计算机系统结构课后习题答案
(4)对于(3),指出块失效又发生块争用的时刻; (5)对于(3),求出此期间Cache的命中率。
解答： (1)主存地址、Cache地址的各字段的位数及其对应关系如下图所示
(2)主存块、Cache块的映象对应关系如下图所示
(3)Cache中各块随时间的使用状况如下图所示。图中标*号的是候选替换块的块号，H：命中;R：替换;L：失效。
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(4)发生块失效又发生块争用的时刻有6、7、9、10、11、12、14、15。 (5)Cache的块命中率Hc=3/15=0.2。
剖析： 由于主存块、Cache块之间存在上述的映象对应关系，主存的第0、1、4、5块只能映象装入或替换物理Cache的第0、1块;主存的第2、3、6、7块只能映象装入或替换物理Cache的第2、3块。
13.采用组相联映象，LRU替换算法的Cache存储器，发现等效访问速度不高，为此建议： (1)增大主存容量;
(2)增大Cache的块数(块的大小不变); (3)增大组相联组的大小(块的大小不变);
(4)增大块的大小(组的大小和Cache总容量不变); (5)提高Cache本身器件的访问速度。
解答：(1)增大主存容量对Cache的访问时间ta基本不影响，从而对Cache的等效访问速度基本不影响。
(2)增大Cache的块数(块的大小不变)一般将使Cache的命中率Hc上升，从而使ta下降，从而提高Cache的等效访问速度。
(3)增大组相联组的大小(块的大小不变)一般将使Cache的命中率Hc上升，从而使ta下降，从而提高Cache的等效访问速度。
(4)增大块的大小(组的大小和Cache总容量不变)一般将使ta下降，从而提高Cache的等效访问速度。
(5)提高Cache本身器件的访问速度一般将缩短ta，从而提高Cache的等效访问速度。 14.你对Cache存储器的速度不满，于是申请到一批有限的经费，为能发挥其最大经济效益，有人
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建议你再买一些同样速度的Cache片子以扩充其容量;而另有人建议你干脆去买更高速的Cache片子将现有的低速Cache片子全部换掉。你认为哪种建议可取？你如何做决定？为什么？ 解答：Cache本身的速度与容量都会影响Cache存储器的等效访问速度。如果对Cache存储器的等效访问速度不满，需要改进的话，就要作具体分析，看看现在Cache存储器的等效访问速度是否已接近于Cache本身的速度。如果差得较远，说明Cache的命中率低，应从提高Cache命中率着手，包括调整组的大小、块的大小、替换算法以及增大Cache容量等。如果Cache存储器的等效访问速度已经非常接近于Cache本身的速度还不能满足需要，就应该更换更高速的Cache片子。
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第五章 重叠、流水和向量处理机
1.假设指令的解释分取指、分析与执行3步，每步的时间相应为t取指、t分析、t执行, (1)分别计算下列几种情况下，执行完100条指令所需时间的一般关系式： a.顺序方式;
b.仅“执行k”与“取指k+1”重叠;
c.仅“执行k”、“分析k+1”、“取指k+2”重叠;
(2)分别在t取指=t分析=2、t执行=1及t取指=t执行=5、t分析=2两种情况下，计算出上述各结果。
解： (1)执行完100条指令所需时间： a.100*(t取指+t分析+t执行);
b.t取指+100*t分析+99*max(t取指+t执行)+t执行;
c.t取指+max(t取指+t分析)+98*max(t取指+t分析+t执行)+max(t分析+t执行)+t执行。
(2)在t取指=t分析=2、t执行=1的情况下，执行完100条指令所需时间： a.500 b.401 c.203
在t取指=t执行=5、t分析=2的情况下，执行完100条指令所需时间： a.1200 b.705 c.510
2.流水线有4个功能部件组成，每个功能部件的延迟时间为△t，当输入10个数据后间歇5△t又输入10个数据，如此周期性地工作，求此时流水线的吞吐率，并画出时空图。 解： TP=10/14△t=5/7△t
时
空
图
：
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3.有一个
浮点乘流水线如图5.35(a)所示，其乘积可直接返回输入端或暂存于相应缓冲寄存器中，画出实现A*B*C*D的时空图以及输入端的变化，并求出该流水线的吞吐率和效率;当流水线改为图5.35(b)形式实现同一计算时，求该流水线的效率及吞吐率。
图5.35(a)
图5.35(b)
解：按图5.35(a)组织的流水线时，TP=3/13△t;η=3/11。 实现A*B*C*D的时空图如图0504所示： 图0504
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