吉林大学 计算机系统结构题库 第五章讲课教案

吉林大学计算机系统结构题库第五章

第五章存储层次

知识点汇总

存储器层次结构、存储层次性能参数（平均每位价格、命中率、平均访存时间）、存储层次4个问题、CPU访存地址分割、全相联映像、直接映像、组相联映像、查找方法、替换算法（随机、先进先出、最近最少使用法）、写直达法、写回法、按写分配、不按写分配、Cache 性能分析、3C失效（强制失效、容量失效、冲突失效）、Victim Cache、伪相联映像Cache、硬件预取、编译器优化（数组合并、内外循环交换、循环融合、分块）、写缓冲合并、单字宽存储器、多字宽存储器、多体交叉存储器、存储体、虚拟存储器（页式、段式）、快表（TLB）

简答题

1.单级存储器的主要矛盾是什么？通常采取什么方法来解决？（知识点：多级存储器）

答：主要矛盾：

(1) 速度越快，每位价格就越高。

(2) 容量越大，每位价格就越低。

(3) 容量越大，速度越慢。

采取多级存储层次方法来解决。

2.“Cache-主存”和“主存-辅存”层次的主要区别是什么？（知识点：存储层次）

3.在存储层次中应解决哪四个问题？（知识点：存储层次的四个问题）

答：（1）映像规则：当把一个块调入高一层存储器时，可以放到哪些位置上。

（2）查找算法：当所要访问的块在高一层存储器中时，如何找到该块。

（3）替换算法：当发生失效时，应替换哪一块。

（4）写策略：当进行写访问时，应进行哪些操作。

4.地址映像方法有哪几种？它们各有什么优缺点？（知识点：地址映像）

（1）全相联映像。实现查找的机制复杂，代价高，速度慢。Cache空间的利用率较高，块冲突概率较低，因而Cache的失效率也低。

（2）直接映像。实现查找的机制简单，速度快。Cache空间的利用率较低，块冲突概率较高，因而Cache的失效率也高。

（3）组相联映像。组相联是直接映像和全相联的一种折中。

5.Cache的3C失效是哪三种失效？针对每种失效给出一种降低失效率的方法。（知识点：3C失效）

答：强制性失效、容量失效、冲突失效。

6.简述Cache的两种写策略（知识点：写直达、写回）

写直达法：执行“写”操作时，不仅写入Cache，而且也写入存储器

写回法：执行“写”操作时，只写入Cache，并将对应Dirty Flag位置1。

当任意一个Cache块将要被替换时，若Dirty Flag位为1，则先将该Cache块写回存储器，再进行替换动作；否则不用写回，直接替换。

7.简述Cache写失效的两种处理方法（知识点：按写分配、不按写分配）

经过cache法(按写分配)：发生写失效时，先把地址对应的内存块调入Cache，再进行写操作。

绕过cache法(不按写分配)：发生写失效时，不把地址对应的内存块调入Cache，而是绕过cache直接将数据写入存储器

选择题

1．虚拟存储器中，可采用如下映像规则：（ D ）（知识点：映像规则、虚拟存储器）

A．直接映像；

B．组相联映像；

C．全相联映像；

D．上述三者均可。

2．衡量一个存储器性能可从( A )方面考虑。（知识点：存储器层次结构）

A．容量、速度、价格

B．制造工艺、封装、材料

C．容量、速度、功耗

D．Cache-主存存储层次、主存-辅存存储层次、辅存-磁带存储层次

3．当发生Cache写失效时，是否调入相应的块，有哪两种选择？（D ）（知识点：写直达法、写回法、按写分配、不按写分配）

A．按写分配法和写回法

B．按写分配法和写直达法

C．写回法和写直达法

D．按写分配法和不按写分配法

4．虚拟存储器主要是为了解决（ A ）。（知识点：存储器层次结构、虚拟存储器）

A．扩大存储系统的容量

B．提高存储系统的速度

C．扩大存储系统的容量和提高存储系统的速度

D．便于程序的访存操作

5．与全相联映像相比，组相联映像的优点是（ A ）。（知识点：全相联映像、组相联映像）

A．目录表短，实现成本低

B．块冲突概率低

C．C ache命中率高

D．主存利用率高

6．Cache 存储器主要是为了解决（ B ）。（知识点：存储器层次结构）

A．扩大存储系统的容量

B．提高存储系统的速度

C．扩大存储系统的容量和提高存储系统的速度

D．便于程序的访存操作

7．容量和块大小均相同的Cache，块冲突概率由高到低的顺序是（ B ）。（知识点：全相联映像、直接映像、组相联映像）

A．全相联映像、直接映像、组相联映像

B．直接映像、组相联映像、全相联映像

C．全相联映像、组相联映像、直接映像

D．组相联映像、直接映像、全相联映像

8．容量和块大小均相同的Cache，主存地址中索引位的位数由少到多的顺序是（ C ）。（知识点：全相联映像、直接映像、组相联映像、CPU访存地址分割）

A．全相联映像、直接映像、组相联映像

B．组相联映像、直接映像、全相联映像

C．全相联映像、组相联映像、直接映像

D．直接映像、组相联映像、全相联映像

9．以下（B）的值不能从CPU发出的主存地址中直接获得。（知识点：CPU访存地址分割）

A．主存块地址

B．主存物理页号

C．用于选择Cache块/组的索引

D．用于匹配Cache块的标识

填空题

1.存储层次中的写策略主要有两种，它们是：（写直达）和（写回）。（知识点：写策略）

2.在全相联映像、直接映像和组相联映像中，块冲突最小的是（全相联）。Cache存储器的地址映像

规则一般不能用（全相联），否则，主存Cache的地址映像表太大，查表速度太慢，硬件难以实现。（知识点：全相联映像、直接映像、组相联映像）

3.评价存储层次的主要参数有（存储层次的平均每位价格）、（命中率）和（平均访存时

间）。（知识点：平均每位价格、命中率、平均访存时间）

4.Cache存储器采用的组相联映像是指组间是（全相联）映像，组内各块之间是（直接）映像。

（知识点：组相联映像）

5.“主存-辅存”层次的目的主要是为了弥补主存的（容量）的不足。（知识点：存储器层次结构）

计算题

1.某机器主存为2KB，采用直接映像方式，指令cache容量为32B，每个块为16B。在该机器上执行如

下循环程序：

FOO：LD F2, 0(R1)

MULTD F4, F2, F0

LD F6, 0(R2)

ADDD F6, F4, F6

SD 0(R2), F6

ADDI R1, R1, #8

ADDI R2, R2, #8