计算机系统结构_第三章练习 答案

第三章练习题（1）

一、单项选择题

在下面各题的4个备选答案中，只有一个答案是正确的，请把正确答案的标号（A~D）填入题后面的括号中。

1．程序员编写程序时使用的访存地址是（）。

A．物理地址

B．有效地址

C．逻辑地址

D．主存地址

2．虚拟存储器通常采用的地址映像是（D ）。

A．全相联、组相联和直接映像

B．直接映像

C．组相联映像

D．全相联映像

3．不属于堆栈型替换算法是（）。

A．近期最少使用替换算法

B．先进先出替换算法

C．最优替换算法

D．近期最久未使用替换算法

4.确保提高虚拟存储器的主存命中率的途径是（）。

A．采用LFU替换算法并增大页面数

B．采用FIFO替换算法并增大页面

C．采用FIFO替换算法并增大页面数

D．采用LRU替换算法并增大页面

5.虚拟存储器主要是为了解决（）问题。

A．便于程序的“访存操作”

B．扩大存储系统的容量和提高存储系统的速度

C．提高存储系统的速度

D．扩大存储系统的容量

6.与虚拟存储器的等效访问速度无关的是（）。

A．辅存的容量

B．主存的容量

C．页面替换算法

D．访存页地址流

二、填空题

1．使二级存储系统的等效访问速度接近于第一级存储器访问速度的依据是程序的（局部性原理），它包括（时间局部性）和（空间局部性）两个方面。

2．程序的空间局部性是指程序通常是（顺序）存储和执行的，程序使用的数据通常是（簇聚或集中）存储的。

3．假设T1和T2分别是CPU访问到M1和M2中信息所需要的时间，H为命中M1的概率，则由M1和M2构成的二级存储系统的等效访问时间应当表示为（H*T1+(1-H)*T2）。4．存储器速度性能可以采用存储器的（频宽）衡量，它是存储器单位时间能够访问的信息量。

5．虚拟存储器的存储管理方式有（页式）、（段式）和（段页式）三种。

6．页式虚拟存储器把（程序“虚拟”）空间和（主存储器“物理实”）空间都分成相同大小的页。

7．当两个虚拟空间的页面要求装入同一个主存页面的位置，称为（实页冲突或页面争用）。8．虚拟存储器发生页面失效时，需要进行外部地址变换，把虚地址变换为（辅存物理地址）。9．当发生页面失效，同时又发生（实页冲突）时，需要页面替换。

10．当每次访存时都发生（调入页面（页面失效））时，称为“颠簸”，它将使命中率大大降低。

11．页式虚拟存储器中，影响命中率的主要因素有：访存页地址流，（页面替换算法）和分配给该程序的（主存页面数）。

12．在FIFO、OPT和LFU替换算法中，属于堆栈型算法的是（OPT）和（LFU）。13．只要是堆栈型替换算法，增大分配给程序的（主存页面数），主存的命中率就会（单调上升）。

三、判断题

判断下列各题的叙述是否正确，正确的叙述在括号内打“√”；错误的叙述在括号内打“⨯”；并简述错误的理由。

1．并行主存系统的组织方式采用多体单字方式比采用单体多字方式能够获得较高的实际频宽。（√）

2．采用高位交叉访问方式的主要目的是用来提高存储器访问速度，而采用低位交叉访问存储器的主要目的是用来扩大存储器容量。（⨯）

采用低位交叉访问方式的主要目的是用来提高存储器访问速度，而采用高位交叉访问存储器的主要目的是用来扩大存储器容量。

3．当访存发生页面失效时，就需要进行页面替换。（⨯）

当发生页面失效，同时又发生主存页面或主存空间完全被占用时，才需要页面替换。

当发生主存页面冲突时，才需要进行页面替换。

4．FIFO、LFU和OPT等替换算法都是根据虚页的过去使用情况来确定被替换页的。（⨯）OPT是选择将来最久不被访问的页面作为替换页面，因此不是基于历史。FIFO和LFU是根据虚页的过去使用情况来确定被替换页的。

