從下列關(guān)于虛擬存儲方式的敘述中選出三條正確的敘述

1、1 從下列關(guān)于虛擬存儲方式的敘述中選出三條正確的敘述：（1） 對于虛擬存儲方式來說，需要有硬件或軟件的變換手段，在讀出、寫入數(shù)據(jù)時(shí)，把程序員意識到的虛擬存儲器地址變換成主存儲器地址。（2） 在虛擬存儲方式下，程序員編制程序時(shí)不必考慮主存儲器的容量，但是系統(tǒng)的吞吐量在很大程度上依賴于主存儲器的容量。（3） 多道程序的道數(shù)越多，分配給各程序的主存容量就越少，然而系統(tǒng)的吞吐量并不下降。（4） 在用頁面方式實(shí)現(xiàn)的虛擬存儲系統(tǒng)中，當(dāng)訪問的頁不在主存中時(shí)，會發(fā)生缺頁中斷。單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生缺頁的次數(shù)取決于主存容量，與程序的性質(zhì)無關(guān)。（5） 單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生缺頁的次數(shù)越多，系統(tǒng)的吞吐量越大。（6） 在虛擬存儲方式

2、下，為了存放各程序中未放入主存的部分，必須有磁盤和磁帶等輔助存儲器。（7） 虛擬存儲方式是在半導(dǎo)體存儲元件實(shí)用化以后在得以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。答：（1）、（2）、（6）2 從下列關(guān)于存儲元件的特征和用途的敘述中選出兩條正確的敘述：（1） 作為隨機(jī)存取存儲器(RAM)的代表-半導(dǎo)體RAM由于存取速度快而被用做主存儲器。但由于它是破壞性讀出，說一必須有重寫電路，在讀出后對該地址進(jìn)行重寫。（2） 電擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)用在數(shù)據(jù)或程序固定不變的存儲器中，若長期放置不動，信息就會消失，所以必須經(jīng)常進(jìn)行重寫。（3） 可擦除可編程只讀存儲器(EPROM)能夠由使用者通過編程器寫入信息，經(jīng)避光密封后，

3、可長期保存信息。因此，用在軟件固化的場合。（4） 電荷耦合器件(CCD)由于價(jià)格較低且能快速存取，作為填補(bǔ)主存儲器和外存儲器之間的空當(dāng)?shù)拇鎯υ艿搅巳藗兊淖⒁?。但是因?yàn)樗菗]發(fā)性的，所以不能取代磁盤。（5） 磁泡存儲器是一種循環(huán)存儲器，雖然價(jià)格較高，且能快速存取，但由于存取過程中伴有機(jī)械動作，還有待進(jìn)一步提高其可靠性。答：（3）、（4）3從供選擇的答案中選出適當(dāng)字句，填入下列關(guān)于存儲保護(hù)敘述中的空格內(nèi)： 在計(jì)算機(jī)發(fā)展過程中，之所以提出存儲保護(hù)的要求，是因?yàn)樵赺 A_和多處理機(jī)的情況下，在一個內(nèi)存中有多個程序存在，有必要防止其中某個程序的錯誤破壞其它程序的存儲區(qū)域。此外，在_B_中，為了對其

4、他使用者_(dá)C_，僅有寫保護(hù)不夠，還必須考慮_D_。存儲保護(hù)的方法有：把上限和下限地址放入_E_，在訪問次范圍以外的地址時(shí)產(chǎn)生中斷的方法；為每個塊或頁設(shè)置_F_，在訪問時(shí)將它與訪問鍵相比較，不一致時(shí)產(chǎn)生中斷的方法，等等。采用_F_的方法，容易處理所使用的區(qū)域_G_在內(nèi)存各處的情況，因而為許多計(jì)算機(jī)所采用。供選擇的答案：（1） 聯(lián)想寄存器 （2）界限存儲器 （3）保護(hù)鍵 （4）分時(shí)系統(tǒng)TSS（5）多道程序設(shè)計(jì) （6）保密 （7）集中 （8）分散 （9）服務(wù)（10）讀保護(hù)答：A(5) B(4) C(6) D(10) E(2) F(3) G(8)4從供選擇的答案中選出應(yīng)該填入下列敘述中空格的正確答案：

5、設(shè)有三個處理機(jī)A、B、C，他們各有一個高速緩沖存儲器Ca、Cb、Cc，并各有一個主存儲器Ma、Mb、Mc。其性能如下表所示：假定三個處理機(jī)的指令系統(tǒng)相同，它們的指令執(zhí)行時(shí)間與存儲器的平均存取周期成正比。如果執(zhí)行某個程序時(shí)，所需指令或數(shù)據(jù)再高速緩沖存儲器中取到的概率是P=0.6，那么這三個處理機(jī)按處理速度由快到慢的順序應(yīng)當(dāng)是_a_。當(dāng)P=0.75時(shí)，則其順序應(yīng)當(dāng)是_b_。當(dāng)P=0.95時(shí)，則其順序應(yīng)當(dāng)是_c_。當(dāng)P=_d_時(shí)，處理機(jī)A和B的處理速度最接近。當(dāng)P=_e_時(shí)，處理機(jī)B和C的處理速度最接近。CaCbCcMaMbMc存儲容量8KB8KB8KB2MB2MB2MB存取周期60ns80ns10

