GRABS Übungsaufgaben Arbeitsspeicher und Caches Write-Back vs. Write-Through

Write-Back vs. Write-Through

Ein Computer mit 4 GiB adressierbarem Speicher verfügt über einen mengenassoziativen Cache (en. set-associative) mit zwei Wegen. Der Cache arbeitet im Write-Back-Modus und verwendet Least Recently Used (LRU) als Ersatzstrategie. Eine Cache-Zeile (en. cache line) ist 64 Byte groß. Der Cache hat eine Gesamtkapazität von 16 KiB. Gehen sie davon aus, dass der Speicher byteweise adressiert ist.

Diese Aufgabe war Teil der Klausur im Sommersemester 2025 (Zweittermin).

Lösung

• Cache-Größe: 16 KiB = $2^{14}$ Byte
• Arbeitsspeicher: 4 GiB = $2^{32}$ Byte
  • somit 32 Bit Adresslänge
• Cache-Zeile: 64 Byte = $2^6$ Byte → 3 Byte je Block bei 2 Wegen
  • somit 2 Bit Byte Offset und 1 Bit Block Offset
• Anzahl der Cache-Zeilen: $2^{14}$ Byte ÷ $2^6$ Byte je Zeile = $2^8$ Zeilen = 256 Zeilen
  • somit 8 Bit Index
• in Summe also 32 - 8 - 2 - 1 = 21 Bit Tag

Lösung

• Write-Back-Cache: kann Geschwindigkeitsunterschiede zwischen Cache und Hauptspeicher abfangen
• Write-Through-Cache: Werte im Hauptspeicher und Cache sind immer auf demselben Stand

Lernziele

In dieser Aufgabe …

• leiten die Studierenden aus wenigen Angaben den Aufbau des Caches ab.
• üben die Studierenden die Zuordnung zwischen Cache-Adressen und Cache-Zeilen.
• wiederholen die Studierenden der verschiedenen Vorteile zweier Schreibverfahren.