案例分析题

假定一个计算机系统中有一个TLB和一个L1 data cache。该系统按字节编址，虚拟地址16位，物理地址12位；页大小为128B，TLB为四路组相联，共有16个页表项；L1 data cache采用直接映射方式，块大小为4B，共16行。在系统运行到某一时刻时，TLB、页表和L1 data cache中的部分内容（用十六进制表示）如下：

主存（物理）地址如何划分成标记字段、行索引字段和块内地址字段？

问答题物理地址中哪几位表示物理页号？哪几位表示页内偏移量？

问答题虚拟地址中哪几位表示虚拟页号？哪几位表示页内偏移量？虚拟页号中哪几位表示TLB标记？哪几位表示TLB索引？

问答题假定一个虚拟存储系统的虚拟地址为40位，物理地址为36位，页大小为16KB，按字节编址。若页表中有有效位、存储保护位、修改位、使用位，共占4位，磁盘地址不在页表中，则该存储系统中每个进程的页表大小为多少？如果按计算出来的实际大小构建页表，则会出现什么问题？

问答题假定某处理器带有一个数据区容量为256B的cache，其块大小为32B。以下C语言程序段运行在该处理器上，sizeof（int）= 4，编译器将变量i，j，c，s都分配在通用寄存器中，因此，只要考虑数组元素的访存情况。若cache采用直接映射方式，则当s=64和s=63时，缺失率分别为多少？若cache采用2-路组相联映射方式，则当s=64和s=63时，缺失率又分别为多少？

问答题假定有三个处理器，分别带有以下不同的cache：cache1：采用直接映射方式，块大小为1个字，指令和数据的缺失率分别为4%和6%；cache2：采用直接映射方式，块大小为4个字，指令和数据的缺失率分别为2%和4%；cache3：采用2-路组相联映射方式，块大小为4个字，指令和数据的缺失率分别为2%和3%。在这些处理器上运行相同的程序，该程序的CPI为2.0，其中有一半是访存指令。若缺失损失为（块大小+6）个时钟周期，处理器1和处理器2的时钟周期都为420ps，带有cache3的处理器3的时钟周期为450ps。请问：哪个处理器因cache缺失而引起的额外开销最大？哪个处理器执行速度最快？