计算机体系结构课后习题原版答案 - 张晨曦著

6.11 假设在一个计算机系统中：

（1） 每页为32KB，Cache块大小为128字节；

（2） 对应新页的地址不在Cache中，CPU不访问新页中的任何数据； （3） Cache中95%的被替换块将再次被读取，并引起一次失效； （4） Cache使用写回方法，平均60%的块被修改过； （5） I/O系统缓冲能够存储一个完整的Cache块； （6） 访问或失效在所有Cache块中均匀分布；

（7） 在CPU和I/O之间，没有其它访问Cache的干扰； （8） 无I/O时，每100万个时钟周期内有18000次失效；

（9） 失效开销是40个时钟周期。如果被替换的块被修改过，则再加上30个周期用

于写回主存；

（10） 假设计算机平均每200万个周期处理一页。 试分析I/O对于性能的影响有多大？ 解：每个主存页有32K/128＝256块。

因为是按块传输，所以I/O传输本身并不引起Cache失效。但是它可能要替换Cache中的有效块。如果这些被替换块中有60％是被修改过的，将需要（256×60％）×30＝4608个时钟周期将这些被修改过的块写回主存。

这些被替换出去的块中，有95％的后继需要访问，从而产生95％×256＝244次失效，将再次发生替换。由于这次被替换的244块中数据是从I/O直接写入Cache的，因此所有块都为被修改块，需要写回主存（因为CPU不会直接访问从I/O来的新页中的数据，所以它们不会立即从主存中调入Cache），需要时间是244×（40＋30）＝17080个时钟周期。

没有I/O时，每一页平均使用200万个时钟周期，Cache失效36000次，其中60％被修改过，所需的处理时间为：

（36000×40％）×40＋（36000×60％）×（40＋30）＝2088000（时钟周期）

时钟I/O造成的额外性能损失比例为

（4608＋17080）÷（2000000＋2088000）＝0.53％ 即大约产生0.53％的性能损失。