S.D 8（R2），F10
4.4 假设有一条长流水线，仅仅对条件转移指令使用分支目标缓冲。假设分支预测错误的开销为4个时钟周期，缓冲不命中的开销为3个时钟周期。假设：命中率为90%，预测精度为90%，分支频率为15%，没有分支的基本CPI为1。 （1） 求程序执行的CPI。
（2） 相对于采用固定的2个时钟周期延迟的分支处理，哪种方法程序执行速度更快？
解：（1）程序执行的CPI = 没有分支的基本CPI（1）+ 分支带来的额外开销
分支带来的额外开销是指在分支指令中，缓冲命中但预测错误带来的开销与缓冲没有命中带来的开销之和。 分支带来的额外开销= 15% * (90%命中×10%预测错误×4 + 10％没命中×3)= 0.099 所以，程序执行的CPI ＝1 ＋0.099 = 1.099
（2）采用固定的2 个时钟周期延迟的分支处理CPI = 1 + 15%×2 = 1.3 由（1）（2）可知分支目标缓冲方法执行速度快。
4.5 假设分支目标缓冲的命中率为90%，程序中无条件转移指令的比例为5%，没有无条件转移指令的程序CPI值为1。假设分支目标缓冲中包含分支目标指令，允许无条件转移指令进入分支目标缓冲，则程序的CPI值为多少？
解：设每1＋5%×x＝1.1 x＝2
当分支目标缓冲命中时，无条件转移指令的延迟为0。 所以程序的CPI ＝1 ＋2 ×5% ×(1 －90%) ＝1.01
5.4 降低Cache失效率有哪几种方法？简述其基本思想。 答：常用的降低Cache失效率的方法有下面几种：
（1） 增加Cache块大小。增加块大小利用了程序的空间局部性。 （2） 增加Cache的容量。
（3） 提高相联度，降低冲突失效。
（4） 伪相联Cache，降低冲突失效。当对伪相联Cache进行访问时，首先是按与直接映象相同的方式进行访问。如果命中，则从相应的块中取出所访问的数据，送给CPU，访问结束。如果不命中，就将索引字段的最高位取反，然后按照新索引去寻找“伪相联组”中的对应块。如果这一块的标识匹配，则称发生了“伪命中”。否则，就访问下一级存储器。
（5） 硬件预取技术。在处理器提出访问请求前预取指令和数据。
（6） 由编译器控制的预取，硬件预取的替代方法，在编译时加入预取的指令，在数据被用到之前发出预取请求。 （7） 编译器优化，通过对软件的优化来降低失效率。
（8） “牺牲”Cache。在Cache和其下一级存储器的数据通路之间增设一个全相联的小Cache，存放因冲突而被替换出去的那些块。每当发生不命中时，在访问下一级存储器之前，先检查“牺牲”Cache中是否含有所需的块。如果有，就将该块与Cache中某个块做交换，把所需的块从“牺牲”Cache 调入Cache。
6.3 RAID有哪些分级？各有何特点？
答：(1)RAID0。亦称数据分块，即把数据分布在多个盘上，实际上是非冗余阵列，无冗余信息。(2)RAID1。亦称镜像盘，使用双备份磁盘。每当数据写入一个磁盘时，将该数据也写到另一个冗余盘，这样形成信息的两份复制品。如果一个磁盘失效，系统可以到镜像盘中获得所需要的信息。镜像是最昂贵的解决方法。特点是系统可靠性很高，但效率很低。(3)RAID2。位交叉式海明编码阵列。即数据以位或字节交叉的方式存于各盘，采用海明编码。原理上比较优越，但冗余信息的开销太大，因此未被广泛应用。(4)RAID3。位交叉奇偶校验盘阵列，是单盘容错并行传输的阵列。即数据以位或字节交叉的方式存于各盘，冗余的奇偶校验信息存储在一台专用盘上。(5)RAID4。专用奇偶校验独立存取盘阵列。即数据以块(块大小可变)交叉的方式存于各盘，
冗余的奇偶校验信息存在一台专用盘上。(6)RAID5。