6、0ns1us0.9us0.8usa、b、c供選擇的答案：（1）A、B、C （2）A、C、B （3）B、A、C （4）B、C、A（5）C、A、B （6）C、B、Ad、e供選擇的答案：（1）0.6 （2）0.7 （3）0.8 （4）0.9答：a(6) b(6) c(1) d(3) e(3)5回答應(yīng)填入下列關(guān)于虛擬存儲系統(tǒng)的敘述的空格內(nèi)的正確答案：一個虛擬存儲系統(tǒng)由容量Sm1=8MB的主存和容量Sm2=800MB的輔存的兩級存儲器所構(gòu)成。主存每位平均代價(jià)C1=10個單位成本，輔存每位平均代價(jià)C2=1個單位成本，相對CPU而言，從主存讀出時(shí)間Ta1=500ns，從輔存讀出時(shí)間Ta2=5ms。為了測定是

7、否達(dá)到高的存取速率和低的位成本等，可以統(tǒng)計(jì)一組Benchmark程序，獲得訪問主存次數(shù)R1=8*10，訪問輔存次數(shù)R2=8*10。那么，本虛擬存儲系統(tǒng)的兩級存儲器的讀出時(shí)間比r=_，每位平均代價(jià)C=_單位成本，命中率H=_，平均讀出時(shí)間Ta=_us,虛存讀出效率e=_。答： r = Ta2/Ta1 = 10；C = (C1*Sm1+C2*Sm2) / (Sm1+Sm2) = 1.089單位成本H = R1 / (R1+R2) = 0.998Ta = H*Ta1+(1-H)*Ta2 = 10.5use = 1 / (r+(1-r)*H) = 0.056從供選擇的答案中選出應(yīng)填入下列敘述中空格的正

8、確答案： 某虛擬存儲器的用戶編程空間共32個頁面，每頁1KB，主存為16KB。假定某時(shí)刻該用戶頁表中已調(diào)入主存的頁面的虛頁號和物理頁號對照表為則下表中與虛地址相對應(yīng)的物理地址為（如果主存中找不到，即為頁失效）：虛頁號物理頁號051102487 虛地址物理地址0A5CHA1A5CHB虛擬存儲器的功能由_C_完成的。在虛擬存儲系統(tǒng)中，采用_D_提高_(dá)E_的速度。供選擇的答案：A、B：（1）頁失效 （2）1E5CH (3)2A5CH (4)165CH(5) 125CH (6)1A5CHC：（1）硬件 （2）軟件 （3）軟、硬件結(jié)合D：（1）高速輔助存儲器 （2）高速光盤存儲器 （3）快速通道 （4）

9、高速緩沖存儲器E：（1）連接編輯 （2）虛空間分配 （3）動態(tài)地址翻譯 （4）動態(tài)連接答：A(5) B(1) C(3) D(3) E(3)7有關(guān)存儲器的選擇題，從供選擇的答案中選出應(yīng)填入空格的正確答案：（1） 在具有1MB的存儲器中，若按字節(jié)編址，為了存取該存儲器的各單元，其地址至少需要_A_位。（2） 假如程序員可用存儲空間為4MB，而實(shí)際存儲器容量為2MB，則程序員所用地址稱為_B_，而真正訪問存儲器的地址為_C_。（3） 如果半導(dǎo)體存儲器的容量為2MB，而訪問存儲器的地址僅16位，而且已無法擴(kuò)充地址位，此時(shí)實(shí)際能作為主存使用的存儲器容量僅為_D_KB，超過此容量的存儲器就能當(dāng)作_E_使用

10、，但其速度可比磁盤_F_。（4） 磁盤各磁道的長度不一樣，所以各磁道間的存儲密度_G_，靠近旋轉(zhuǎn)中心的磁道存儲密度_H_。供選擇的答案：A、D：（1）16 （2）20 （3）32 （4）64B、C、E：（1）邏輯地址 （2）物理地址 （3）有效地址 （4）高速緩沖存儲器 （5）主存儲器 （6）外存儲器F、G、H：（1）相同 （2）不相同 （3）快（4）慢（5）高（6）低答： A(2) B(1) C(2) D(4) E(6) F(3) G(2) H(5)8從下面有關(guān)存儲器的敘述中，選擇4個正確的敘述：（1） 四體交叉存儲器經(jīng)常按地址的最高兩位作為區(qū)分存儲體的標(biāo)志。（2） 四體交叉存儲器的存取速度

11、在任何情況下都是一般存儲器的四倍。（3） 高速緩沖存儲器(cache)的作用是擴(kuò)大存儲容量。一般把地址小的存儲空間作為cache的空間，其余的才是主存儲器空間。為提高計(jì)算機(jī)解題速度，程序員編程時(shí)應(yīng)盡量用地址小的cache空間。（4） 在采用頁方式的虛擬存儲器中，每次訪問存儲器都要將邏輯地址轉(zhuǎn)換為物理地址。為提高轉(zhuǎn)換的速度，可使用“快表”的方法。（5） 虛擬存儲器能使用戶按比主存空間大得多的虛存空間編程，給用戶帶來方便。但主存儲器的容量仍對系統(tǒng)性能有很大影響。（6） LRU替換算法在cache和虛擬存儲器中經(jīng)常使用。（7） 在采用頁方式的虛擬存儲器中，當(dāng)該頁不在主存中時(shí)，發(fā)生頁面失效中斷。頁面失

