采用指令Cache与数据Cache分离的主要目的是（） 降低Cache的缺失损失 提高Cache的命中率 降低CPU的平均访存时间 减少指令流水线资源冲突

采用指令Cache与数据Cache分离的主要目的是提高CPU的执行效率，即降低CPU的平均访存时间。

在程序运行过程中，指令和数据通常存储在不同的内存区域中，因此，将指令Cache和数据Cache分离可以分别缓存指令和数据，使得CPU在执行指令时可以同时访问指令Cache和数据Cache，从而降低了CPU的平均访存时间，提高了CPU的执行效率。

此外，由于指令Cache和数据Cache分别缓存指令和数据，因此可以通过优化Cache的大小、映射方式和替换算法等来更好地适应不同类型的程序和数据访问模式，从而进一步提高CPU的执行效率。因此，选项中正确的答案是“降低CPU的平均访存时间”。

相关问题

假设对指令Cache的访问占全部访问的75%，而对数据Cache的访问 占全部访问的25%。Cache的命中时间为1个时钟周期，失效开销为50 个时钟周期，在统一Cache中一次load或store操作访问Cache的命中时 间都要增加一个时钟周期，32KB的指令Cache的失效率为0.39%，32KB 的数据Cache的失效率为4.82%，64KB的统一Cache的失效率为1.35%。 又假设采用写直达策略，且有一个写缓冲器，并且忽略写缓冲器引起 的等待。试问指令Cache和数据Cache容量均为32KB的分离Cache和容 量为64KB的统一Cache相比，哪种Cache的失效率更低？两种情况下平 均访存时间各是多少？

对于指令Cache和数据Cache容量均为32KB的分离Cache，可以根据失效率计算平均访存时间：

指令Cache的失效率为0.39%，因此命中率为99.61%。对于指令Cache的访问，有75%的访问会命中Cache，因此指令访问的平均访存时间为：

(命中时间 + 命中时增加的时间) * 命中率 + (失效开销 + 命中时增加的时间) * (1 - 命中率) = (1 + 1) * 0.7561 + (50 + 1) * 0.2439 = 13.91个时钟周期

数据Cache的失效率为4.82%，因此命中率为95.18%。对于数据Cache的访问，有25%的访问会命中Cache，因此数据访问的平均访存时间为：

(命中时间 + 命中时增加的时间) * 命中率 + (失效开销 + 命中时增加的时间) * (1 - 命中率) = (1 + 1) * 0.2518 + (50 + 1) * 0.7482 = 13.66个时钟周期

因此，分离Cache的平均访存时间为13.91个时钟周期（指令Cache）和13.66个时钟周期（数据Cache）。

对于容量为64KB的统一Cache，可以同样计算平均访存时间：

统一Cache的失效率为1.35%，因此命中率为98.65%。对于访问统一Cache的操作，有100%的操作会经过统一Cache，因此平均访存时间为：

(命中时间 + 命中时增加的时间) * 命中率 + (失效开销 + 命中时增加的时间) * (1 - 命中率) = (1 + 1) * 0.9865 + (50 + 1) * 0.0135 = 3.12个时钟周期

因此，容量为64KB的统一Cache的平均访存时间为3.12个时钟周期。

综上所述，容量为64KB的统一Cache的失效率更低，且平均访存时间更短。

2、分层存储系统中包含两级Cache和主存，按照如下的方式进行存储 访问，首先访问L1 Cache，若L1Cache没有，访问L2 Cache，若L2 Cache没有，则一定在主存中。 已知命中率如下： 命中率 命中访问时间 L1 Cache 95% 2ns L2 Cache 80% 20ns main memory 100% 200ns 若该微处理器工作频率为1GMHz，程序只有25%的读存指令，其他指令平均 CPI为2，请问平均访存时间是多少？处理器的平均CPI是多少？

根据题目，该分层存储系统包含两级Cache和主存，并且访问方式是：首先访问L1 Cache，若L1 Cache没有，访问L2 Cache，若L2 Cache没有，则一定在主存中。已知命中率和命中时间如下：

- L1 Cache 命中率为95%，命中访问时间为2ns
- L2 Cache 命中率为80%，命中访问时间为20ns
- 主存命中率为100%，命中访问时间为200ns

由于程序只有25%的读存指令，因此有75%的指令不涉及访存，平均CPI为2。因此，总的平均CPI可以计算为：

平均CPI = 0.25 * CPI(读存指令) + 0.75 * CPI(非读存指令) = 0.25 * (2 + 访存周期数) + 0.75 * 2 = 1.5 + 0.5 * 访存周期数

接下来，我们需要计算访存周期数。根据访存的顺序，可以分为以下三种情况：

- L1 Cache命中：访存周期数为1（只有一个L1 Cache命中的访问）
- L1 Cache不命中，L2 Cache命中：访存周期数为2（一个L1 Cache不命中的访问和一个L2 Cache命中的访问）
- L1 Cache和L2 Cache都不命中：访存周期数为3（一个L1 Cache不命中的访问、一个L2 Cache不命中的访问和一个主存的访问）

因此，访存周期数的平均值可以计算为：

访存周期数的平均值 = 0.95 * 1 + 0.05 * (0.8 * 2 + 0.2 * 3) = 1.07

最后，我们可以计算平均访存时间：

平均访存时间 = 2ns + 0.05 * (20ns + 0.2 * 200ns + 0.8 * (2ns + 0.2 * 200ns)) + 0.95 * 0.8 * (2ns + 0.2 * 200ns) + 0.95 * 0.2 * (20ns + 0.2 * 200ns) = 6.94ns

因此，该分层存储系统的平均访存时间为6.94ns，平均CPI为2.5。