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それでは、問題の勉強を始めましょう#xff01; 11.某 cache 采用全相联映射#xff0c;假设 cache 有 3 块#xff0c;程序运行过程中需要访问的主存块号依 次为…用于复习408或计算机组成原理期末考试。如有错误请在评论区指出。
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それでは、問題の勉強を始めましょう 11.某 cache 采用全相联映射假设 cache 有 3 块程序运行过程中需要访问的主存块号依 次为 0,1,2,4,2,3,0,2,1,3,2,3,0,1,4 则若采用 LRU 替换算法改程序运行过程中的命 中率是多少。请写出计算过程 首先全相联映射的意思是任何主存块都可以映射到缓存的任何一个块中。因此在这个例子中我们有一个包含 3 个缓存块的全相联缓存。因此每个主存块都可以映射到这三个块中的任何一个。 使用 LRU 替换算法我们需要按照最近最少使用的顺序来替换缓存中的块。具体来说当缓存中的块全部被占用时当需要添加一个新的块时我们会选择最近最少被使用的块进行替换。因此在这个例子中我们需要记录每个缓存块上一次被访问的时间。 以下是这个程序运行过程中每个主存块的命中情况以及缓存中每个块的状态和时间戳 访问主存块缓存块 1时间戳 1缓存块 2时间戳 2缓存块 3时间戳 3命中/未命中0未命中101未命中20112未命中4011223未命中2011423命中3011523未命中0361523未命中2361708命中1362908未命中31102908未命中211131208命中311121308命中0114213315命中 根据上表中的最后一列程序运行过程中一共有 15 次主存块访问。其中有 7 次命中8 次未命中。因此缓存的命中率为 命中率 命中次数 / 总访问次数 7 / 15 ≈ 0.47 因此使用 LRU 替换算法时这个程序运行过程中的缓存命中率约为 0.47。 12. 主存容量为 512KBCache 容量为 4KB每个字块为 16 个字每个字 32 位。
1Cache 地址有多少位可容纳多少块
2主存地址有多少位可容纳多少块
3在直接映射方式下主存的第几块映射到 Cache 的第 5 块设起始字块为第 1 块
4直接映射方式下主存地址中的各字段主存字块标记、缓存字块地址、字块内地址各多少位 根据题目给出的情况可以计算如下 (1) Cache 地址的位数 Cache 容量为 4KB 4 * 1024B 每个字块为 16 个字每个字 32 位所以一个字块大小为 16 * 32 512B Cache 可容纳的块数为 Cache 容量 / 字块大小 4KB / 512B 8 因此Cache 地址的位数为 log2(8) 3 位。 (2) 主存地址的位数 主存容量为 512KB 512 * 1024B 每个字块为 16 个字每个字 32 位所以一个字块大小为 16 * 32 512B 主存可容纳的块数为 主存容量 / 字块大小 512KB / 512B 1024 因此主存地址的位数为 log2(1024) 10 位。 (3) 在直接映射方式下主存的第几块映射到 Cache 的第 5 块 直接映射方式下每个主存块只能映射到 Cache 中的一个特定块。由于 Cache 可容纳的块数为 8所以主存中的第 5 块会映射到 Cache 中的第 5 mod 8 5 块。 因此主存的第 5 块映射到 Cache 的第 5 块。 (4) 直接映射方式下主存地址中的各字段各多少位 在直接映射方式下主存地址中通常包含三个字段主存字块标记Tag、缓存字块地址Index和字块内地址Offset。 根据前面的计算Cache 可容纳的块数为 8需要 3 位来表示 Cache 中的块号因此缓存字块地址Index需要 3 位。 主存中的块数为 1024需要 10 位来表示主存中的块号因此主存字块标记Tag需要 10 - 3 7 位。 每个字块内有 16 个字需要 4 位来表示字块内的地址Offset。 因此直接映射方式下主存地址中的各字段分别需要 7 位、3 位和 4 位来表示。 简答题
