对主存进行一次访存是什么意思

对主存进行一次访存是指从计算机的中央处理器（CPU）向主存储器（RAM）读取或写入数据的操作。在计算机程序执行过程中，CPU需要从主存中获取指令和数据，并将结果写回主存。这个过程通常包括以下步骤：

1. CPU发送一个地址信号给主存，指示要访问的内存位置。
2. 主存根据地址信号找到对应的内存单元，并将其内容发送给CPU（读操作）。
3. CPU对接收到的数据进行处理，可能会进行运算或修改。
4. 如果需要将结果写回主存，CPU将数据发送给主存，并指示要写入的内存位置（写操作）。

这个过程是计算机中基本的数据交换方式，通过对主存进行多次访存，CPU可以读取和修改程序所需的数据，从而完成各种计算和操作。

相关问题

4.30一个组相联映射的Cache由64块组成，每组内包含4块。主存包含4096块，每块由 128字组成,访存地址为字地址。试问主存和 Cache 的地址各为几位?画出主存的地址格式。

在一个组相联映射的Cache系统中，我们首先需要了解地址是如何划分为Cache块、组和主存块的部分。给定的信息有：

- Cache由64块组成，每组有4块。
- 主存共有4096块，每块大小是128字。

1. **Cache地址位数**：
- 每个Cache块是一次访问的基本单元，所以Cache的总块数决定了其地址线的数量。由于有64块，那么Cache地址需要6位（2^6 = 64）来表示每个块。
- 而每组有4块，因此需要额外的一位（2^1 = 2）来指定位组，即组标识。

2. **主存地址位数**：
- 主存由4096块组成，这意味着它的地址线数等于主存块的数目对2取对数。因为4096 = 2^12，所以主存地址需要12位来唯一标识每一个块。
- 另外，由于每块有128字，如果我们考虑的是字级别的寻址，我们需要再加一位作为字的索引（2^1 = 2），总共13位来表示主存的一个存储单元。

3. **地址格式设计**：
- 主存地址格式通常包括：13位的字地址 + 1位的块内偏移（用于128字内的位置）。
- Cache地址格式包括：6位的组地址 + 1位的组内偏移（因为每组4块） + 5位的块地址（用于64块的范围）。

由于这是一个文字描述，实际的图形化展示可能涉及更多细节，但以上就是基本的理论分析。下面是简化的示意图：

Main Memory Address Format (13 bits):
-----------------------------------
|     Block Index (12 bits) | Word Offset (1 bit) |
-----------------------------------

Cache Address Format (7 bits for block, 1 for group):
----
|      Group Address (1 bit) | Group Within Block (1 bit) | Block Address (5 bits) |
--------------------------------------------------

设某计算机的 CPU 主频为 80MHz，CPI 为 4，并且平均每条指令访存 1.5 次，主存与 Cache之间交 换的块大小为 16B，Cache 的命中率为 99%，存储器总线宽度为 32 位。请回答下列问题。 （1）该计算机的 MIPS 数是多少？平均每秒 Cache 缺失的次数是多少？在不考虑 DMA 传送的情况下。主存带宽至 少达到多少才能满足 CPU 的访存要求？ （2）假定在 Cache 缺失的情况下访问主存时，存在 0.0005%的缺页率，则 CPU 平均每秒产生多少次缺页异常？若 页面大小为 4KB，每次缺页都需要访问磁盘，访问磁盘时 DMA 传送采用周期挪用方式，磁盘 I/O 接口的数据缓冲 寄存器为 32 位，则磁盘 I/O 接口平均每秒发出的 DMA 请求次数至少是多少？ （3）CPU 和 DMA 控制器同时要求使用存储器总线时，哪个优先级更高？为什么？ （4）为了提高性能，主存采用 4 体低位交叉存储器，工作时每 1/4 周期启动一个存储体，每个存储体传送周期为 50ns，则主存能提供的最大带宽是多少？

（1）该计算机的 MIPS 数是多少？平均每秒 Cache 缺失的次数是多少？在不考虑 DMA 传送的情况下。主存带宽至少达到多少才能满足 CPU 的访存要求？

MIPS（Million Instructions Per Second）= CPU 主频 / CPI = 80MHz / 4 = 20 MIPS

平均每秒 Cache 缺失的次数 = MIPS × 平均每条指令访存次数 × （1 - Cache 命中率）= 20 × 1.5 × (1 - 0.99) = 0.3

假设主存带宽为 x，由于平均每条指令访存 1.5 次，因此主存每秒需要传输的字节数为：

20 × 80 × 10^6 / 8 × 1.5 = 200MB

又因为每次传输的块大小为 16B，因此主存每秒需要传输的块数为：

200MB / 16B = 12.5M

所以主存带宽至少应为：

12.5M × 16B × 8 / s = 2Gbps

（2）假定在 Cache 缺失的情况下访问主存时，存在 0.0005%的缺页率，则 CPU 平均每秒产生多少次缺页异常？若 页面大小为 4KB，每次缺页都需要访问磁盘，访问磁盘时 DMA 传送采用周期挪用方式，磁盘 I/O 接口的数据缓冲 寄存器为 32 位，则磁盘 I/O 接口平均每秒发出的 DMA 请求次数至少是多少？

CPU 平均每秒产生的缺页异常次数 = MIPS × 平均每条指令访存次数 × 缺页率 = 20 × 1.5 × 0.0005% = 0.00015

每次缺页需要访问磁盘，页面大小为 4KB，因此每次访问磁盘需要传输 4KB 的数据。磁盘 I/O 接口的数据缓冲寄存器为 32 位，因此每次 DMA 传输可以传输 32 位的数据。传输 4KB 的数据需要传输 1024 个块，每个块的大小为 32 位，因此每次传输需要 1024 × 32 位 = 32KB 的带宽。DMA 采用周期挪用方式，每次传输需要占用总线一个周期，因此磁盘 I/O 接口平均每秒发出的 DMA 请求次数至少应为：

磁盘 I/O 接口带宽 = CPU 平均每秒产生的缺页异常次数 × 每次传输的带宽 = 0.00015 × 32KB = 4.8B/s

因此磁盘 I/O 接口平均每秒发出的 DMA 请求次数至少应为：

4.8B/s / 32B/次 = 0.15次/s

（3）CPU 和 DMA 控制器同时要求使用存储器总线时，哪个优先级更高？为什么？

DMA 控制器的优先级更高。因为 DMA 控制器的任务是进行数据传输，如果 DMA 控制器无法及时访问存储器总线，则数据传输会受到影响，导致系统性能下降或数据错误。而 CPU 的任务是执行指令，如果 CPU 无法及时访问存储器总线，则只会导致指令执行速度变慢，而不会对系统稳定性造成影响。

（4）为了提高性能，主存采用 4 体低位交叉存储器，工作时每 1/4 周期启动一个存储体，每个存储体传送周期为 50ns，则主存能提供的最大带宽是多少？

主存采用 4 体低位交叉存储器，每个存储体传送周期为 50ns，因此每个周期可以传输一个存储体的数据。因为主存采用低位交叉存储器，每个存储体的容量为总容量的 1/4，因此每个存储体传输的数据大小为总数据大小的 1/4。主存总带宽为：

4 × (1 / 4) × (1 / 50ns) × 数据位宽 = 数据位宽 / 50ns = 640MB/s

其中数据位宽为存储器总线宽度为 32 位，因此主存总带宽为 640MB/s。