计算机组织结构 第七章重要练习题详解

考查：Cache的失效率和平均访存时间

题目1： 假设对指令Cache的访问占全部访问的75%；而对数据Cache的访问占全部访问的25%。 Cache 的命中时间为 1 个时钟周期，失效开销为 50 个时钟周期，在混合 Cache 中一次 load 或 store 操作访问 Cache 的命中时间都要增加一个时钟周期，32KB 的指令 Cache 的失效率 为 0.39%，32KB 的数据 Cache 的失效率为 4.82%，64KB 的混合 Cache 的失效率为 1.35%。又假设采用写直达策略，且有一个写缓冲器，并且忽略写缓冲器引起的等待。

（1）试问指令 Cache 和数据 Cache 容量均为 32KB 的分离 Cache 和容量为 64KB 的混合 Cache 相比，哪种 Cache 的失效率更低？

（2）两种情况下平均访存时间各是多少？

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解：
（1）实际上考的是两种方案的性能对比。

• 32KB方案的：
  指令失效率：0.39%
  数据失效率：4.82%

75%*0.39%+25%*4.82%=1.4975%

• 64KB方案的：
  混合失效率：1.35%

所以 ，32KB的策略失效率更高

（2）求平均访存时间：
平均访存时间＝指令所占的百分比×（读命中时间＋读失效率×失效开销）＋ 数据所占的百分比×（数据命中时间＋数据失效率×失效开销）

• 第一种方案：

75%×（1＋0.39%×50）＋25%×（1＋4.82%×50） ＝（75%×1.195）＋（25%×3.41） ＝1.74875

• 第二种方案:

75%×（1＋1.35%×50）＋25%×（1＋1＋1.35%×50）