1.简述 DRAM 的三种刷新方式。 DRAMDynamic Random Access Memory动态随机存取存储器是一种常用的半导体存储器用于存储计算机系统中的数据。由于 DRAM 存储的数据是以电荷形式存储在电容中的而电容会因为漏电而导致数据丢失因此 DRAM 需要定期刷新refresh来维持数据的正确性。常见的 DRAM 刷新方式主要有三种分别是 基于行的刷新Row-Based Refresh 基于行的刷新方式是最常见的 DRAM 刷新方式。DRAM 存储数据的单元通常以行row和列column的形式组成存储数组。在基于行的刷新中整个存储数组被分为多个行每个行包含多个存储单元。刷新时控制器会按照预定的时间间隔逐行地激活行并读出其数据后重新写入从而刷新整个存储数组的数据保持其正确性。 基于页的刷新Page-Based Refresh 基于页的刷新方式是一种改进的刷新方式主要应用于现代高密度 DRAM。在基于页的刷新中DRAM 存储数据的单元被组织成更小的页page而不是行。刷新时控制器会按照页的粒度来刷新存储数组的数据从而减小了刷新的开销。 随机刷新Random Refresh 随机刷新方式是一种相对较少使用的刷新方式。在随机刷新中控制器会随机选择存储数组中的一部分单元进行刷新而不是按照行或页的顺序进行刷新。这种方式可以减小刷新时的集中负载并且可以更加灵活地根据系统负载和性能要求进行刷新操作。 需要注意的是不同的 DRAM 刷新方式在实际应用中可能会有不同的优缺点如刷新效率、复杂性、功耗等方面的差异。选择合适的刷新方式需要根据具体的应用场景和系统需求来决定。 2.简述总线的链式查询方式的工作原理。 总线的链式查询方式是一种用于多个设备如处理器、存储器、外设等之间进行通信的方式其中设备按照优先级依次查询总线以确定是否可以访问总线并进行数据传输的方法。其工作原理如下 总线查询优先级每个设备在总线上都有一个固定的查询优先级优先级高的设备具有更高的访问权。一般情况下CPU中央处理器的优先级最高其他设备的优先级较低。 查询总线设备按照其优先级顺序依次查询总线是否可用。查询总线的方式可以是轮询Polling或者链式查询Daisy Chain。 链式查询方式在链式查询方式中设备按照一定的顺序连接在总线上形成一个链式结构。当一个设备查询总线时如果总线空闲则可以进行数据传输如果总线被其他设备占用则设备会继续将查询传递给链中的下一个设备直到找到空闲的总线。 数据传输当一个设备获得空闲的总线后可以进行数据传输如读取数据、写入数据等操作。其他设备在总线被占用时只能等待直到总线空闲后再次查询总线。 查询结束当设备完成数据传输后会释放总线并将查询传递给链中的下一个设备从而形成下一轮的查询。 总线的链式查询方式可以有效地协调多个设备之间的访问需求避免了总线冲突和竞争提高了系统的通信效率。但同时链式查询方式也可能引入一定的延迟和复杂性因此在设计和实现总线通信时需要综合考虑系统的性能、可靠性和复杂性等因素。 3.简述总线的集中式仲裁的几种方式。 总线的集中式仲裁是一种用于协调多个设备之间对总线访问权的控制方式其中一个仲裁器负责判定哪个设备可以访问总线。以下是几种常见的总线集中式仲裁方式 静态优先级编码方式在这种方式中每个设备都被赋予一个固定的优先级编码通常通过硬件电平或者地址线的编码来实现。仲裁器根据设备的优先级编码来判定哪个设备可以访问总线。具有较高优先级编码的设备将具有更高的访问权。 动态仲裁方式在这种方式中每个设备在需要访问总线时向仲裁器发送请求信号仲裁器根据一定的策略来判定哪个设备可以访问总线。常见的动态仲裁方式包括基于优先级、时间片、轮询、随机等策略。这种方式可以根据系统的需求和负载动态地分配总线访问权提供一定的灵活性和适应性。 旋转优先级仲裁方式在这种方式中仲裁器会依次将总线访问权分配给每个设备每个设备在获得总线访问权后可以进行数据传输。当某个设备的访问结束后仲裁器会将总线访问权传递给下一个设备从而形成循环的优先级序列。这种方式可以保证每个设备都有机会访问总线但可能会引入一定的延迟。 这些仲裁方式在实际系统中可以根据系统的需求和性能要求选择和配置。不同的仲裁方式具有不同的优点和缺点需要在设计和实现总线控制时进行综合考虑。 4.