计算机组织结构 第七章 Cache性能计算

平均访存时间计算

计算三种方式的平均访存时间。
最通用的计算公式：平均访存时间=命中时间+不命中率*不命中开销

• 直接映像的平均访存时间=
  $(命中需要的时钟周期+直接映像的失效率\ast 直接映像失效的时钟周期)\ast 时钟周期长度$

• 2路组相联映像的平均访存时间=
  $(命中需要的时钟周期+组相联的失效率\ast 组相联失效的时钟周期)\ast (1+组相联增加损耗的比例)\ast 时钟周期长度$

• 伪相联映像的平均访存时间=
  $(命中需要的时钟周期+(直接映像的失效率-组相联的失效率)\ast 伪相联额外增加的时钟周期+组相联的失效率\ast 组相联失效的时钟周期)\ast 时钟周期长度$

Cache的CPU时间

直接映像的CPU时间=
$指令数量\ast (CPI+平均每条指令访存次数\ast 直接映像失效率\ast 直接映像失效时钟周期)\ast 时钟周期长度$

二路组相联的CPU时间=
$指令数量\ast (CPI+平均每条指令访存次数\ast 组相联失效率\ast 组相联失效时钟周期)\ast ((1+组相联增加的损耗比例)\ast 时钟周期长度)$

伪相联映像的CPU时间=
$指令数量\ast (CPI+平均每条指令访存次数\ast (直接映像失效率-组相联失效率)\ast 伪相联额外增加的时钟周期+平均每条指令访存次数\ast 组相联的失效率\ast 组相联失效的时钟周期)\ast 时钟周期长度$

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例题：
（1） 理想 Cache（命中率为 100%）情况下的 CPI 为 2.0，时钟周期为 2ns，平均每条指令访存 1.2 次；
（2） 直接映像、2 路组相联映像、伪相联映像这三种 Cache 的容量均为 32 KB，块大小都是 32 字节；
（3） 组相联映像 Cache 中的多路选择器使 CPU 的时钟周期增加了 10%；
（4） 这三种 Cache 的失效开销都是 40 个时钟周期；
（5） 命中时间为 1 个时钟周期；
（6） 32 KB 直接映象 Cache 的失效率为 2%，32 KB 两路组相联映像 Cache 的失效率为1.8%；
（7） 对于伪相联映像 cache，若按直接映像找到（即正常命中）的位置处没有发现匹配时，而在另外一个位置才找到（即伪命中）数据需要 2 个额外的周期；
（8）假设指令条数为 100 条，CPU 的主频是 500MHz。

试计算回答下列问题：（注：结果保留 2 位小数。）
（1）（ 6 分） 直接映象、2 路组相联映像、伪相联映像 Cache 的平均访问时间分别是多
少纳秒（ns）？

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解：
套公式即可：