比较计算机体系结构：直联与组相联cache性能分析

本题集涵盖了高等计算机体系结构期末复习的重要知识点，主要涉及了两个方面的讨论： 1. Cache存储体系结构对比： - 直接相联映射与二路组相联映射是两种常见的缓存组织结构。在这部分，首先分析了理想情况下，两种结构的平均访问时间和CPU运行时间。理想cache命中率为100%时，直接相联映射的平均访问时间为2.98ns，而二路组相联映射为2.7ns，表明组相联映射由于较低的未命中率，性能优于直接相联映射。进一步的计算显示，CPU运行时间上，二路组相联的时间也更短，约为6.22IC，这说明组相联在实际应用中能提供更好的响应速度。 2. CPU访存带宽计算与主存扩展： - 在第二部分，针对一台计算机的特性进行了分析，特别是CPU访存的频率和命中率对主存带宽的影响。CPU的访问速率极高，达到10^9次/s，但命中率仅为96%，这意味着每秒有4×10^7次请求会导致缓存未命中。当发生未命中时，需要访问主存并更新缓存。由于采用写回策略，每次缓存更新都会占用主存带宽。另外，由于缓存块中有25%的块可能被修改，这意味着这部分带宽用于缓存更新。计算表明，CPU访存占主存带宽的比例较高，且I/O设备已经占用了主存带宽的一半。因此，如果要增加更多的I/O设备，可能会对主存带宽造成压力，可能导致性能瓶颈。 通过这两个问题，学生可以深入理解缓存组织结构对性能的影响以及如何通过计算来评估系统设计的合理性，同时关注到CPU访存和I/O设备对系统整体效率的关键作用。这对于期末考试复习来说，是理解高级计算机体系结构中内存管理和缓存优化的核心内容。