廣西工學(xué)院計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)習(xí)題及答案(15頁(yè),有題有答案)(編輯修改稿)
2025-07-15 22:14 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 速度最快的那個(gè)存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)容量與容量最大的那個(gè)存儲(chǔ)器相等或接近，單位容量的價(jià)格接近最便宜的那個(gè)存儲(chǔ)器。（1）當(dāng)S2S1時(shí)，（2）Ta=hT1+(1h)T2（3）e=T1/Ta=T1/(hT1+(1h)T2) =1/(h+ (1h)T2/T1) =1/(h+ (1h)r)（4）r=5, e=1/(54h)。 r=20, e=1/(2019h)。 r=100, e=1/(10099h)。（5）由e=1/(h+ (1h)r)= 1/(h+ (1h)100) 得 h94/=%（6）h= 設(shè)緩沖深度為A，則n=5A 由 h’=%=(h+n1)/n 求得A=16 由3個(gè)訪問(wèn)速度、存儲(chǔ)容量和每位價(jià)格都不相同的存儲(chǔ)器構(gòu)成一個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)，其中M1靠近CPU?；卮鹣铝袉?wèn)題：M1(T1,S1,C1)M2(T2,S2,C2)M3(T3,S3,C3)（1）寫(xiě)出這個(gè)三級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)的等效訪問(wèn)時(shí)間T，等效存儲(chǔ)容量S和等效每位價(jià)格C的表達(dá)式。 （2）在什么條件下，整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)的每位平均價(jià)格接近于C3？解：設(shè)S1S2S3，T1T2T3，C1C2C3H1為在M1中訪問(wèn)的命中率 H2為在M2中訪問(wèn)的命中率 則（1） S=S3（利用地址映象和地址變換） T=H1T1+(1H1)T23 =H1T1+(1H1)(H2T2+(1H2)T3) 當(dāng)H1→1，H2→1時(shí)，T≈T1 C=(C1S1+C2S2+C3S3)/(S1+S2+S3) （2）當(dāng)S3S2S1 C=(C1S1/S3+C2S2/S3+C3)/(S1/S3+S2/S3+1) ≈C3 設(shè)二級(jí)虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)的T1=107s，T2=102s，為使存儲(chǔ)層次的訪問(wèn)效率e達(dá)到最大值的80%以上，命中率H至少要達(dá)到多少？實(shí)際上這樣高的命中率很難達(dá)到，那么從存儲(chǔ)層次上該如何改進(jìn)？解：已知 T1=, T2=10000us, e=80% r=T2/T1=106 設(shè)該存儲(chǔ)系統(tǒng)的平均訪問(wèn)時(shí)間為T(mén)，由 （）得：H= 由式（）可知，要提高e，有兩個(gè)途徑：提高H，或者減小r。提高H的方法有：改進(jìn)替換算法和調(diào)度策略，調(diào)整頁(yè)面大小，提高主存容量等。減少r的方法有：采用多級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)，減少級(jí)間速度之比。 要求設(shè)計(jì)一個(gè)由Cache和主存構(gòu)成的兩級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)，已知Cache的容量有三種選擇：64KB、128KB和256KB，、。主存容量為4MB。設(shè)兩個(gè)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)時(shí)間分別為t1和t2，每字節(jié)的價(jià)格分別為c1和c2。如果c1=20c2時(shí)，t2=10t1。（1）在t1=20ns的條件下，分別計(jì)算三種Cache的等效訪問(wèn)時(shí)間。（2）如果c2=，分別計(jì)算三種Cache每字節(jié)的平均價(jià)格。（3）根據(jù)三種Cache的等效訪問(wèn)時(shí)間和每字節(jié)的平均價(jià)格排列次序。（4）根據(jù)等效訪問(wèn)時(shí)間和平均價(jià)格的乘積，選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)。解：已知c1=20c2，t2=10t1，s2=4MB，t1=20ns，C2=(1) 1) h=，t2=10t1=200ns Ta=ht1+(1h)t2=20+200=74ns 2) h=，t2=200ns Tb=ht1 +(1h)t2=20+200=38ns 3) h=，t2=200ns Tc=ht1 +(1h)t2=20+200=(2) 1) s1=64KB，c1=20c2=4美元/KB Ca=(c1s1+c2s2)/(s1+s2) =(464+4K)/(64+4K)≈ 2) s1=128KB，c1=20c2=4美元/KB Cb=(4128+4K)/(128+4K)≈ 3) s1=256KB，c1=20c2=4美元/KB Cc=(4256+4K)/(256+4K)≈(3) TaTbTc CaCbCc(4) TaCa=74ns TbCb=38ns TcCc= ∵ TcCc最小 ∴ 第3種設(shè)計(jì)最優(yōu) 一個(gè)二級(jí)虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)，CPU訪問(wèn)主存M1和輔存M2的平均時(shí)間分別為1us和1ms。