12、效中斷發(fā)生的頻率取決于主存容量，而與程序性質(zhì)無關(guān)，是固定的。（8） 在虛擬存儲系統(tǒng)中，一定要有輔助存儲器（或稱為外存儲器）。答：（4）（5）（6）（8）9從下列有關(guān)cache的描述中，選出應(yīng)填入空格中的正確答案：（1） 今有甲、乙兩臺計(jì)算機(jī)，甲計(jì)算機(jī)的cache存取時(shí)間為50ns，主存儲器為2us；乙計(jì)算機(jī)的cache存儲時(shí)間為100ns，主存儲器為1.2us。設(shè)cache的命中率均為95%，則甲計(jì)算機(jī)的平均存取時(shí)間為_A_ns；乙計(jì)算機(jī)的平均存取時(shí)間為_B_ns。（2） 在cache中，經(jīng)常采用直接映象或組相聯(lián)映象兩種方式，在cache容量相等的情況下，前者比后者的命中率_C_。供選擇的答案

13、：A、 B：（1）147.5 （2）153.5 (3) 155 (4) 180C： （1）高 （2）低 （3）相等答：A(1) B(3) C(2)10在下列有關(guān)存儲保護(hù)的描述中，將正確答案填入空格中：為了保護(hù)系統(tǒng)軟件不被破壞以及在多道程序環(huán)境下，防止一個用戶破壞另一個用戶的程序而采取下列措施：（1） “設(shè)置系統(tǒng)狀態(tài)”等指令不準(zhǔn)在用戶程序中使用，這些指令叫做 特權(quán)指令。（2） 段式管理的存儲器中設(shè)置 上、下界 存儲器，防止用戶訪問不是分配給他的存儲區(qū)域。（3） 在環(huán)保護(hù)的主存中，把系統(tǒng)程序和用戶程序按其允許訪問存儲區(qū)的范圍進(jìn)行分層，如規(guī)定內(nèi)層級別高，那么系統(tǒng)程序應(yīng)在 內(nèi)層 ；用戶程序則在 外層

14、。允許 內(nèi)層訪問外層的存儲區(qū)。（4） 為了保護(hù)數(shù)據(jù)及程序不受破壞，在頁式管理存儲器中，可在頁表中設(shè)置讀、寫及 執(zhí)行 位。如讀、寫位均為“0”，而 執(zhí)行 位為“1”，表示該頁內(nèi)存放的是程序代碼。11從下面有關(guān)存儲器的敘述中，選擇正確的敘述。（1） 計(jì)算機(jī)必須具有cache、主存和外存。（2） 在編制程序時(shí)，要考慮將經(jīng)常用到的數(shù)據(jù)或程序首先從主存上調(diào)到cache，以提高速度。（3） 在計(jì)算機(jī)中，cache與主存（只讀存儲器、隨機(jī)存儲器）一般是統(tǒng)一編址的，占有不同的地址空間（即主存空間的某一部分屬于cache）。（4） cache的全部功能全由硬件實(shí)現(xiàn)。（5） 多體交叉存儲主要解決擴(kuò)充容（6） 機(jī)器

15、剛上電時(shí)，cache無內(nèi)容，在程序運(yùn)行過程中，初次訪問主存某單元時(shí)，在主存向CPU傳送信息的同時(shí)也傳送到cache（即寫入）。當(dāng)再次訪問該存儲單元時(shí)即可以從cache取得信息（假如沒有被替換）。（7） 在虛擬存儲系統(tǒng)中，輔存儲器與主存儲器以相同的方式工作，因此允許程序員用比主存空間大得多的輔存空間編程。（8） 在虛擬存儲系統(tǒng)中，邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址是由硬件實(shí)現(xiàn)的，僅在頁面失效時(shí)才由操作系統(tǒng)將被訪問的頁面由輔存調(diào)至主存，必要時(shí)還要把被替換的頁面寫回輔存。答： （4） （6） （8）12在下列關(guān)于存儲器的敘述中，將正確的答案填入空格：（1） cache的內(nèi)容應(yīng)與主存相對應(yīng)的單元的內(nèi)容保持一致。（

16、2） cache的速度應(yīng)比從主存取信息的速度快。（3） cache的內(nèi)容是由執(zhí)行程序時(shí)逐步調(diào)入的。（4） 虛擬存儲器的邏輯地址位數(shù)比物理地址 多。（5） 虛擬存儲器在被訪問的存儲單元所在頁面不在主存時(shí)情況下，需要操作系統(tǒng)配合工作。13某計(jì)算機(jī)的cache主存層次采用組相聯(lián)映象方式，頁面大小為128字節(jié)。Cache容量為64頁，按4頁分組。主存容量為4096頁。問：（1） 主存地址共需多少位？（2） 主存地址字段如何劃分，各需多少位？（3） 設(shè)cache起始時(shí)為空，CPU從主存單元0、1、2、.、8703依次讀出8704個字節(jié)，并重復(fù)此一讀數(shù)序列共10次。若cache速度10倍于主存，且采用LR

17、U替換算法，問利用cache后獲得的加速比是多少？答：（1） 主存地址共需19位（A18A0）（2） 存地址字段劃分如下（從高到低）：塊號6位（A18A13），組號4位（A12A9），組內(nèi)頁號2位（A8A7），頁內(nèi)地址7位（A6A0）。（3） 共讀入8704B=68頁*128B=17組*4頁*128B，1組=4頁*128B=512B。設(shè)主存讀一個單元所需1個時(shí)間單元，則cache為0.1個時(shí)間單元。故加速比為：1*8704*10/（1+0.1*511）*17*10）= 9.814某程序?qū)撁嬉蟮男蛄袨椋?、4、2、8、4、7、1、4、2、6、3、6、1、4、3。設(shè)主存容量為4個頁面，求用FI

