存储容量 99 补充题补充题补充题补充题2 2 2 2 ? 假设一假设一假设一假设一4 4路组相联路组相联路组相联路组相联CacheCache，64KB64KB数据存储空间大小数据存储空间大小数据存储空间大小数据存储空间大小64KB

16、64KB，块大小为，块大小为，块大小为，块大小为1616字节，主存地址字节，主存地址字节，主存地址字节，主存地址3232 位，主存一个字包含位，主存一个字包含位，主存一个字包含位，主存一个字包含4 4个字节，个字节，个字节，个字节，CacheCache采用写回策略，每个数据块包括采用写回策略，每个数据块包括采用写回策略，每个数据块包括采用写回策略，每个数据块包括1 1位有效位，位有效位，位有效位，位有效位， CacheCache每个字用每个字用每个字用每个字用1 1位脏位来表示是否被修改。位脏位来表示是否被修改。位脏位来表示是否被修改。位脏位来表示是否被修改。 （1 1）CPUCPU如何解释主

17、存地址（主存地址格式）如何解释主存地址（主存地址格式）如何解释主存地址（主存地址格式）如何解释主存地址（主存地址格式） （2 2）计算实现该）计算实现该）计算实现该）计算实现该CacheCache所需总存储容量所需总存储容量所需总存储容量所需总存储容量 ? 解：解：解：解： (1) (1) 主存容量：主存容量：主存容量：主存容量：232 = 4G Bytes232 = 4G Bytes CacheCache容量：容量：容量：容量：64K Bytes64K Bytes BlockBlock大小：大小：大小：大小：16Bytes16Bytes WayWay：4ways (cache4ways (c

18、ache每组含每组含每组含每组含4 4个个个个Block)Block) CacheCache组数：组数：组数：组数：64KB/(16B64KB/(16B* *4)=28=2564)=28=256组组组组 主存每组块数主存每组块数主存每组块数主存每组块数=4G Bytes/(16Bytes=4G Bytes/(16Bytes* *256256组组组组)=220)=220块块块块/ /组组组组 主存地址：主存地址：主存地址：主存地址：3232位，高位，高位，高位，高2020位为组内块地址，中间位为组内块地址，中间位为组内块地址，中间位为组内块地址，中间8 8位为组地址，低位为组地址，低位为组地址，

19、低位为组地址，低4 4位为块内地址位为块内地址位为块内地址位为块内地址 cachecache的的的的TagTag：2525位位位位=1=1位有效位位有效位位有效位位有效位+4+4位脏位位脏位位脏位位脏位(4(4个字个字个字个字)+20)+20位组内块地址位组内块地址位组内块地址位组内块地址 (2) (2) 实现实现实现实现cachecache的总存储量：的总存储量：的总存储量：的总存储量： 每每每每cachecache行组成：行组成：行组成：行组成：2525位位位位Tag+128Tag+128位数据位数据位数据位数据(16Bytes)(16Bytes) 实现实现实现实现CacheCache的总

20、存储容量的总存储容量的总存储容量的总存储容量: (25 + : (25 + 128) * (64K/16) = 612K bits = 76.5K Bytes128) * (64K/16) = 612K bits = 76.5K Bytes 组内块地址组内块地址 (tag) 块内偏移块内偏移组地址组地址 2048 100 ?某计算两个向量点积的函数如下：某计算两个向量点积的函数如下： float dotprod(float x8, float y8) float sum=0.0; int i; for(i=0; i8; i+) sum += xi * yi; return sum; 假设： （

21、 假设： （1）浮点数占）浮点数占4字节，数组字节，数组x被加载到主存从地址被加载到主存从地址0开始的开始的32字节连续存储 区中，数组 字节连续存储 区中，数组y被加载在紧跟被加载在紧跟x之后的连续存储区中，之后的连续存储区中，sum为寄存器变量，不 需要存储器空间。 （ 为寄存器变量，不 需要存储器空间。 （2）容量仅为）容量仅为32字节的字节的Cache采用组相联映像方式，分采用组相联映像方式，分2个组，数据块大 小 个组，数据块大 小16字节，初始为空。 要求： （ 字节，初始为空。 要求： （1）分析数组）分析数组x 和和y的时间局部性和空间局部性 （ 的时间局部性和空间局部性 （2）计算该函数运行时）计算该函数运行时Cache的命中率 （ 的命中率 （3）如命中率不理想，提出一种简单改进函数的方法以提高命中率）如命中率不理想，提出一种简单改进函数的方法以提高命中率 补充题补充题补充题补充题3 3 3 3 101 补充题补充题补充题补充题3 3 3 3 ? Cache容量容量32字节，块大小字节，块大小16字节，共字节，共2块，分块，分2组组 ? 数组所在主存区域数组所在