计算机考研 | 2018年 | 计算机组成原理真题

【计算机组成原理2018年真题44题-15分】

某计算机采用页式虚拟存储管理方式，按字节编址。CPU进行存储访问的过程如题44图所示。

根据题44图回答下列问题。

（1）主存物理地址占多少位?

（2）TLB采用什么映射方式?TLB用SRAM还是DRAM实现?

（3）Cache采用什么映射方式?若Cache采用LRU替换算法和回写(Write Back)策略,则Cache每行中除数据( Data ) 、 Tag 和有效位外,还应有哪些附加位?Cache 总容量是多少?Cache 中有效位的作用是什么?

（4）若CPU给出的虚拟地址为0008 C040H ,则对应的物理地址是多少?是否在 Cache 中命中?说明理由。若CPU给出的虚拟地址为0007 C260H,则该地址所在主存块映射到的Cache组号是多少?

【第一步：信息提取】

读取图中的信息

1. 虚拟地址为32位，前20位为虚拟页号，后12位为页内地址：页的大小为4KB

2. 实际地址为28位：20位为主存字块标记，3位为组地址，5位为字块内地址，所以Cache分为8组，块大小为32B

3. 看到有效位的存在，表示匹配不一定可用，如果匹配但有效位是0，则一样要去Cache或主存中取数据

【第二步：具体解答】

第一小题

主存物理地址占多少位?

注意，这里指的是物理地址而非逻辑地址，所以看的是实际地址的位数而非虚拟地址的位数

有信息提取②中可以知道，实际地址为28位，包括20位为主存字块标记，3位为组地址，5位为字块内地址，所以主存物理地址也为28位

第二小题

（1）TLB采用什么映射方式?

TLB采用的是全相联映射

（2）TLB是用SRAM还是用DRAM实现?

TLB是用SRAM，结合这一题，也看书要熟悉一些关键部件的实现原理和组成，比如Cache等

第三小题

（1）Cache采用什么映射方式？

有信息提取②中可以知道，实际地址为28位，包括20位为主存字块标记，3位为组地址，5位为字块内地址，说明采用了组相联的方式，而从图中可以看到为2组，也就是2路组向量的映射方式

（2）若Cache采用LRU替换算法和回写(Write Back）策略，则Cache每行中除数据（Data)、Tag和有效位，还应有哪些附加位?

因为是2路组相联的方式，所以每组需要一个LRU位，用来进行Cache的替换算法（题目中已经给出提示了）

因为采用写回策略，所以需要一位脏位，来判定是否被修改

（3）Cache的总容量是多少

公式（熟记）：Cache总容量=组数×每组块数×（主存字块位数+存储容量+有效位+脏位+替换算法位）/8

本题中：组数占3bit，有8组；每组块数为2；由信息提取②可知，主存字块位数20bit，存储容量32B*8bit/B，有效位、脏位、替换算法位各1bit（这三位要看题目中有没有说给，如果哪个不给就不加哪个）

所以本题Cache总容量为：$8\ast 2\ast (20+32\ast 8+1+1+1)=4464bit=558B$

（4）Cache 中有效位的作用是什么?

指出Cache中的数据是否有实有效

第四小题

（1）若CPU给出的虚拟地址为0008 C040H，则对应的物理地址是多少？

虚拟地址为0008 C040H，由信息提取①可知，前20位为虚页号，为0008C，从图中TLB中可以看到0008C对应的实页号是0040，页内地址不变，所以对应的物理号为0040040H

（2）是否在Cache中命中?说明理由。

不能，我们从图中Cache中左边的块中确实找到了页号为00400的，但是这里要注意，Cache的有效位是0，所以表示信息失效，所以不能命中

（3）若CPU给出的虚拟地址为0007 C260H，则该地址所在主存块映射到的Cache组号是多少?

将虚拟地址0007 C260H转换为二进制：0000 0000 0000 0111 1100 0010 0110 0000

这里我们看组号和块内地址占的是末8位，也就是0110 0000，而组号占其中高3位，也就是011，此时Cache块号为3

注意，这里我们直接去通过虚拟页号

第三步：总结

从以上五个小题可以看出来以下信息：

1. 注意虚地址和实地址的对应关系

2. 分清楚一个地址中各个字段的意义，根据字段给出的信息去答题，比如那些位数与组号相关，那些位数与块地址相关

3. 一些公式还是要背一下，才能下笔有把握

【计算机组成原理2018年真题45题-8分】

请根据题44图给出的虚拟储管理方式，回答下列问题。

（1）某虚拟地址对应的页目录号为6，在相应的页表中对应的页号为6，页内偏移量为8，该虚拟地址的十六进制表示是什么?

（2）寄存器PDBR用于保存当前进程的页目录起始地址，该地址是物理地址还是虚拟地址？进程切换时，PDBR的内容是否会变化？说明理由。同一进程的线程切换时，PDBR的内容是否会变化?说明理由。

（3）为了支持改进型CLOCK置换算法，需要在页表项中设置哪些字段?

【第一步：信息提取】

同44题

【第二步：具体解答】

第一小题：

（1）某虚拟地址对应的页目录号为6，在相应的页表中对应的页号为6，页内偏移量为8，该虚拟地址的十六进制表示是什么?

由图可知，地址总长度为32位，高20位为虚页号，低12位为页内地址，且虚页号高10位为页目录号，低10位为页号。展开成二进制表示为：页目录号为6，所以页目录号二进制为 00 0000 0110，页号为6，所以页号二进制为 00 0000 0110，页内偏移量为8，所以页号二进制为 0000 0000 1000

整合：0000 0001 1000 0000 0110 0000 0000 1000

转化为十六进制：0180 6008H

第二小题：

（1）寄存器PDBR用于保存当前进程的页目录起始地址，该地址是物理地址还是虚拟地址？

PDBR为页目录基址地址寄存器，其存储页目录表物理内存基地址。

（2）进程切换时，PDBR的内容是否会变化？说明理由。

进程切换时，PDBR的内容会变化；同一进程的线程切换时，PDBR 的内容不会变化。

每个进程的地址空间、页目录和 PDBR 的内容存在一一对应的关系。

进程切换时，地址空间发生了变化，对应的页目录及其起始地址也相应变化，因此需要用进程切换后当前进程的页目录起始地址刷新PDBR。

（3）同一进程的线程切换时，PDBR的内容是否会变化?说明理由。

同一进程中的线程共享该进程的地址空间，其线程发生切换时，地址空间不变，线程使用的页目录不变，因此 PDBR的内容也不变。

第三小题：

（1）为了支持改进型CLOCK置换算法，需要在页表项中设置哪些字段?

改进型CLOCK 置换算法需要用到使用位和修改位，故需要设置访问字段（使用位〉和修改字段（脏位)。

考点：改进型CLOCK 置换算法

考虑到如果某一调入内存的页没有被修改过则不必将它拷回到磁盘。

于是在改进的Clock增加了一个M位,M=0表示该页未被修改过。这样我们选择页面换出时,既要最近未访问过的页面,又要未被修改过的页面。其执行过程分一下三步:

第一步：从开始位置循环扫描队列,寻找A=0、M=O的第一类面,找到立即置换。另外,第一次扫描期间不改变访问位A。

第二步：如果第一步失败,则开始第二轮扫描,寻找A=0且M=1的第二类页面,找到后立即置换,并将所有扫描过的A都置0。

第三步：如果第二步也失败,则返回指针开始位置,然后重复第一步,必要时再重复第二步,此时必能找到淘汰页。