2011 组成原理 虚拟页式管理地址翻译cache概念 解答题
第 44 题

某计算机存储器按字节编址,虚拟(逻辑)地址空间大小为 16MB,主存(物理)地址空间大小为 1MB,页面大小为 4KB:Cache 采用直接映射方式,共 8 行:主存与 Cache 之间交换的块大小为 32B。系统运行到某一时刻时,页表的部分内容和 Cache 的部分内容分别如题 44-a 图、题 44-b 图所示,图中页框号及标记字段的内容为十六进制形式。

请回答下列问题∶

(1) 虚拟地址共有几位,哪几位表示虚页号?物理地址共有几位,哪几位表示页框号(物理页号)?

(2) 使用物理地址访问 Cache 时,物理地址应划分成哪几个字段?要求说明每个字段的位数及在物理地址中的位置。

(3) 虚拟地址 001C60H 所在的页面是否在主存中?若在主存中,则该虚拟地址对应的物理地址是什么?访问该地址时是否 Cache 命中?要求说明理由。

(4) 假定为该机配置一个 4 路组相连的 TLB,该 TLB 共可存放 8 个页表项,若其当前内容(十六进制)如题 44-c 图所示,则此时虚拟地址 024BACH 所在的页面是否在主存中?要求说明理由。

虚拟页式管理 地址翻译 cache概念 TLB

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1)存储器按字节编址,虚拟地址空间大小为 16B=24B,故虚拟地址为 24 位;页面大小为4KB=212B,故高 12 位为虚页号。主存地址空间大小为1MB=22B,故物理地址为 20 位;由于页内地址为 12 位,故高 8 位为页框号。

2)由于 Cache 采用直接映射方式,所以物理地址各字段的划分如下。

| Tag 标记 | Cache 行号 | 块内偏移 |

块大小为 32B,所以块内偏移为 5 位;Cache 共 8 行,故 Cache 行号为 3 位,标记字段为 20-5-3=12 位。

3)虚拟地址 001C60H 的前 12 位为虚页号,即 001H,查看 001H 处的页表项,其对应的效位为 1,故虚拟地址 001C60H 所在的页面在主存中。页表 001H 处的页框号为 04H,与页内偏移(虚拟地址后 12 位)拼接成物理地址为 04C60H.物理地址 04C60H=00000100110001100000B,主存块只能映射到 Cache 的第 3 行(即第 011B 行),由于该行的有效位=1,标记(值为 105H) ≠ 04CH(物理地址高 12 位),故不命中。

4)由于 TLB 采用四路组相联,故 TLB 被分为 8/4=2 个组,因此虚页号中高 11 位为 TLB 标记、最低 1 位为 TLB 组号。虚拟地址 024BACH=000000100100101110101100B,虚页号为 000000100100B,TLB 标记为 00000010010B(即 012H),TLB 组号为 0B,因此,该虚拟地址所对应物理页面只可能映射到 TLB 的第 0 组。组 0 中存在有效位=1、标记=012H 的项,因此访问 TLB 命中,即虚拟地址 024BACH 所在的页面在主存中。