18、FO和LRU替換算法時(shí)各自的命中率（假設(shè)開始時(shí)主存為空）：答：FIFO算法命中率為3/15，LRU替換算法命中率為4/15。15設(shè)主存和輔存的平均訪問時(shí)間分別為10-6秒和10-3秒。若要使虛擬存儲器的主存輔存層次平均訪問時(shí)間達(dá)到10-4秒或10-5秒，問至少應(yīng)保證主存訪問失效率各是多少？答：主存訪問失效率為1-H。訪問平均時(shí)間Ta=Ta1+(1-H)Tb=Ta1+(1-H)Ta2所以，Ta=10-4秒時(shí)，1 - H = 0.099 Ta=10-5秒時(shí)，1 - H = 0.00916設(shè)頁面大小僅僅是平均字節(jié)段大小的函數(shù)，試求當(dāng)平均字節(jié)段大小為1100字節(jié)時(shí)能使存儲空間利用率達(dá)到最大值的頁面大小

19、2K字節(jié)，此處K為正整數(shù)。答：平均字節(jié)段即指程序平均長度Ss。最佳頁面大小Spopt = 。在最佳頁面大小時(shí)主存空間利用率最大。所以，K=5或K=6。17設(shè)二級虛擬存儲器的Ta1=10-7s、Ta2=10-2s，為使存儲層次的訪問效率e達(dá)到最大值的80%以上，命中率H至少達(dá)到多少？實(shí)際上這樣高的命中率使很難達(dá)到的，那么從存儲層次上如何改進(jìn)？答：H99.9%。改進(jìn)的方法是在存儲層次上增加cache。18設(shè)某程序包含5個虛頁，其頁地址流如下：4、5、3、2、5、1、3、2、2、5、1、3 當(dāng)使用LRU算法替換時(shí)，為獲得最高命中率，至少應(yīng)分配給該程序幾個實(shí)頁？其可能的最高命中率為多少？答：至少應(yīng)分配

20、給該程序4個實(shí)頁，其可能的最高命中率為7/12。實(shí)頁號裝入位311120302110010019某虛擬存儲器共8個頁面，每頁為1024個字節(jié)，實(shí)際主存為4096個字節(jié)，采用頁表法進(jìn)行地址映象。映象表內(nèi)容如圖所示：（見下頁）（1） 列出會發(fā)生頁面失效的全部虛頁號。（2） 按以下虛地址計(jì)算主存實(shí)地址：0、3728、1023、1024、2055、7800、4096、6800。答： （1）發(fā)生頁面失效的虛頁號為2、3、5、7。虛地址實(shí)地址030723728頁失效10234095102410242055頁失效7800頁失效4096204868000656 （2）20設(shè)某計(jì)算機(jī)主存容量為64KB，周期時(shí)間

21、10t；cache的容量為512B，周期時(shí)間1t，cache塊長128B，采用直接映象方式和LRU替換算法。設(shè)cache起始為空，求出運(yùn)行下列程序段（地址用十進(jìn)制表示）時(shí)的命中率（不考慮操作數(shù)進(jìn)入cache的情況）：（程序段如下頁所示）： 開始 0017 0023 0165 內(nèi)循環(huán)重復(fù)20次 0239 外循環(huán)重復(fù)10次 1200結(jié)束 1500答： H=0.99521一個“cache主存輔存”三級存儲層次，設(shè)cache的周期為Ans，若某次訪cache不命中，就用Bns時(shí)間調(diào)塊，而若訪主存不命中時(shí)，就必須進(jìn)行一次磁盤傳送。為了管理（包括對cache加載），CPU要花去Cns時(shí)間（磁盤等待時(shí)間不計(jì)

22、在內(nèi)，因?yàn)榇藭r(shí)CPU可作其他工作）。如每M條指令中，就有一天要求從主存調(diào)塊進(jìn)cache，每N條指令中就有一條要求訪問一次磁盤。請列出表示該即等效指令時(shí)間的公式：答案：T = ( (N / M - 1)*(M - 1)*A + B) + (M - 1)*A + C) / N =(M-1)*A/M + B/M B/N + C/N =A + (B-A) / M + (C B) / N22什么是地址映象和地址變換？主要的地址映象方式有哪幾種？答：地址映象是指每個虛頁按什么規(guī)則（算法）裝入（定位于）實(shí)存；地址變換是指程序按照映象關(guān)系裝入實(shí)存后，在程序運(yùn)行時(shí)，虛地址如何變換成對應(yīng)的實(shí)地址。主要的地址映象方

23、式有：全相聯(lián)映象、直接映象、組相聯(lián)映象、段相聯(lián)映象。23請回答全相聯(lián)映象方法的定義和特點(diǎn)，它的主要地址變換方法是什么？答：全相聯(lián)映象定義是任何虛頁能映象到實(shí)存任何頁面位置，它的突出優(yōu)點(diǎn)就是實(shí)頁沖突概率最小。它的地址變換方法有兩種：頁表法、目錄表法。24什么是虛擬存儲器？它的主要指標(biāo)是什么？答：虛擬存儲器是指“主存輔存”層次，它能使該層次具有輔存容量、接近主存的等效速度和輔存的每位成本。虛擬存儲器的指標(biāo)主要有主存空間利用率和主存命中率。25請回答替換算法的主要種類以及其主要特點(diǎn)：答：替換算法主要有隨機(jī)算法（RAND），先進(jìn)先出（FIFO），近期最少使用算法（LRU），優(yōu)化替換算法（OPT）。FI