请写出一次中断执行过程 中断是计算机系统中的一种事件处理机制当系统在执行当前任务时接收到一个中断请求信号时会中断当前任务的执行转而处理中断请求然后再返回到中断前的任务继续执行。以下是一次中断执行过程的简要描述 正常执行任务计算机系统在执行当前任务例如一条指令或者一个程序时处于正常的执行状态CPU按照指令流程执行指令读取和写入内存中的数据。 中断请求发生在当前任务执行过程中某个外部设备或者系统事件发生了中断请求例如键盘输入、定时器溢出、外部设备完成数据传输等。 中断请求检测CPU会周期性地检测中断请求的状态例如通过中断请求线或者中断向量表等方式判断是否有中断请求发生。 中断处理如果检测到有中断请求发生CPU会保存当前任务的执行状态如寄存器值、程序计数器等到特定的寄存器或者栈中以便后续能够恢复执行。然后CPU会根据中断请求的类型跳转到相应的中断处理程序也称为中断服务程序或中断处理例程开始处理中断请求。 中断处理程序执行中断处理程序负责处理中断请求例如读取设备数据、处理中断事件、更新系统状态等。中断处理程序会根据中断请求的类型进行相应的操作并在处理完毕后恢复保存的任务执行状态。 中断处理程序返回中断处理程序处理完中断请求后会执行返回操作将保存的任务执行状态从寄存器或者栈中恢复回来然后继续执行中断前的任务。 恢复执行CPU从保存的任务执行状态中恢复继续执行中断前的任务从上一次中断被触发的位置继续执行下一条指令保留了任务的执行现场。 以上是一次简要的中断执行过程实际中断处理过程可能涉及更多的细节和步骤包括中断优先级、中断屏蔽、中断嵌套等处理机制具体的中断处理流程和实现方式可能因不同的计算机系统而有所不同。 5.什么是多重中断实现多重中断的必要条件是什么 多重中断是指在计算机系统中同时存在多个中断请求并需要按照一定的优先级或者其他规则进行处理的情况。当多个中断请求同时发生时需要系统能够正确处理这些中断请求并按照一定的策略进行优先级判定和中断处理以保证系统的可靠性和正确性。 实现多重中断的必要条件包括以下几点 中断优先级判定在多重中断的情况下不同中断请求可能具有不同的优先级需要系统能够根据优先级判定的策略对中断请求进行排序和优先级判定。例如可以通过硬件设置中断请求的优先级或者通过软件编程中断服务程序的优先级来实现。 中断屏蔽和解除屏蔽为了避免中断过于频繁地打断正在执行的任务需要系统能够对中断进行屏蔽即在某些情况下阻止某些中断请求的发生。同时当系统准备好处理中断时需要解除对中断的屏蔽允许中断请求进入处理流程。中断屏蔽和解除屏蔽的策略需要合理设计以确保系统在处理多个中断请求时的正确性和效率。 中断处理程序嵌套在多重中断的情况下可能会出现中断处理程序被中断的情况即中断嵌套。为了处理中断嵌套的情况系统需要设计合理的中断处理程序嵌套机制以确保多个中断请求能够按照优先级和处理顺序进行嵌套处理避免冲突和错误。 中断资源的共享和互斥在多重中断的情况下可能会涉及到共享的中断资源例如中断服务程序中使用的全局变量或者设备资源。系统需要设计合理的资源共享和互斥机制以确保多个中断请求能够正确地访问和操作共享的资源避免竞态条件和其他并发访问引发的问题。 综上所述实现多重中断需要合理的中断优先级判定、中断屏蔽和解除屏蔽策略、中断处理程序嵌套机制以及资源共享和互斥机制等条件并且这些条件需要根据具体的计算机系统和中断处理需求进行合理设计和实现。 6.简述 DMA 控制器中三种内存访问方式 DMADirect Memory Access直接内存访问控制器是计算机系统中一种特殊的硬件设备用于在主处理器CPU和外部设备之间进行高速数据传输以减轻CPU的负担。DMA控制器可以通过三种不同的内存访问方式来执行数据传输操作包括 串行方式Single Mode在串行方式下DMA控制器将数据字节逐个地从外部设备读取或写入到内存中。这种方式适用于需要按字节传输数据的情况例如串行通信接口如串口、SPI等与内存之间的数据传输。 块方式Block Mode在块方式下DMA控制器将以数据块为单位进行传输每次传输一个数据块而不是逐个字节地传输。这种方式适用于需要一次性传输大量数据的情况例如磁盘读写操作或者大容量数据缓冲区的数据传输。 循环方式Cycle Mode在循环方式下DMA控制器将通过循环的方式重复地传输数据直到指定的传输次数或者满足某个条件为止。