处理器主要运行包含大量存储器写操作的数据访问密集型应用。

问答题假定某处理器可通过软件对高速缓存设置不同的写策略，那么，在下列两种情况下，应分别设置成什么写策略？为什么？处理器主要运行包含大量存储器写操作的数据访问密集型应用。

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1.问答题假设某计算机的主存地址空间大小为64MB，采用字节编址方式。其cache数据区容量为4KB，采用4路组相联映射方式、LRU替换和回写（writeback）策略，块大小为64B。请问：若cache初始为空，CPU依次从0号地址单元顺序访问到4344号单元，重复按此序列共访问16次。若cache命中时间为1个时钟周期，缺失损失为10个时钟周期，则CPU访存的平均时间为多少时钟周期？

参考答案：因为每块为64B，CPU访问的单元范围为0～4344，共4345个单元，4345/64=67.89，所以CPU访问的是主...

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2.问答题假设某计算机的主存地址空间大小为64MB，采用字节编址方式。其cache数据区容量为4KB，采用4路组相联映射方式、LRU替换和回写（writeback）策略，块大小为64B。请问：该cache的总容量有多少位？

参考答案：cache共有64行，每行中有16位标志、1位有效位、1位修改（dirty）位、2位LRU位，以及数据64B。故总容量为...

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3.问答题假设某计算机的主存地址空间大小为64MB，采用字节编址方式。其cache数据区容量为4KB，采用4路组相联映射方式、LRU替换和回写（writeback）策略，块大小为64B。请问：主存地址字段如何划分？要求说明每个字段的含义、位数和在主存地址中的位置。

参考答案：Cache的划分为：4KB=2¹²B=2⁴组×2²行/...

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4.问答题 通过对方格中每个点设置相应的CMYK值就可以将方格图上相应的颜色。以下三个程序段都可实现对一个8×8的方格中图上黄色的功能。

假设cache的数据区大小为512B，采用直接映射，块大小为32B，存储器按字节编址，sizeof（int）=4。编译时变量i和j分配在寄存器中，数组square按行优先方式存放在000008C0H开始的连续区域中，主存地址为32位。
要求：
计算三个程序段A、B、C中的写操作次数、写不命中次数和写缺失率。

参考答案：对于程序段A：
每两个数组元素（共涉及8次写操作）装入到一个cache行中，总是第一次访问时未命中，后面7次都...

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5.问答题 通过对方格中每个点设置相应的CMYK值就可以将方格图上相应的颜色。以下三个程序段都可实现对一个8×8的方格中图上黄色的功能。

假设cache的数据区大小为512B，采用直接映射，块大小为32B，存储器按字节编址，sizeof（int）=4。编译时变量i和j分配在寄存器中，数组square按行优先方式存放在000008C0H开始的连续区域中，主存地址为32位。
要求：
画出主存中的数组元素和cache中行的对应关系图。

参考答案：Cache的行数为512B/32B=16；数组首地址为0000 0C80H，因为0000 0C80H正好是主存第1100...

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6.问答题 通过对方格中每个点设置相应的CMYK值就可以将方格图上相应的颜色。以下三个程序段都可实现对一个8×8的方格中图上黄色的功能。

假设cache的数据区大小为512B，采用直接映射，块大小为32B，存储器按字节编址，sizeof（int）=4。编译时变量i和j分配在寄存器中，数组square按行优先方式存放在000008C0H开始的连续区域中，主存地址为32位。
要求：
对三个程序段A、B、C中数组访问的时间局部性和空间局部性进行分析比较。

参考答案：对于时间局部性来说：
程序段A、B和C中，都是每个数组元素只被访问一次，所以都没有时间局部性；
对于...

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7.问答题 以下是对矩阵进行转置的程序段：

假设该段程序运行的计算机中sizeof（int）=4，且只有一级cache，其中L1datacache的数据区大小为32B，采用直接映射、写回方式，块大小为16B，初始为空。数组dst从地址0000C000H开始存放，数组src从地址0000C040H开始存放。填写下表，说明数组元素src[row][col]和dst[row][col]映射到cache的哪一行，其访问是命中（hit）还是失效（miss）。若L1datacache的数据区容量改为128B时，重新填写表中内容。

参考答案：
从程序来看，数组访问过程如下：
Src[0][0]、dst[0][0]、src[0][1]、dst...

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8.问答题 如下是计算两个向量点积的程序段，要求：

在上述（2）中条件不变的情况下，如果将数组x定义为float[12]，则数据访问的命中率是多少？

参考答案：若（2）中条件不变，数组x定义了12个元素，共有48B，使得y从第7块开始，因而，x[i]和y[i]就不会映射到同一个c...

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9.问答题 如下是计算两个向量点积的程序段，要求：

将上述（2）中的数据cache改用2-路组相联映射方式，块大小改为8字节，其他条件不变，则该程序数据访问的命中率是多少？

参考答案：改用2路组相联，块大小为8B，则cache共有4行，每组两行，共两组。
数组x有4个主存块，x[0]~x[1]...

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10.问答题 如下是计算两个向量点积的程序段，要求：

假定该段程序运行的计算机的数据cache采用直接映射方式，其数据区容量为32字节，每个主存块大小为16字节。假定编译程序将变量sum和i分配给寄存器，数组x存放在00000040H开始的32字节的连续存储区中，数组y紧跟在x后进行存放。试计算该程序数据访问的命中率，要求说明每次访问的cache命中情况。

参考答案：Cache采用直接映射方式，块大小为16字节，数据区大小为32字节，故cache共有2行。数组x的8个元素（共32B）分...

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