24、FO：每次替換以先進(jìn)入者為對象，非堆棧型算法，實(shí)頁數(shù)增加有時(shí)命中率反而降低，整體分析命中率較低。LRU：每次替換以以前未命中最多者為對象，屬堆棧型算法，實(shí)頁數(shù)增加命中率上升，整體分析命中率較高，實(shí)用性強(qiáng)。OPT：每次替換以以后最少使用者為對象，屬堆棧型算法，實(shí)頁數(shù)增加命中率上升，整體分析命中率最高，但實(shí)用困難，用于理論分析。26試解釋以下與高速緩存結(jié)構(gòu)有關(guān)的術(shù)語：(a) 原子與非原子存儲器的比較(b) 存儲器帶寬與容錯(c) 寫直達(dá)與寫回高速緩存的比較(d) 私用高速緩存與共享高速緩存的比較答：（a）原子與非原子存儲器的比較：原子存儲器存取模型比較簡單，但可能使存儲器性能相當(dāng)差。它的順序一致性

25、降低了多處理機(jī)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。非原子存儲存取利用了更復(fù)雜的硬件/軟件。它具有克服原子存儲器存取的缺點(diǎn)的潛力。 （b）存儲器帶寬與容錯：存儲器帶寬是單位時(shí)間能存取的存儲器字，容錯是將m個存儲器模塊的存儲體中發(fā)生故障的存儲器模塊隔離開的能力。 (c) 寫直達(dá)與寫回高速緩存的比較：WT需要更多的總線或網(wǎng)絡(luò)周期去訪問主存儲器，WB允許CPU繼續(xù)工作，無需等待存儲器訪問。 （d）私用高速緩存與共享高速緩存的比較：大多數(shù)多處理機(jī)都采用私用高速緩存。共享高速緩存在使用虛擬地址時(shí)必須在固定大小范圍內(nèi)被共享。其他部分存儲器課共享但無高速緩沖能力。27設(shè)有一個主存儲器，它包含4個存儲器模塊，每個模塊有256個字。

26、再假定每個高速緩存塊中有16個字，高速緩存的總?cè)萘渴?56個字。使用組聯(lián)想映射將高速緩存塊定位到塊框中。高速緩存被分成4組。（a） 說明在主存儲器的4路低位交叉存取結(jié)構(gòu)中全部1024個字的地址分配。（b） 主存儲器有多少塊？高速緩存有多少塊框？（c） 說明在兩層存儲器系統(tǒng)中對每個字進(jìn)行尋址所需的位字段。（d） 表示出從主存儲器的塊到高速緩存的組的映射關(guān)系，并解釋如何利用標(biāo)記字段在每組范圍內(nèi)定位一個塊框。答：（a）m=pow（2，a）=4，w=pow（2，b）=256 a=2，b=8 存儲器地址的低2位用來指明存儲器模塊，高8位是每個模塊內(nèi)的字地址。 （b）主存儲器塊數(shù)=4*256/16=64，

27、塊框數(shù)=256/16=16 （c）存儲器地址分成三個字段：較低的0-3位是每個塊的字偏移量，4-5位是組號，6-9位是高速緩存的塊標(biāo)記。 （d）v=4 BjBfSi，if j（mod 4）=i 標(biāo)記與標(biāo)別組的4個標(biāo)記進(jìn)行比較，當(dāng)匹配時(shí)，高速緩存產(chǎn)生命中。28假定一個由16個存儲器模塊構(gòu)成的主存儲器系統(tǒng)有下列三種交叉存儲器設(shè)計(jì)方案。每個模塊的容量為1M字節(jié)，機(jī)器按字節(jié)尋址。設(shè)計(jì)1：用1個存儲體16路交叉。設(shè)計(jì)2：用2個存儲體8路交叉。設(shè)計(jì)3：用4個存儲體4路交叉。（a） 確定上述每種存儲器組織的地址格式。（b） 在上述每種存儲器組織中，假定只有一個存儲器模塊失效，確定能獲得的最大存儲器帶寬。（c

28、） 比較說明三種交叉存儲器組織的優(yōu)缺點(diǎn)。答：（a）1：存儲器地址的低4位指明模塊，高20位是每個模塊內(nèi)的字節(jié)地址。 2：存儲器地址的低3位指明模塊，第4-23位是模塊內(nèi)字節(jié)地址，第24位是體地址 3：存儲器地址的第2位指明模塊，第3-22位是模塊內(nèi)字節(jié)地址，第23-24位是體地址 （b）1：整個存儲替在一個模塊發(fā)生故障的情況下必須廢棄掉 最大存儲器帶寬 = 0 2：有一個存儲體在工作 最大存儲器帶寬 = 4個字 3：有3個存儲體在工作 最大存儲器帶寬 = 6個字（d） 方式1支持成塊存取，但不能容錯。方式2和3不支持成塊存取，但可容錯。方式3比方式2的容錯性能更好。29試解釋下列有關(guān)存儲器層次