这种方式适用于需要多次重复传输数据的情况例如音频数据的循环缓冲区传输。 这三种内存访问方式可以根据具体的传输需求和外部设备的特性来选择使用以实现高效的数据传输操作。不同的内存访问方式具有不同的优点和适用场景可以根据应用的需求和系统的硬件特性进行选择和配置。 7.假设某计算机的主存地址空间为 256MB按字节编址其数据 Cache 有 8 个 cace 行 每行 64B。如果该 cache 采用直接映射则写出主存和 cache 的地址结构 在直接映射方式下主存和Cache的地址结构如下 主存地址结构 主存地址空间为256MB按字节编址共有2^28个地址。主存地址结构如下 |---------------------|-------------------|-------------------| | 27 bits | 0 bits | | 主存块标记 | 字块内地址 | 其中主存块标记占据高27位用于标识主存中的不同块字块内地址占据低0位用于表示字块内的不同字节。 Cache地址结构 Cache具有8个Cache行每行64B共有2^6个地址。Cache地址结构如下 |-----------------|----------|---------| | 5 bits | 6 bits | 3 bits | | 缓存块地址 | 行内地址 | 字节内地址 | 其中缓存块地址占据高5位用于标识Cache中的不同块行内地址占据中间6位用于表示Cache行内的不同字节字节内地址占据低3位用于表示Cache行内的不同字节。 在直接映射方式下主存的每个块都映射到Cache的某一特定行主存块标记用于在Cache中查找对应的行行内地址用于确定Cache行内的具体字节从而实现对数据的访问和缓存。 8.简述 cache 和主存中常见的写策略有哪些。 Cache和主存中常见的写策略主要包括以下几种 写直写Write-through在写操作时同时更新Cache和主存中的数据。这样可以保持Cache和主存中的数据一致性但写操作的延迟较大因为需要等待主存的写操作完成。写直写策略适用于对数据一致性要求较高的场景例如数据库系统。 写回Write-back在写操作时只更新Cache中的数据不立即更新主存中的数据。只有在Cache中的数据被替换出去时才将Cache中的数据写回主存。这样可以减小写操作的延迟但可能导致Cache和主存中的数据不一致因为主存中的数据可能在Cache中被修改但尚未写回。写回策略适用于对性能要求较高的场景例如多媒体系统。 写分配Write-allocate在写操作时如果数据不在Cache中先将数据调入Cache然后再进行写操作。这样可以保持Cache和主存中的数据一致性但可能导致Cache的读操作被替换出去增加了读操作的延迟。写分配策略适用于对数据一致性要求较高的场景。 不写分配Write-no-allocate在写操作时如果数据不在Cache中直接将数据写回主存不将数据调入Cache。这样可以减小Cache的读操作被替换出去的情况减小了读操作的延迟但可能导致Cache和主存中的数据不一致。不写分配策略适用于对性能要求较高的场景。 不同的写策略在不同的场景下有不同的优缺点需要根据系统的具体需求和性能要求进行选择。 9.假设某计算机中有 4 级中断源 A,B,C,D。并且这四级中断源的优先级分别是 BCDA, 则
(1)若当前计算机正在处理 C 级中断源的中断此时的中断屏蔽字的内容为。假设 中断屏蔽字按照 ABCD 的顺序写
(2)若当前计算机正在处理 D 级中断此时 C 级中断能否中断 D 的中断服务程序为什么 根据题目给出的中断优先级信息可以得出以下结论 若当前计算机正在处理 C 级中断源的中断则此时的中断屏蔽字的内容为 1110其中对应的位数分别对应四级中断源 A、B、C、D值为1表示对应中断源被屏蔽值为0表示对应中断源未被屏蔽。因为 BCDA所以 B、C、D 三个中断源被屏蔽A 中断源未被屏蔽。 当前计算机正在处理 D 级中断时C 级中断无法中断 D 的中断服务程序。这是因为根据题目给出的中断优先级信息D 级中断优先级高于 C 级中断即 DC。