43.（9分）某32位计算机，CPU主频为800MHz，Cache命中时的 CPI为 4，Cache 块大小为32字节;主存采用8体交叉存储方式，每个体的存储字长为32位、存储周期为 40 ns;存储器总线宽度为32位，总线时钟频率为 200 MHz，支持突发传送总线事务。每次读突发传送总线事务的过程句括∶ 送首地址和命令、存储器准备数据、传送数据。每次突发传送32字节，传送地址或32位数据均需要一个总线时钟周期。请回答下列问题，要求给出理由或计算过程。 （1）CPU 和总线的时钟周期各为多少?总线的带宽（即最大数据传输率）为多少? （2）Cache缺失时，需要用几个读突发传送总线事务来完成一个主存块的读取? （3）存储器总线完成一次读突发传送总线事务所需的时间是多少? （4）若程序 BP 执行过程中，共执行了 100条指令，平均每条指令需进行 1.2 次访存，Cache缺失率为 5%，不考虑替换等开销，则BP 的 CPU执行时间是多少?
【参考答案及解析】
（1）CPU的时钟周期为∶1/800 MHz=1.25ns。（1分） 总线的时钟周期为∶1/200 MHz=5 ns。（1分） 总线带宽为∶4B×200 MHz=800 MB/s或4B/5 ns=800 MB/s。（1分） （2）Cache 块大小是32 B，因此Cache缺失时需要一个读突发传送总线事务读取一个主存块。（1分） （3）一次读突发传送总线事务包括一次地址传送和 32 B 数据传送∶用1 个总线时钟周期传输地址;每隔 40 ns/8= 5ns 启动一个体工作（各进行1次存取），第一个体读数据花费 40 ns，之后数据存取与数据传输重叠;用8 个总线时钟周期传输数据。读突发传送总线事务时间∶5ns ＋40 ns +8×5ns=85ns。（2分） （4）BP的 CPU执行时间包括 Cache 命中时的指令执行时间和Cache 缺失时带来的额外开销。命中时的指令执行时间∶100×4×1.25 ns = 500 ns。（1 分）指令执行过程中Cache 缺失时的额外开销∶1.2×100×5%×85 ns = 510 ns。BP 的CPU执行时间∶500 ns+510 ns=1 010 ns。（2分） 【评分说明】 ①执行时间采用如下公式计算时，可酌情给分。 执行时间=指令条数×CPI×时钟周期×命中率+访存次数×缺失率×缺失损失 ②计算公式正确但运算结果不正确时，可酌情给分。
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（1）CPU的时钟周期为∶1/800 MHz=1.25ns。（1分） 总线的时钟周期为∶1/200 MHz=5 ns。（1分） 总线带宽为∶4B×200 MHz=800 MB/s或4B/5 ns=800 MB/s。（1分） （2）Cache 块大小是32 B，因此Cache缺失时需要一个读突发传送总线事务读取一个主存块。（1分） （3）一次读突发传送总线事务包括一次地址传送和 32 B 数据传送∶用1 个总线时钟周期传输地址;每隔 40 ns/8= 5ns 启动一个体工作（各进行1次存取），第一个体读数据花费 40 ns，之后数据存取与数据传输重叠;用8 个总线时钟周期传输数据。读突发传送总线事务时间∶5ns ＋40 ns +8×5ns=85ns。（2分） （4）BP的 CPU执行时间包括 Cache 命中时的指令执行时间和Cache 缺失时带来的额外开销。命中时的指令执行时间∶100×4×1.25 ns = 500 ns。（1 分）指令执行过程中Cache 缺失时的额外开销∶1.2×100×5%×85 ns = 510 ns。BP 的CPU执行时间∶500 ns+510 ns=1 010 ns。（2分） 【评分说明】 ①执行时间采用如下公式计算时，可酌情给分。 执行时间=指令条数×CPI×时钟周期×命中率+访存次数×缺失率×缺失损失 ②计算公式正确但运算结果不正确时，可酌情给分。
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