计算机组织结构 第七章 Cache性能计算

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 ∗ 直 接 映 像 失 效 的 时 钟 周 期 ) ∗ 时 钟 周 期 长 度 (命中需要的时钟周期+直接映像的失效率*直接映像失效的时钟周期)*时钟周期长度 (命中需要的时钟周期+直接映像的失效率∗直接映像失效的时钟周期)∗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 ∗ 组 相 联 失 效 的 时 钟 周 期 ) ∗ ( 1 + 组 相 联 增 加 损 耗 的 比 例 ) ∗ 时 钟 周 期 长 度 (命中需要的时钟周期+组相联的失效率*组相联失效的时钟周期)*(1+组相联增加损耗的比例)*时钟周期长度 (命中需要的时钟周期+组相联的失效率∗组相联失效的时钟周期)∗(1+组相联增加损耗的比例)∗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 ) ∗ 伪 相 联 额 外 增 加 的 时 钟 周 期 + 组 相 联 的 失 效 率 ∗ 组 相 联 失 效 的 时 钟 周 期 ) ∗ 时 钟 周 期 长 度 (命中需要的时钟周期+(直接映像的失效率-组相联的失效率)*伪相联额外增加的时钟周期+组相联的失效率*组相联失效的时钟周期)*时钟周期长度 (命中需要的时钟周期+(直接映像的失效率−组相联的失效率)∗伪相联额外增加的时钟周期+组相联的失效率∗组相联失效的时钟周期)∗时钟周期长度

直接映像的CPU时间= 指 令 数 量 ∗ ( C P I + 平 均 每 条 指 令 访 存 次 数 ∗ 直 接 映 像 失 效 率 ∗ 直 接 映 像 失 效 时 钟 周 期 ) ∗ 时 钟 周 期 长 度 指令数量*(CPI+平均每条指令访存次数*直接映像失效率*直接映像失效时钟周期)*时钟周期长度 指令数量∗(CPI+平均每条指令访存次数∗直接映像失效率∗直接映像失效时钟周期)∗时钟周期长度

二路组相联的CPU时间= 指 令 数 量 ∗ ( C P I + 平 均 每 条 指 令 访 存 次 数 ∗ 组 相 联 失 效 率 ∗ 组 相 联 失 效 时 钟 周 期 ) ∗ ( ( 1 + 组 相 联 增 加 的 损 耗 比 例 ) ∗ 时 钟 周 期 长 度 ) 指令数量*(CPI+平均每条指令访存次数*组相联失效率*组相联失效时钟周期)*((1+组相联增加的损耗比例)*时钟周期长度) 指令数量∗(CPI+平均每条指令访存次数∗组相联失效率∗组相联失效时钟周期)∗((1+组相联增加的损耗比例)∗时钟周期长度)

伪相联映像的CPU时间= 指 令 数 量 ∗ ( C P I + 平 均 每 条 指 令 访 存 次 数 ∗ ( 直 接 映 像 失 效 率 − 组 相 联 失 效 率 ) ∗ 伪 相 联 额 外 增 加 的 时 钟 周 期 + 平 均 每 条 指 令 访 存 次 数 ∗ 组 相 联 的 失 效 率 ∗ 组 相 联 失 效 的 时 钟 周 期 ) ∗ 时 钟 周 期 长 度 指令数量*(CPI+平均每条指令访存次数*(直接映像失效率-组相联失效率)*伪相联额外增加的时钟周期+平均每条指令访存次数*组相联的失效率*组相联失效的时钟周期)*时钟周期长度 指令数量∗(CPI+平均每条指令访存次数∗(直接映像失效率−组相联失效率)∗伪相联额外增加的时钟周期+平均每条指令访存次数∗组相联的失效率∗组相联失效的时钟周期)∗时钟周期长度

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）？

解： 套公式即可：