因此在处理 D 级中断时中断控制器会屏蔽掉 C 级中断防止 C 级中断中断正在处理的 D 级中断服务程序保证了 D 级中断的优先级。 文章转载自： http://www.morning.tdwjj.cn.gov.cn.tdwjj.cn http://www.morning.thwcg.cn.gov.cn.thwcg.cn http://www.morning.tqpds.cn.gov.cn.tqpds.cn http://www.morning.trzzm.cn.gov.cn.trzzm.cn http://www.morning.mttqp.cn.gov.cn.mttqp.cn http://www.morning.smj79.cn.gov.cn.smj79.cn http://www.morning.qnxzx.cn.gov.cn.qnxzx.cn http://www.morning.wdprz.cn.gov.cn.wdprz.cn http://www.morning.ssxlt.cn.gov.cn.ssxlt.cn http://www.morning.yhglt.cn.gov.cn.yhglt.cn http://www.morning.kttbx.cn.gov.cn.kttbx.cn http://www.morning.zcfmb.cn.gov.cn.zcfmb.cn http://www.morning.fqmcc.cn.gov.cn.fqmcc.cn http://www.morning.zhmgcreativeeducation.cn.gov.cn.zhmgcreativeeducation.cn http://www.morning.pwksz.cn.gov.cn.pwksz.cn http://www.morning.mzhjx.cn.gov.cn.mzhjx.cn http://www.morning.hrpbq.cn.gov.cn.hrpbq.cn http://www.morning.wsnbg.cn.gov.cn.wsnbg.cn http://www.morning.gkgb.cn.gov.cn.gkgb.cn http://www.morning.lpcpb.cn.gov.cn.lpcpb.cn http://www.morning.gllgf.cn.gov.cn.gllgf.cn http://www.morning.mwlxk.cn.gov.cn.mwlxk.cn http://www.morning.hqxyt.cn.gov.cn.hqxyt.cn http://www.morning.0small.cn.gov.cn.0small.cn http://www.morning.dsgdt.cn.gov.cn.dsgdt.cn http://www.morning.jypsm.cn.gov.cn.jypsm.cn http://www.morning.nzqqd.cn.gov.cn.nzqqd.cn http://www.morning.bwgrd.cn.gov.cn.bwgrd.cn http://www.morning.pbzgj.cn.gov.cn.pbzgj.cn http://www.morning.kwfnt.cn.gov.cn.kwfnt.cn http://www.morning.sqfnx.cn.gov.cn.sqfnx.cn http://www.morning.dtnyl.cn.gov.cn.dtnyl.cn http://www.morning.rfhm.cn.gov.cn.rfhm.cn http://www.morning.dbsch.cn.gov.cn.dbsch.cn http://www.morning.sffkm.cn.gov.cn.sffkm.cn http://www.morning.gbsby.cn.gov.cn.gbsby.cn http://www.morning.rhjsx.cn.gov.cn.rhjsx.cn http://www.morning.nmhpq.cn.gov.cn.nmhpq.cn http://www.morning.cnlmp.cn.gov.cn.cnlmp.cn