29、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本術(shù)語（a） 命中率（b） 缺頁（c） 散列函數(shù)（d） 倒置頁表（e） 存儲器替換策略答：（a）命中率：在Mi層的命中率hi是信息項(xiàng)可以在Mi中找到的概率 （b）缺頁：在主存儲器中發(fā)生缺失 （c）散列函數(shù)：可以用較少位數(shù)把長頁號轉(zhuǎn)換成短頁號的一種函數(shù) （d）倒置頁表：地址轉(zhuǎn)換映象為倒置映象的頁表（e）存儲器替換策略：包括為活動進(jìn)程分配與再分配存儲器頁面以及存儲器頁面的替換30一個兩層存儲系統(tǒng)有8個磁盤上的虛擬頁面已被映射到主存儲器的4個頁面框架（PF）中。某程序產(chǎn)生以下的頁面蹤跡：1，0，2，2，1，7，6，7，0，1，2，0，3，0，3，0，4，5，1，5，2，4，5，6，7，6

30、，7，2，4，2，7，3，3，2，3（a） 根據(jù)上述頁面蹤跡采用LRU替換策略指出駐留在4K頁面框架中的相繼虛擬頁面。計(jì)算在主存儲器中的命中率。假定PF最初是空的。（b）采用環(huán)形FIFO頁面替換策略，重復(fù)（a）。計(jì)算在主存儲器中的命中率。(c) 比較（a）和（b）中的命中率并根據(jù)這一特定的頁面蹤跡對環(huán)形FIFO策略的效果比較接近LRU策略作一評論。解：（a）h=16/33 （b）h=16/33 （c）這兩種策略對這種特定頁面蹤跡是等效的。31設(shè)有一個兩層存儲器層次結(jié)構(gòu)M1和M2，存取時(shí)間、每個字成本和容量分別是t1和t2、c1和c2以及s1和s2。在第一層，高速緩存的命中率h1 = 0.95。

31、（a）推導(dǎo)表示該存儲器有效存取時(shí)間teff的公式。(b) 推導(dǎo)表示該存儲器總成本的公式。(c) 假設(shè)t1=20ns，t2是未知數(shù)，s1 = 512字節(jié)，s2是未知數(shù)，c1 = 0.01美元/字節(jié)，c2=0.0005美元/字節(jié)。高速緩存和主存儲器總成本的上限是15000美元。(i) 在不超過預(yù)算的限制范圍內(nèi)，可能得到的M2的容量有多大（s2 = ？）？(ii) 在上述命中率架設(shè)的條件下，為使整個存儲器系統(tǒng)的有效存取時(shí)間teff = 40ns，主存儲器應(yīng)該有多快（t2 = ？）？ 答：（a）teff = h1 * t1 +（1 - h1）* t2 = 0.95*t1 + 0.05*t2 （b）總價(jià)

32、格 = c1*s1+c2*s2 （c）（i）由（b）可得s2 = 18.6Mbyte （ii）由（a）可得t2 = 420ns。32（a）試說明在存儲器層次結(jié)構(gòu)中與程序/數(shù)據(jù)存取有關(guān)的時(shí)間局部性、空間局部性和順序局部性。 （b）什么是工作集？試評述觀察窗口大小對工作集大小的靈敏度。這對主存儲器命中率有什么影響？ 答：（a）時(shí)間局部性：最近的訪問項(xiàng)（指令/數(shù)據(jù)）很可能在不久的將來再次被訪問?？臻g局部性：表示一種趨勢，指的是一個進(jìn)程訪問的各項(xiàng)其地址彼此很近。順序局部性：在典型程序中，除非轉(zhuǎn)移指令產(chǎn)生不按次序的轉(zhuǎn)移外，指令都是順序（或程序順序）執(zhí)行的。 （b）工作集：給定時(shí)間窗口范圍內(nèi)被訪問地址（或

33、頁面）子集。窗口大小是關(guān)鍵參數(shù)，影響工作集的大小以及所需高速緩存的容量。駐留頁面越多，命中率越高。33設(shè)有一個兩層的存儲器層次結(jié)構(gòu)：M1和M2。M1的命中率用h表示，并分別令c1和c2是每千字節(jié)的成本，s1和s2為存儲器容量，t1和t2為存取時(shí)間。（a） 在什么條件下，整個存儲器系統(tǒng)的平均成本會接近于c2？（b） 該層次結(jié)構(gòu)的存儲器有效存取時(shí)間ta是多少？（c） 令兩層存儲器的速度比r = t2/t1，并令E=t1/ta為存儲系統(tǒng)的存取效率。試 以速度比r和命中率h來表示E。（d） 如果r=100，為使E>0.95，要求的命中率h是多少？答： （a）平均價(jià)格c=（c1*s1+c2*s2）

34、/（s1+s2） 當(dāng)s2s1，c2*s2c1*s1時(shí)， cc2 （b）ta=h*t1+（1-h）*t2 （c）E=1/h+（1-h）*r （d）由（c）可得：h=0.9934P1：d：C=1e：D=1fPrint B，CP0：a A=1b B=1c Print A，D假設(shè)有下列兩個程序有帶共享存儲器的兩臺處理機(jī)并發(fā)執(zhí)行，A、B、C、D初始化為0，并且在同一個周期內(nèi)用Print語句不可分割的打印出二個變元。輸出形成一個四元組為ADBC或BCAD。（a） 列出六條語句所有的執(zhí)行交叉次序，但各語句應(yīng)保持各自的程序次序。（b） 假設(shè)保持了程序次序，而且所有的存儲訪問都是原子訪問；即由一臺處理機(jī)發(fā)出的存

