计算机系统结构作业2：Cache映像与性能比较

本题主要涉及计算机系统结构中的缓存(Cache)设计与性能分析，包括不同映像方式下的Cache组织、命中率计算以及分离Cache与混合Cache的比较。 首先，关于"Cache-主存"层次的设计，题目给出了三种不同的映像方式： 1. **全相联**：全相联Cache意味着每个主存块都有自己的直接映射到Cache块，由于全相联无索引映射，所以当访存地址为5时，因为无需索引计算，直接访问对应的Cache块，但无图示示例。 2. **组相联**：组相联中，主存块被分为若干组，每组有两个Cache块。对于地址5，需要通过模运算找到对应的组号，即Index = (5)10 mod (2)10 = (1)2。这表示第1组，组内有2个块，但具体到哪个块则依赖于更高的地址位。 3. **直接映像**：直接映像下，每个主存块对应唯一的Cache块。同样以地址5为例，Index = (5)10 mod (4)10 = (1)2，表明访问第1个Cache块。 接下来，题目假设指令Cache的命中率为75%，数据Cache的命中率为25%，并给出了各自的失效率和访问开销。指令Cache的32KB容量在分离Cache中的失效率为0.39%，数据Cache为4.82%，混合Cache的总失效率为1.35%。采用写直达策略和写缓冲器后，分离Cache的平均访存时间为75% * (命中时间 + 0.39% * 50) + 25% * (命中时间 + 4.82% * 50)，混合Cache的平均访存时间为75% * (命中时间 + 1.35% * 50) + 25% * (1 + 1 + 1.35% * 50)。 在计算混合Cache的平均访存时间时，关键在于是否所有指令都考虑了额外的命中时间增加。根据题目描述，应该是只有数据Cache部分的25%指令访问会增加1个时钟周期，而指令Cache的访问不会受到影响。因此，混合Cache的平均访存时间较低，为1.35%。 知识点包括：Cache映像方式（全相联、组相联、直接映像）、命中率与失效率计算、分离Cache和混合Cache的失效率对比以及平均访存时间的计算。理解这些概念对于优化计算机系统性能至关重要，尤其是在设计和评估现代计算机架构时。