块交叉分布式奇偶校验盘阵列，是旋转奇偶校验独立存取的阵列。即数据以块交叉的方式存于各盘，但无专用的校验盘，而是把冗余的奇偶校验信息均匀地分布在所有磁盘上。(7)RAID6。双维奇偶校验独立存取盘阵列。即数据以块(块大小可变)交叉的方式存于各盘，冗余的检、纠错信息均匀地分布在所有磁盘上。并且，每次写入数据都要访问一个数据盘和两个校验盘，可容忍双盘出错。
RAID：廉价磁盘冗余阵列或独立磁盘冗余阵列。
6.10 在有Cache的计算机系统中，进行I/O操作时，会产生哪些数据不一致问题？如何克服？ 答：（1）存储器中可能不是CPU产生的最新数据，所以I/O系统从存储器中取出来的是陈旧数据。 （2）I/O系统与存储器交换数据之后，在Cache中，被CPU使用的可能就会是陈旧数据。 第一个问题可以用写直达Cache解决。
第二个问题操作系统可以保证I/O操作的数据不在cache中。如果不能，就作废Cache中相应的数据。
例5.11假设在1000次访存中，L1 Cache失效40次， L2 Cache失效20次。试问：在这种情况下，该Cache系统的局部失效率和全局失效率各是多少？ 解
第一级Cache的失效率（全局和局部）是40/1000， 即4%；第二级Cache的局部失效率是20/40，即50%， 第二级Cache的全局失效率是20/1000，即2%。
6.3 RAID有哪些分级？各有何特点？
答：(1)RAID0。亦称数据分块，即把数据分布在多个盘上，实际上是非冗余阵列，无冗余信息。(2)RAID1。亦称镜像盘，使用双备份磁盘。每当数据写入一个磁盘时，将该数据也写到另一个冗余盘，这样形成信息的两份复制品。如果一个磁盘失效，系统可以到镜像盘中获得所需要的信息。镜像是最昂贵的解决方法。特点是系统可靠性很高，但效率很低。(3)RAID2。位交叉式海明编码阵列。即数据以位或字节交叉的方式存于各盘，采用海明编码。原理上比较优越，但冗余信息的开销太大，因此未被广泛应用。(4)RAID3。位交叉奇偶校验盘阵列，是单盘容错并行传输的阵列。即数据以位或字节交叉的方式存于各盘，冗余的奇偶校验信息存储在一台专用盘上。(5)RAID4。专用奇偶校验独立存取盘阵列。即数据以块(块大小可变)交叉的方式存于各盘，冗余的奇偶校验信息存在一台专用盘上。(6)RAID5
块交叉分布式奇偶校验盘阵列，是旋转奇偶校验独立存取的阵列。即数据以块交叉的方式存于各盘，但无专用的校验盘，而是把冗余的奇偶校验信息均匀地分布在所有磁盘上。(7)RAID6。双维奇偶校验独立存取盘阵列。即数据以块(块大小可变)交叉的方式存于各盘，冗余的检、纠错信息均匀地分布在所有磁盘上。并且，每次写入数据都要访问一个数据盘和两个校验盘，可容忍双盘出错。
8、下图为DEC的Alpha AXP 21064 微处理器中的内部数据Cache 。相应的介绍如下：容量为8KB；块大小为32字节，共有256个块。调试方式为：不按写分配；映像方法为：直接映像；写策略：写直达法；写缓冲器的大小：4个块。简要分析Cache在命中情况下的“读”访问与“写”访问过程，以及在失效状态下的“读”失效和写操作。
（1）读命中
a.21064我处理器传送给数据库Cache的物理地址为34位，分为块地址（29位）块内偏移（5位）。块地址又分为地址标识位（21位）和Cache位(8位)
b.根据索引值查找Cache块地址位置，读出数据以及目录表中相应的标识。
C.目录表中的标识和CPU送来的物理地址的标识进行比较，且相应的有效位必须为“1”目录表中的标识符才有效。若两者相等则命中
d.数据Cache发出信号通知CPU从cache中取走数据 （2）“写”命中
判断写命中与否的步骤判断读的方法相同，在命中的情况下，不仅把信息写入cache中相应的块，而且也写入下一级存储器中相应的块 （3）“读”失效
Cache向CPU发出一个暂停信号，通知等待，并以下一级存储器中读出数据，填入相应的块 （4）“写”失效
CPU不对Cache进行操作，直接写入下一级存储器中而不将相应的块调入Cache中。