35、操作立即能被其余所有處理機(jī)看到。試列出所有可能的四元輸出組合。（c） 假設(shè)保持了程序次序，但存儲器訪問是非原子訪問；即由一臺處理機(jī)的存操作可能進(jìn)入了緩沖器，這樣其他一些處理機(jī)也許不能立即看到這種更新。試列出所有可能的四元輸出組合。答：（a）有20種： abcdef，abdcef，abdecf，abdefc，adbcef，adbecf，adbefc，adebcf，adebfc，adefbc，dabcef，dabecf，dabefc，daebcf，daebfc，daefbc，deabcf，deabfc，deafbc，defabc （b）四元輸出組合：0111，1111，1011 （c）四元輸出組合

36、：1001，1011，1101，0110，0111，1110，111135 假定Cray-1計(jì)算機(jī)有一個存儲器系統(tǒng)：交叉模塊數(shù)為m=16，模塊存取時(shí)間為td=50ns，存儲器的周期時(shí)間為tc=12.5ns。對這個存儲系統(tǒng)來說，除了當(dāng)跨距是16的倍數(shù)（帶寬：每秒20M字）或是8的倍數(shù)（而不是16）（帶寬：每秒40M字）以外，其向量取/存可達(dá)到的最大存儲器帶寬是每秒80M字。（a） 試求參數(shù)為：tc=12.5ns，ta=50ns，m=17的類似系統(tǒng)在各種跨距時(shí)的帶寬。（b） 對參數(shù)為：tc=12.5ns，ta=50ns，m=8的系統(tǒng)，重復(fù)（a）的工作。答：（a）tc=12.5ns，ta=50ns，

37、m=17 除了當(dāng)跨距是17的倍數(shù)（帶寬：每秒20M字）以外，其向量取/存可達(dá)到的最大存儲器帶寬是每秒80M字 （b）tc=12.5秒，ta=50ns，m=8 除了當(dāng)跨距是8的倍數(shù)（帶寬：每秒20M字）或是4的倍數(shù)（而不是8）（帶寬：每秒40M字）以外，其向量取/存可達(dá)到的最大存儲器帶寬是每秒80M字。 36設(shè)有一臺共享存儲型多處理機(jī)由p臺RISC處理機(jī)組成。每臺處理機(jī)有一個片外指令高速緩存和數(shù)據(jù)高速緩存。每臺處理機(jī)的峰值性能速率（假設(shè)兩個高速緩存均有100%的命中率）為xMIPS。要求你推導(dǎo)出一個性能公式，應(yīng)該考慮高速緩存缺失、共享存儲器存取以及同步造成的開銷。假設(shè)用于同步目的而執(zhí)行指令的平均

38、百分比是，并且進(jìn)行每個同步操作付出的代價(jià)多用了ts us。每條指令訪存次數(shù)是m。所有存儲器之間的訪問由CPU完成，訪問指令的百分比是fi。再假設(shè)在機(jī)器上經(jīng)長時(shí)間的程序跟蹤之后，指令高速緩存和數(shù)據(jù)高速緩存的命中率分別是hi和hd。在高速緩存缺失情況下，以共享存儲器存取指令和數(shù)據(jù)的平均存取時(shí)間為tm us。（a） 根據(jù)給定的p，x，m，fi，fd，tm，和ts，推導(dǎo)出這臺處理機(jī)的一個有效MIPS速率的近似表達(dá)式。（b） 假設(shè)m=0.4，fi=0.95，hd=0.7，=0.05，x=5，tm=0.5 us，ts=5 us。試確定當(dāng)上述多處理機(jī)系統(tǒng)的有效MIPS速率達(dá)到25時(shí)，它最少需要多少臺處理機(jī)？

39、（c） 假設(shè)所有高速緩存和共享存儲器的總成本的上限是25000美元，高速緩存的成本是4.70美元/K字節(jié)，共享存儲器的成本是0.4美元/K字節(jié)。用p=16臺處理機(jī)，每臺都有一個容量為Si=32K字節(jié)的指令高速緩存和一個容量為Sd=64K字節(jié)的數(shù)據(jù)高速緩存，試問在預(yù)算的限額之內(nèi)，能得到的共享存儲器最大容量Cm是多少（以M字節(jié)表示）？答： （a）經(jīng)長時(shí)間程序跟蹤后 每臺處理機(jī)速率=fi*hi+（1-fi）*hd*x 有效MIPS速率=p*fi*hi+（1-fi）*hd*x/1+（m*tm+*ts）fi*hi+（1-fi） *fd*x p=17.3 最少需要18臺處理機(jī) （c）Cm=25000-p（

40、Si+Sd）*4.7/0.4=44452k字節(jié)=44.5M字節(jié)37（a）一個單處理機(jī)系統(tǒng)使用份塊的指令高速緩存和數(shù)據(jù)高速緩存，它們的命中率分別是hi與hd。從處理機(jī)到每個高速緩存的存取時(shí)間是c個時(shí)鐘周期，高速緩存與主存儲器之間塊的傳送時(shí)間是b個時(shí)鐘周期。 在CPU進(jìn)行的所有訪存操作中，fi是訪問指令的百分比，在數(shù)據(jù)高速緩存內(nèi)所有的替換塊中，fdir是頁面重寫塊的百分比（頁面重寫是指高速緩存副本與存儲器的副本不同）。 假設(shè)用寫回策略，試根據(jù)本存儲器系統(tǒng)的hi，hd，c，b，fi及fdir確定有效存儲器存取時(shí)間。 （b）利用（a）所討論的處理機(jī)存儲器系統(tǒng)，構(gòu)造一個基于總線的共享存儲器多處理機(jī)。假定

