45.假设对于44题中的计算机
M、和程序 P的机器代码，M采用页式虚拟存储管理∶ P开始执行时，（R1）=（R2）=0，（R6）=1000，其机器代码已调入主存但不在 Cache中;数组 A未调入主存，且所有数组元素在同一页，并存储在磁盘同一个扇区。请回答下列问题并说明理由。 1）P执行结束时，R2的内容是多少? 2）M 的指令Cache 和数据Cache分离。若指令 Cache 共有16行，Cache 和主存交换的块大小为32字节，则其数据区的容量是多少?若仅考虑程序段P的执行，则指令 Cache 的命中率为多少? 3）P在执行过程中，哪条指令的执行可能发生溢出异常?哪条指令的执行可能产生缺页异常?对于数组 A的访问，需要读磁盘和TLB至少各多少次?
M、和程序 P的机器代码，M采用页式虚拟存储管理∶ P开始执行时，（R1）=（R2）=0，（R6）=1000，其机器代码已调入主存但不在 Cache中;数组 A未调入主存，且所有数组元素在同一页，并存储在磁盘同一个扇区。请回答下列问题并说明理由。 1）P执行结束时，R2的内容是多少? 2）M 的指令Cache 和数据Cache分离。若指令 Cache 共有16行，Cache 和主存交换的块大小为32字节，则其数据区的容量是多少?若仅考虑程序段P的执行，则指令 Cache 的命中率为多少? 3）P在执行过程中，哪条指令的执行可能发生溢出异常?哪条指令的执行可能产生缺页异常?对于数组 A的访问，需要读磁盘和TLB至少各多少次?
【参考答案及解析】
该题继承了上题中的相关信息，统考中首次引入此种设置，具体考察到程序的运行结果、Cache 的大小和命中率的计算以及磁盘和 TLB的相关计算，是一题比较综合的题型。 （1）R2里装的是i的值，循环条件是iN（1000），即当i自增到不满足这个条件时跳出循环，程序结束，所以此时i的值为1000。（1分） （2）C ache共有16行，每块32字节，所以Cache数据区的容量为16*32B=512B。（1分）P共有6条指令，占24字节，小于主存块大小（32B），其起始地址为0804 8100H，对应一块的开始位置，由此可知所有指令都在一个主存块内。读取第一条指令时会发生 Cache 缺失，故将 P 所在的主存块调入 Cache 某一行，以后每次读取指令时，都能在指令 Cache 中命中。因此在1000次循环中。只会发生1 次指今访问缺失。所以指令Cache 的命中率为（1000×6-1）/（1000×6）=99.98%。（2分） 【评分说明】 若考生给出正确的命中率，而未说明原因和过程，给1分。若命中率计算错误，但解题思路正确，可酌情给分。 （3）指令4为加法指令，即对应 sum+=A[i]，当数组A中元素的值过大时，则会导致这条加法指令发生溢出异常∶而指令 2、5 虽然都是加法指令。但他们分别为数组地址的计算指令和存储变量i的寄存器进行自增的指令，而i最大到达 1000，所以他们都不会产生溢出异常。（2分） 只有访存指令可能产生缺页异常，即指令3可能产生缺页异常。（1分） 因为数组 A在磁盘的一页上，而一开始数组并不在主存中，第一次访问数组时会导致访益，把A 调入内存，而血以后数组A 的元素都在内存中，则不会导致访盘，所以该程序共访盘一次。（2分） 每访问一次内存数据就会查 TLB一次，共访问数组1000次，所以此时又访问 TLB1000 次，还要考虑到第一次访问数组A，即访问 A[0]时，会多访问一次 TLB（第一次访问 A[0]会先香一次TLB，然后产生缺页，处理完缺页中断后，会重新访问 A[0]，此时又香TLB），所以访问TLB的次数一共是1001次。（2分） 【评分说明】 ①对于第1问，若答案中除指令 4外还包含其他运算类指令（即指令1、2、5），则给1 分，其他情况，则给0分。 ②对于第2问，只要回答"load指令"，即可得分。 ③对于第3问，若答案中给出的读 TLB的次数为 1002，同样给分。若直接给出正确的TLB及磁盘的访问次数，而未说明原因，给3分。若给出的 TLB及磁盘访问次数不正确，但解题思路正确，可酌情给分。
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该题继承了上题中的相关信息，统考中首次引入此种设置，具体考察到程序的运行结果、Cache 的大小和命中率的计算以及磁盘和 TLB的相关计算，是一题比较综合的题型。 （1）R2里装的是i的值，循环条件是iN（1000），即当i自增到不满足这个条件时跳出循环，程序结束，所以此时i的值为1000。（1分） （2）C ache共有16行，每块32字节，所以Cache数据区的容量为16*32B=512B。（1分）P共有6条指令，占24字节，小于主存块大小（32B），其起始地址为0804 8100H，对应一块的开始位置，由此可知所有指令都在一个主存块内。读取第一条指令时会发生 Cache 缺失，故将 P 所在的主存块调入 Cache 某一行，以后每次读取指令时，都能在指令 Cache 中命中。因此在1000次循环中。只会发生1 次指今访问缺失。所以指令Cache 的命中率为（1000×6-1）/（1000×6）=99.98%。（2分） 【评分说明】 若考生给出正确的命中率，而未说明原因和过程，给1分。若命中率计算错误，但解题思路正确，可酌情给分。 （3）指令4为加法指令，即对应 sum+=A[i]，当数组A中元素的值过大时，则会导致这条加法指令发生溢出异常∶而指令 2、5 虽然都是加法指令。但他们分别为数组地址的计算指令和存储变量i的寄存器进行自增的指令，而i最大到达 1000，所以他们都不会产生溢出异常。（2分） 只有访存指令可能产生缺页异常，即指令3可能产生缺页异常。（1分） 因为数组 A在磁盘的一页上，而一开始数组并不在主存中，第一次访问数组时会导致访益，把A 调入内存，而血以后数组A 的元素都在内存中，则不会导致访盘，所以该程序共访盘一次。（2分） 每访问一次内存数据就会查 TLB一次，共访问数组1000次，所以此时又访问 TLB1000 次，还要考虑到第一次访问数组A，即访问 A[0]时，会多访问一次 TLB（第一次访问 A[0]会先香一次TLB，然后产生缺页，处理完缺页中断后，会重新访问 A[0]，此时又香TLB），所以访问TLB的次数一共是1001次。（2分） 【评分说明】 ①对于第1问，若答案中除指令 4外还包含其他运算类指令（即指令1、2、5），则给1 分，其他情况，则给0分。 ②对于第2问，只要回答"load指令"，即可得分。 ③对于第3问，若答案中给出的读 TLB的次数为 1002，同样给分。若直接给出正确的TLB及磁盘的访问次数，而未说明原因，给3分。若给出的 TLB及磁盘访问次数不正确，但解题思路正确，可酌情给分。
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