ATM作业 - 清华大学计算机系高性能所.DOC

高等计算机系统结构 系别： 计 算 机 系 姓名： 姚小西（007632） 日期： 2001/1 一．《高等计算机系统结构》 郑纬民 第四章 存储器层次结构 题1 ：解释下列基本术语 答 ： （a）物理地址空间 ―― 物理存储器中的每一个字都有唯一的物理地址标识，该存储器就组成一个物理地址空间。 （b）虚拟地址空间 ―― 由编译器生成的虚拟地址空间，为每一个进程分配。 （c）地址映像 ―― 将虚拟地址转换为物理地址的过程。 （d）高速缓存块 ―― CPU和高速缓存之间的信息是按照高速缓存块为单位进行，一般为32各字节（8个字） （e）多级页表 ―― 在页式存贮中，页表是页面和页面框架之间的映像，这种直接页面映射可以用多级页表来扩充，提供更完善的页面访问服务。 （f）命中率 ―― 在层次存储器的Mi和M(i-1)层中，命中率是信息项可在Mi中找到的概率。 （g）缺页 ―― 在页式访问中，如果所需的页面在页表中找不到，则是缺页。 （i）倒置页表 ―― 是使任意一个虚拟页面号同给定的物理页面号配成对。 （j）存储器替换策略 ―― 为活动进程分配和再分配存储器页面、存储器页面的替换。包括页面替换策略和块替换策略。 题2：在RISC中，什么是大型寄存器堆和大型D高速缓存之间的折衷方案？为什么在超标量处理机中需要使用保存站或排序缓冲器？ 答 ：大型寄存器堆尽管可以保存更多的中间结果和减少CPU和存储器之间的数据流量，但是它会使译码更加复杂，而且较长的寄存器存取时间对编译器管理寄存器窗口也提出了更高的要求。所以要通过标准测试程序和对应用程序进行试验，确定寄存器组合D高速缓存的最佳规模。 保存站或排序缓冲器可用于建立指令窗口。其目的是为了支持指令先行和内部数据定向，这对于调度多条指令同时通过多条流水线是必要的。 题3：在i486指令系统中，回答下列问题 实方式和虚拟方式之间的区别 如何禁止分页，哪种应用可以从这种选择中得到好处 如何禁止分段，哪种应用回使用这一选择。 建立了哪种保护机制。 答 ： 实方式下的地址就是物理地址。虚拟方式下的地址是虚拟地址，需要转换为线性地址，再转换为物理地址。 在段描述符中可以禁止分页，在不需要大量内存的应用中，禁止分页可以减少地址转换时间，加快寻址速度。 当选择段的大小为4G字节时，整个物理内存就成为一个大段，也就是禁止了段机制。当进程间不需要共享代码时，可以使用禁止分段。 i486有内存保护机制，当内存访问越界时，会产生保护错。 题4：设有一个两层存储器层次结构：M1和M2。M1的命中率为h，c1和c2代表每千字节的成本，s1和s2代表存储器容量，t1和t2代表存取时间。 在什么条件下，整个存贮器的平均成本接近c2？ 该存储器系统的有效存取时间是ta多少？ 两层存储器的速度比r＝t2/t1，并令E＝t1/ta为存储器的存取效率。试用h和r来表示E。 如果r＝100，为使E 0.95，要求h是多少？ 答 ： 整个存贮器的平均成本 ＝ (c1*s1+c2*s2) / (s1+s2) , 所以当s1s2时，平均成本接近于c2 ta＝t1*h+t2*(1-h) E = 1/(h+r*(1-h)) h = 0.99 题5：完成一个两层存储器的容量设计，第一层M1是高速缓存，其容量有三种选择64K、128K和256K。第二层M2是主存储器，容量是4M，令c1和c1代表每字节成本，t1、t2代表M1和M2的存取时间，假定c1＝20c2，t2＝10t1，三种容量高速缓存的命中率分别为0.7,0.9和0.98。 在t1＝20ns的情况下，三种高速缓存的平均存取时间ta是多少？ 如果c2＝0.2$/KB，整个存储器的平均字节成本？ 对三种存储器作一比较，安平均存储时间指出他们的性能排序，再根据平均成本和平均存取时间的乘积，选择最佳设计。 答 ： ta ＝ t1*h + t2*(1-h) ,所以三种高速缓存的ta分别是 74ns，38ns，23.6ns 平均字节成本 = (c1*s1 + c2*s2) / (s1+s2) , 所以三种高速缓存的平均成本分别是 0.25,0.32,0.43 256K M1 的性能最好。74*0.25 = 18.5 38*0.32 = 12.1623.6*0.43 = 10.148 所以 256K M1是最佳设计 题6：试比较多计算机系统中的私用虚拟存储器和全局共享虚拟存储器的优缺点。 答 ：私用虚拟存储器的优点是处理机的地址空间较小，保护在每一页或每一进程上进行，采用不要锁定的私用存储器映像。 缺点是存在同义问题，即在不同或相同虚拟空间的不同虚拟地址会指向同一物理页面。还有不同虚拟空间的同一虚拟地址可能指向主存储器的