41、命中率與存取時(shí)間仍保持與（a）相同。但是，由于每個處理機(jī)現(xiàn)在必須處理除讀與寫之外的高速緩存無效問題，因此有效存儲器存取時(shí)間將是不一樣的。 設(shè)finv是造成無效信號向其他高速緩存發(fā)送的數(shù)據(jù)訪問的百分率。處理機(jī)發(fā)送無效信號并需要i個時(shí)間周期去完成無效操作。其他處理機(jī)則與無效過程無關(guān)。假定仍然使用寫回策略，試確定該多出奇跡的有效存儲器存取時(shí)間。答：（a）有效存儲器存取時(shí)間t1 t1=fi*c+（1-hi）*b+（1-hi）*fdir*b+fd*c+（1-hd）b+（1-hd）*fdir*b （b）有效存儲器存取時(shí)間t2 t2=t1+finv*i*（1-fi）38假定一個高速緩存（M1）和存儲器（M2

42、）的層次結(jié)構(gòu)有以下性能： M1：16K字節(jié)，存取時(shí)間為50ns。 M2：1M字節(jié)，存取時(shí)間為400ns。高速緩存塊位8個字，組大小位256個字，采用組聯(lián)想映射/（a） 表示出M2與M1之間的映射關(guān)系；（b） 計(jì)算高速緩存命中率h=0.95時(shí)的有效存儲器存取時(shí)間。答： （a）k=256/8=32，m=16*1024/8=2048塊，v=m/k=pow（2，6） 將M1的2048個塊框分成pow（2，6）組， BjBfSi，if j（mod pow（2，6）=i（b）t=50+（1-0.95）*400=70ms39試用推理或計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果回答以下問題：(a) 在保持六條指令a，b，c，d，e，f各

43、自的程序次序情況下，列出它們的90個執(zhí)行交叉存取次序，并對應(yīng)的列出相應(yīng)的輸出模式（6元組）。(b) 全部6元組的組合能從720個非程序次序交叉存取產(chǎn)生嗎？用推理或舉例來證實(shí)回答。(c) 假定在本例中用的是原子存儲器存取。試解釋：如果保持各自程序次序，為什么在院子存儲器多處理機(jī)系統(tǒng)中不能輸出011001？(d) 假設(shè)在上述多處理機(jī)系統(tǒng)中采用非原子存儲器存取。例如，無效信號不能同時(shí)到達(dá)所有的私用高速緩存。試證明：即使所有的指令按程序次序執(zhí)行，而各處理機(jī)并不能按程序次序看到，輸出011001也還是有可能的。aA ：=1bPrint B，CcB：=1dPrint A，CeC：=1fPrint A，BA

44、，B，C是存儲器中共享可寫變量（初始時(shí)，A=B=C=0）共享存儲器處理機(jī)1、2、3答：（a）（表見下頁） (b) 證明：可非程序次序交叉存取 A、B、C可隨意取1或0，在輸出操作時(shí)。 雖然輸出只可能是BCACAB/BCABAC/ACBCAB/ACABBC/ABBCAC/ABACBC 但可在輸出前后改變變量的值，使得任何一位可任意取1 或0 全部6元組的組合能從720個非程序次序交叉存取產(chǎn)生。 （c）如果保持各自的程序次序，且用原子存儲器，最后一條指令一定是Print *，* 而此時(shí)A=B=1，輸出11。不能輸出11001*定是 序，噓，使得任何一位可任意去。 （d）證明：系統(tǒng)采用非原子存儲器存

45、取， 可以假設(shè)一下情況：程序次序?yàn)閑cdafb，當(dāng)進(jìn)行c操作時(shí)存儲器更新不為 所有處理機(jī)所知道，則輸出為011001。39假定有一個處理機(jī)臺數(shù)為p的共享存儲器多處理機(jī)系統(tǒng)。設(shè)m為典型處理機(jī)每條指令執(zhí)行時(shí)對全局存儲器進(jìn)行訪問的平均次數(shù)。設(shè)t為共享存儲器的平均存取時(shí)間，x為使用本地存儲器的單處理機(jī)MIPS速率。再假定再多處理機(jī)的每臺處理機(jī)上執(zhí)行n條指令。（a） 根據(jù)參數(shù)m，t，x，n和p，確定多處理機(jī)的有效MIPS速率。（b） 假設(shè)一臺多處理機(jī)有p=32臺RISC處理機(jī)，m=0.4，t=1us，要使多處理機(jī)有效性能達(dá)到56MIPS，需要每臺處理機(jī)的MIPS速率是多少（即x=？）？（c） 假設(shè)有p=32臺CISC處理機(jī)用在上述多處理機(jī)系統(tǒng)中，每臺處理機(jī)的x=2MIPS、m=1.6、t=1us，試問多處理機(jī)的有效MIPS速率是多少？答：（a）MIPS=p*x/(1+m*t*x) (b)56=32*x/（1+0.4x）x=5.83MIPS （c）有效MIPS速率=32*2/（1+1.6*2）=15.24MIPS執(zhí)行交叉存取次序輸出模式執(zhí)行交叉存取次序輸出模式執(zhí)行交叉存取次序