前言

2023-6-24 10:43:46

以下内容源自《【计算机系统结构】》
仅供学习交流使用

第六章习题

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6.11假设在一个计算机系统中:
(1)每页为32KB ,Cache块大小为128字节;
(2)对应新页的地址不在Cache 中，CPU不访问新页中的任何数据;
(3)Cache 中95%的被替换块将再次被读取，并引起一次失效;
(4)Cache使用写回方法，平均60%的块被修改过﹔
(5)I/O系统缓冲能够存储一个完整的Cache 块;
(6)访问或失效在所有Cache块中均匀分布;
(7)在CPU和I/O之间，没有其它访问Cache的干扰;
(8无I/O时，每100万个时钟周期内有18000次失效;
(9)失效开销是40个时钟周期。如果被替换的块被修改过，则再加上30个周期用于写回主存﹔
(10)假设计算机平均每200万个周期处理一页。
试分析I/O对于性能的影响有多大?

解∶每个主存页有32KB/128B= 256块。
因为是按块传输，所以IO传输本身并不引起Cache失效。但是它可能要替换Cache 中的有效块。
如果这些被替换块中有60%是被修改过的，将需要(256×60% )×30=4608个时钟周期将这些被修改过的块写回主存。
这些被替换出去的块中，有95%的后继需要访问，从而产生95%×256=244次失效，将再次发生替换。
由于这次被替换的244块中数据是从IO直接写入Cache 的，因此所有块都为被修改块，需要写回主存（因为CPU不会直接访问从I/O来的新页中的数据，
所以它们不会立即从主存中调入Cache )，需要时间是244×(40+ 30 ) =17080个时钟周期。

没有I/O时，每一页平均使用200万个时钟周期，Cache 失效36000次，其中60%被修改过，所需的处理时间为∶
( 36000×40% )×40+ ( 36000×60% ) × ( 40+ 30 ) =2088000（时钟周期)

时钟I/O造成的额外性能损失比例为
(4608+ 17080 )÷( 2000000+2088000 ) = 0.53% 
即大约产生 0.53%的性能损失。