【题目】
45.(11分)假设对于题44中的计算机M和程序段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?
【答案要点】：
(1)由于(R6)=1000，故(R2)=1000。
(2)指令Cache数据区的容量：16×32 B=512 B。P共有6条指令，占24字节，小于主存块大小(32 B)，其起始地址为0804 8100H，因而所有指令都在同一个主存块中。读取第一条指令时，发生Cache缺失，故将P所在主存块调入Cache某一行，以后每次读取指令时，都能在指令Cache中命中。因此，P在1000次循环执行过程中共发生1次指令访问缺失，故指令Cache的命中率为：(1000×6-1)/(1000~6)=99.98%。
(3)P执行过程中，指令4(或add R1，R1，R5)的执行可能发生溢出异常。load指令(或指令3)的执行可能会产生缺页异常。因为load指令需要读取数组A的内容，当数组A不在主存时发生缺页异常。第一次执行load指令时，因为数组A未调入主存，故访问TLB缺失，并发生缺页，需要从磁盘上读取数组A，因为数组A所在页在同一个磁盘扇区中，所以在不考虑页面置换的情况下，只要读取磁盘1次。缺页异常处理结束后，重新执行load指令;load指令的随后1000次执行中，每次都能在TLB中命中，因而无须访问内存页表项和磁盘，所以，P在1000次循环执行过程中，对于数组A，需要读取TLB共1001次。