經(jīng)實(shí)測(cè)，此虛擬存儲(chǔ)器平均訪問(wèn)時(shí)間為100us。試定性提出使虛擬存儲(chǔ)器平均訪問(wèn)時(shí)間從100us下降到10us的幾種方法，并分析這些方法在硬件和軟件上的代價(jià)。解：已知 T1=1us, T2=1ms, T=100us 由 T=HT1+(1H)T2 得 H=(TT2) / (T1T2)=(1001000)/(11000)=分析：（1）在H= ，提高主存速度，極限情況使T1=0，此時(shí)，T=HT1+(1H)T2=()1ms≈99us10us，說(shuō)明此法不行（2）提高H。設(shè)T=10us, 則H=(TT2) / (T1T2)=(101000)/(11000)=為此，須從改進(jìn)替換算法和調(diào)度策略，調(diào)整頁(yè)面大小，提高主存容量等多方面綜合采取措施。其中，替換算法和調(diào)度策略主要是在軟件上增加代價(jià)，調(diào)整頁(yè)面大小可能會(huì)增加輔助硬件的代價(jià)，而提高主存容量主要是增加硬件的代價(jià)，輔助硬件的代價(jià)也可能會(huì)略有增加。 由兩級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)關(guān)于每位平均價(jià)格c及訪問(wèn)時(shí)間Ta之表達(dá)式進(jìn)一步推廣導(dǎo)出n級(jí)存儲(chǔ)層次的相應(yīng)表達(dá)式。解：先考慮三級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)。設(shè)S1S2S3，T1T2T3，C1C2C3 H1為在M1中訪問(wèn)的命中率 H2為在M2中訪問(wèn)的命中率 則（1）S=S3（利用地址映象和地址變換） T=H1T1+(1H1)T23 =H1T1+(1H1)(H2T2+(1H2)T3) 當(dāng)H1→1，H2→1時(shí)，T≈T1 C=(C1S1+C2S2+C3S3)/(S1+S2+S3) （2）當(dāng)S3S2S1C=(C1S1/S3+C2S2/S3+C3)/(S1/S3+S2/S3+1)≈C3上述可推廣至n級(jí)：存儲(chǔ)系統(tǒng)的每位平均價(jià)格：存儲(chǔ)系統(tǒng)的訪問(wèn)時(shí)間： 其中， 在頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器中，一個(gè)程序由P1~P5共5個(gè)頁(yè)面組成。在程序執(zhí)行過(guò)程中依次訪問(wèn)到的頁(yè)面如下：P2，P3，P2，P1，P5，P2，P4，P5，P3，P2，P5，P2 假設(shè)系統(tǒng)分配給這個(gè)程序的主存有3個(gè)頁(yè)面，分別采用FIFO、LFU和OPT三種頁(yè)面替換算法對(duì)這3頁(yè)主存進(jìn)行調(diào)度。 （1）畫(huà)出主存頁(yè)面調(diào)入、替換和命中的情況表。 （2）統(tǒng)計(jì)3種頁(yè)面替換算法的頁(yè)命中率。解：主存頁(yè)面調(diào)入、替換和命中的情況及3種頁(yè)面替換算法的頁(yè)命中率如下表：頁(yè)地址流P2P3P2P1P5P2P4P5P3P2P5P2命中率FIFO2222*5555*3333中33333*22222*55111*44444*2入入中入換換換中換中換換LFU22222222*3333中5333*55555555111*444*222入入中入換中換中換換中中OPT222222*444*222中6333333333331*55555555入入中入換中換中中換中中 一個(gè)程序由5個(gè)虛頁(yè)組成，采用LFU替換算法，在程序執(zhí)行過(guò)程中依次訪問(wèn)的頁(yè)地址流如下：P4，P5，P3，P2，P5，P1，P3，P2，P3，P5，P1，P3（1）可能的最高頁(yè)命中率是多少？（2）至少要分配給該程序多少個(gè)主存頁(yè)面才能獲得最高的命中率？（3）如果在程序執(zhí)行過(guò)程中每訪問(wèn)一個(gè)頁(yè)面，平均要對(duì)該頁(yè)面內(nèi)的存儲(chǔ)單元訪問(wèn)1024次，求訪問(wèn)存儲(chǔ)單元的命中率。解：（1）若分配給該程序5個(gè)頁(yè)面，即程序全部裝入主存，則可得到最高頁(yè)命中率。需調(diào)入5次，命中7次，最高命中率為7/12≈（2）至少分配4頁(yè)可得到最高命中率，過(guò)程如下：P4 P5 P3 P2 P5 P1 P3 P2 P3 P5 P1 P3 4 4 4 4 4* 1 1 1 1 1 1 15 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 命中7次 2 2 2 2 2 2 2 2 2 入 入 入 入 中 換 中 中 中 中 中 中頁(yè)地址流P4P5P3P2P5P1P3P2P2P5P1P3命中率堆 S(1)棧 S(2)內(nèi) S(3)容 S(4) S(5)4532513225134532513325145325113254432551324444444 n=1 n=2實(shí) n=3頁(yè)數(shù) n=4 n=5中中11/12中中中中22/12中中中中中中中
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