2013 · 主观题 · 第 176 题
计算机学科专业基础(408) · 第 176 题
（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包括：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
（1）CPU 的时钟周期为：1/800 MHz = 1.25 ns。（1 分）
总线的时钟周期为：1/200 MHz = 5 ns。（1 分）
总线带宽为：4 B×200 MHz = 800 MB/s 或 4 B/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 = 5 ns 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：5 ns + 40 ns + 8×5 ns = 85 ns。（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。