简答题

假定有三个处理器,分别带有以下不同的cache:cache1:采用直接映射方式,块大小为1个字,指令和数据的缺失率分别为4%和6%;cache2:采用直接映射方式,块大小为4个字,指令和数据的缺失率分别为2%和4%;cache3:采用2-路组相联映射方式,块大小为4个字,指令和数据的缺失率分别为2%和3%。在这些处理器上运行相同的程序,该程序的CPI为2.0,其中有一半是访存指令。若缺失损失为(块大小+6)个时钟周期,处理器1和处理器2的时钟周期都为420ps,带有cache3的处理器3的时钟周期为450ps。请问:哪个处理器因cache缺失而引起的额外开销最大?哪个处理器执行速度最快?

正确答案

假设所运行的程序共执行N条指令,每条访存指令仅读写一次内存数据,则在该程序执行过程中各处理器因cache缺失而引起的额外开销和执行时间计算如下。
对于处理器1:额外开销为:N×4% + 6%×50%)×(1+6)=0.49 N个时钟周期
执行程序所需时间为:(N×2.0 +0.49N)×420ps = 1045.8N ps
对于处理器2:额外开销为:N×(2%+4%×50%)×(4+6)=0.40N个时钟周期
执行程序所需时间为:(N×2.0+0.40N)×420ps=1008N ps
对于处理器3:额外开销为:N×(2%+3%×50%)×(4+6)=0.35N个时钟周期
执行程序所需时间为:(N×2.0+0.35N)×450ps=1057.5N ps
由此可见,处理器1的cache缺失引起的额外开销最大,处理器2的执行速度最快。

答案解析

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