2018 组成原理 虚拟页式管理cache映射方式物理地址组相联映射 解答题
第 44 题

某计算机采用页式虚拟存储管理方式,按字节编址。CPU 进行存储访问的过程如题 44 图所示。

根据题 44 图回答下列问题。

2018_Q7_3

(1) 主存物理地址占多少位?

(2) TLB 采用什么映射方式?TLB 用 SRAM 还是 DRAM 实现?

(3) Cache 采用什么映射方式?若 Cache 采用 LRU 替换算法和回写(Write Back)策略,则 Cache 每行中除数据(Data)、Tag 和有效位外,还应有哪些附加位?Cache 总容量是多少?Cache 中有效位的作用是什么?

(4) 若 CPU 给出的虚拟地址为 0008C040H,则对应的物理地址是多少?是否在 Cache 中命中?说明理由。若 CPU 给出的虚拟地址为 0007C260H,则该地址所在主存块映射到的 Cache 组号是多少?

虚拟页式管理 TLB cache映射方式

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1)物理地址 由实页号和页内地址拼接,因此其位数为 16+12=28 或直接可得 20+3+5=28。

2)TLB 采用全相联映射,可以把页表内容调入任一块空 TLB 项中,TLB 中每项都有一个比较器,没有映射规则,只要空闲就行。TLB 采用静态存储器 SRAM,读写速度快,但成本高,多用于容量较小的高速缓冲存储器。

3)从图中可以看到,Cache 中每组有两行,故采用 2 路组相联映射。因为是 2 路组相联并采用 LRU 替换算法,所以每行(或每组)需要 1 位 LRU 位;因为采用回写策略,所以每行有 1 位修改位(脏位),根据脏位判断数据是否被更新,若脏位为 1 则需要写回内存。28 位物理地址中 Tag 字段占 20 位,组索引字段占 3 位,块内偏移地址占 5 位,故 Cache共有23=8组,每组 2 行,每行有25=32 B,故 Cache 总容量为8×2×(20+1+1+1+32×8)=4464位= 558 字节。Cache 中有效位用来指出所在 Cache 行中的信息是否有效。

4)虚拟地址分为两部分:虚页号、页内地址;物理地址分为两部分:实页号、页内地址。利用虚拟地址的虚页号部分去查找 TLB 表(缺失时从页表调入),将实页号取出后和虚拟地址的页内地址拼接,就形成了物理地址。虚页号 008CH 恰好在 TLB 表中对应实页号 0040H(有效位为 1,说明存在),虚拟地址的后 3 位为页内地址 040H,则对应的物理地址是 0040040H。物理地址为 0040040H,其中高 20 位 00400H 为标志字段,低 5 位 00000B 为块内偏移量,中间 3 位 010B 为组号 2,因此将 00400H 与 Cache 中的第 2 组两行中的标志字段同时比较,可以看出,虽然有一个 Cache 行中的标志字段与 00400H 相等,但对应的有效位为 0,而另一 Cache 行的标志字段与 00400H 不相等,故访问 Cache 不命中。因为物理地址的低 12 位与虚拟地址低 12 位相同,即为 001001100000B。根据物理地址的结构,物理地址的后八位 01100000B 的前三位 011B 是组号,因此该地址所在的主存映射到 Cache 的组号为 3。