44.（10分）假定主存地址为32位，按字节编址，指令Cache 和数据Cache 与主存之间均采用8路组相联映射方式，直写（Write Through）写策略和LRU替换算法，主存块大小为64B，数据区容量各为32KB。开始时Cache 均为空。请回答下列问题。 （1）Cache 每一行中标记（Tag）、LRU 位各占几位?是否有修改位? （2）有如下C语言程序段： for (k = 0; k<1024; k++) s[k] = 2* s[k]; 若数组s及其变量k均为 int 型，int 型数据占4B，变量k分配在寄存器中，数组s在主存中的起始地址为0080 00C0H，则该程序段执行过程中，访问数组s的数据 Cache 缺失次数为多少? （3）若CPU最先开始的访问操作是读取主存单元0001003H中的指令，简要说明从Cache 中访问该指令的过程，包括 Cache 缺失处理过程。
【参考答案及解析】
（1）主存块大小为64B=26字节，故主存地址低6位为块内地址，Cache组数为32KB/64B×8）= 64=26，故主存地址中间6位为 Cache 组号，主存地址中高 32-6-6=20位为标记，采用8 路组相联映射，故每行中 LRU位占3位，采用直写方式，故没有修改位。 （2）因为数组s的起始地址最后6位全为0，故s位干一个主存块开始处，占1024×4B/64B=64个主存块;执行程序段过程中，每个主存块中的 64B/4B=16个数组元素依次读、写1次，因而对于母个主存块，总是第一次访问缺失，以后每次命中。综上，数组 s 的数据 Cache 访问缺失次数为 64次。 （3）0001 0003H= 0000 0000 0000 0001 0000 000000 000011B，根据主存地址划分可知，组索引为 0，故该地址所在主存块被映射到指令Cache 第0组;因为 Cache初始为空，所有 Cache 行的有效位均为 0，所以 Cache 访问缺失。此时，将该主存块取出后存人指令Cache第0组的任意一行，并将主存地址高20位（00010H）填人该行标记字段，设置有效位，修改LRU位，最后根据块内地址 000011B从该行中取出相应内容。
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（1）主存块大小为64B=26字节，故主存地址低6位为块内地址，Cache组数为32KB/64B×8）= 64=26，故主存地址中间6位为 Cache 组号，主存地址中高 32-6-6=20位为标记，采用8 路组相联映射，故每行中 LRU位占3位，采用直写方式，故没有修改位。 （2）因为数组s的起始地址最后6位全为0，故s位干一个主存块开始处，占1024×4B/64B=64个主存块;执行程序段过程中，每个主存块中的 64B/4B=16个数组元素依次读、写1次，因而对于母个主存块，总是第一次访问缺失，以后每次命中。综上，数组 s 的数据 Cache 访问缺失次数为 64次。 （3）0001 0003H= 0000 0000 0000 0001 0000 000000 000011B，根据主存地址划分可知，组索引为 0，故该地址所在主存块被映射到指令Cache 第0组;因为 Cache初始为空，所有 Cache 行的有效位均为 0，所以 Cache 访问缺失。此时，将该主存块取出后存人指令Cache第0组的任意一行，并将主存地址高20位（00010H）填人该行标记字段，设置有效位，修改LRU位，最后根据块内地址 000011B从该行中取出相应内容。
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