http://www.morning.zgdnd.cn.gov.cn.zgdnd.cn http://www.morning.c7630.cn.gov.cn.c7630.cn http://www.morning.dodoking.cn.gov.cn.dodoking.cn http://www.morning.rxfbf.cn.gov.cn.rxfbf.cn http://www.morning.plfy.cn.gov.cn.plfy.cn http://www.morning.rhmpk.cn.gov.cn.rhmpk.cn http://www.morning.mlbn.cn.gov.cn.mlbn.cn http://www.morning.pcrzf.cn.gov.cn.pcrzf.cn http://www.morning.lmmkf.cn.gov.cn.lmmkf.cn http://www.morning.tfwsk.cn.gov.cn.tfwsk.cn http://www.morning.csnch.cn.gov.cn.csnch.cn http://www.morning.ttfh.cn.gov.cn.ttfh.cn http://www.morning.cthkh.cn.gov.cn.cthkh.cn http://www.morning.lwrcg.cn.gov.cn.lwrcg.cn http://www.morning.rbhcx.cn.gov.cn.rbhcx.cn http://www.morning.blfll.cn.gov.cn.blfll.cn http://www.morning.lxlzm.cn.gov.cn.lxlzm.cn http://www.morning.tpmnq.cn.gov.cn.tpmnq.cn http://www.morning.jkcpl.cn.gov.cn.jkcpl.cn http://www.morning.zhishizf.cn.gov.cn.zhishizf.cn http://www.morning.kfyjh.cn.gov.cn.kfyjh.cn http://www.morning.lmmh.cn.gov.cn.lmmh.cn http://www.morning.tkztx.cn.gov.cn.tkztx.cn http://www.morning.qdrrh.cn.gov.cn.qdrrh.cn http://www.morning.nrpp.cn.gov.cn.nrpp.cn http://www.morning.tfpmf.cn.gov.cn.tfpmf.cn http://www.morning.mswkd.cn.gov.cn.mswkd.cn http://www.morning.gwsdt.cn.gov.cn.gwsdt.cn http://www.morning.gtqws.cn.gov.cn.gtqws.cn http://www.morning.hblkq.cn.gov.cn.hblkq.cn http://www.morning.rqkck.cn.gov.cn.rqkck.cn http://www.morning.wklmj.cn.gov.cn.wklmj.cn http://www.morning.spwm.cn.gov.cn.spwm.cn http://www.morning.xqjrg.cn.gov.cn.xqjrg.cn http://www.morning.rcrfz.cn.gov.cn.rcrfz.cn http://www.morning.gppqf.cn.gov.cn.gppqf.cn http://www.morning.rsnn.cn.gov.cn.rsnn.cn http://www.morning.pjrql.cn.gov.cn.pjrql.cn http://www.morning.fmznd.cn.gov.cn.fmznd.cn http://www.morning.lfjmp.cn.gov.cn.lfjmp.cn http://www.morning.rttxx.cn.gov.cn.rttxx.cn