OPT替换算法是根据“虚页”将来被使用的情况来确定被“替换页”的。

5．存储系统的地址映像实际上就是地址变换。（⨯）

二者是不一样的：

地址映像是把虚拟地址空间映像到主存地址空间，具体地说，就是把用户用虚拟地址编写的程序按照某种规则装入到主存储器中，并建立多用户虚地址与实存地址之间的对应关系；地址变换是在程序被装入主存后，在实际运行中，把多用户虚地址变换成主存实地址（内部地址变换）或磁盘存储器地址（外部地址变换）

地址映像是虚拟、真实地址的对应关系或规则，地址变换是按照某种地址映像关系由虚拟地址找到真实地址的变换机构及其变换过程。

四、应用题

1．由3个访问速度、存储容量和每位价格都不相同的存储器构成一个存储系统。3个存储器M 1、M 2和M 3的访问周期分别为T 1、T 2和T 3，存储容量分别为S 1、S 2和S 3，每位价格分别为C 1、C 2和C 3，M 1靠近CPU 。

（1）写出这个三级存储系统的等效访问时间T 、等效存储容量S 和等效每位价格C 的表达式。

设命中率分别为H1,H2,1-H1-H2

等效访问时间T=H1*T1+H2*T2+(1-H1-H2)*T3

等效存储容量S=S1+S2+S3

等效单位价格C=(C1*S1+C2*S2+C3*S3)/(S1+S2+S3)

（2）在什么条件下，整个存储系统的平均每位价格接近C 3？

当S3>>S1且S3>>S2时，C 接近C3

3323133223113213322111231C S S S S C S S C S S C S S S S C S C S C C S S S ≈+++⋅+⋅=++⋅+⋅+⋅=>>>>

2．假设二级虚拟存储器的T 1=10-5s ，T 2=10-2s ，为了使存储器的访问效率e 达到最大值的80%，命中率H 要求达到多少？

T=H*T1+(1-H)*T2

e=T1/T=T1/ [H*T1+(1-H)*T2]=1/[H+(1-H)*T2/T1]

=>H=0.9997

实际上，这样高的命中率是很难达到的。提高二级存储器的访问速度（即减小等效访问时间T ）有两个途径，一个是减小第一级存储器的访问周期T1（即采用速度更快的第一级存储器）；另一个是提高访问效率e 。访问效率e 又与命中率H 以及两级的访问速度比T 2/T 1有关。如果两级存储器的访问周期T 1和T 2不变，那么二级虚拟存储器的等效速度将依赖于命中率H 。影响H 的主要因素有：“访存地址流”、替换算法、分配给程序的主存页面数等。

3．假设有一个二级虚拟存储器，CPU 访问主存M 1和辅助存储器M 2的平均访问时间分别为T 1=1μs 和T 2=1ms 。经过实际测量，此虚拟存储器平均访问时间为T=100μs 。试提出使虚拟存储器平均访问时间下降到10μs 的几种方法。

由 T=H·T1+(1-H)·T2

得 命中率H=(T-T2) / (T1-T2)=(100-1000)/(1-1000)=0.901

（1）当H= 0.901时，提高主存速度，极限情况使T1=0，此时，

T=H·T1+(1-H)·T2=(1-0.901)·1ms≈99us>>10us，因此不能用这种方式。

（2）当 T1与T2一定时，提高命中率H 。

设T=10us, 则 H=(T-T2) / (T1-T2)=(10-1000)/(1-1000)=0.991

为此，须从改进替换算法和调度策略，调整页面大小，提高主存容量等多方面综合采取措施。其中，替换算法和调度策略主要是在软件上增加代价，调整页面大小可能会增加辅助硬件的代价，而提高主存容量主要是增加硬件的代价，辅助硬件的代价也可能会略有增加。 解：二级虚拟存储器的平均访问周期：21)1(T H T H T ⋅-+⋅=

一般的情况有T 1<