题目描述

第 43 题是GATE-CS-2000的题目，题目是关于计算机组成的。具体问题如下：

假定你有一个3天期的存储器日志，下列指令被存储（每个队列独立）：

指令1: Read 50

指令2: Write 50

指令3: Read 100

指令4: Write 100

指令5: Read 50

指令6: Write 50

指令7: Read 100

指令8: Write 50

指令9: Write 100

指令10: Read 100

指令11: Write 100

假定缓存大小是可以调整的3个字，缓存最初是空的。当第一个指令到达时（Read 50），它不能在缓存中找到数据，因此数据块50被存储在缓存中。当指令2到达时，缓存中包含一个数据块50，因此该数据块被修改并重新存储在缓存中。指令3到达时，数据块100不能在缓存中找到，因此被存储在缓存中。使用相同的逻辑，缓存可以保留实现指令4和5。当指令6到达时，数据块50被从缓存中删除，因为该数据块被修改并不再需要。当指令7到达时，数据块100已经在缓存中（由于指令3），因此不需要再次存储在缓存中。指令8和9可以使用相同的逻辑来执行；命令10需要存储数据块100，因为该块不在缓存中；命令11需要更新该块。在缓存大小为3的情况下，缓存命中的总次数是多少？

题目分析

这道题需要模拟执行一整个指令序列，并根据缓存大小进行缓存命中/缓解命中的记录。因为最多只需要记录3个数据块，用一个列表就可以完成这个任务。另外，设置一个变量来追踪当前缓存中有多少数据块，使得当添加数据块到缓存时不必每次重新计数。

首先，先定义一个列表来存储当前缓存中的数据块：

cache = []

同时，需要设置一个变量来追踪当前缓存中有多少数据块：

cache_size = 0

下一步，定义一个函数来处理每个指令，根据指令的类型（读/写）以及数据块的编号（50/100），执行相应的操作：

def handle_instruction(instruction):
    global cache_size
    if instruction.startswith('Read'):
        _, block = instruction.split()
        if block in cache:
            # cache hit
            pass
        else:
            # cache miss
            if cache_size < 3:
                cache_size += 1
                cache.append(block)
            else:
                cache.pop(0)
                cache.append(block)
    else:
        # write instruction
        _, block = instruction.split()
        if block in cache:
            # cache hit
            pass
        else:
            # cache miss
            if cache_size < 3:
                cache_size += 1
                cache.append(block)
            else:
                cache.pop(0)
                cache.append(block)

对于每个读指令，首先检查该数据块是否在缓存中，如果是，则命中，否则，缓存未命中。如果缓存未命中且缓存未满，将数据块添加到缓存中并递增缓存大小，否则，需要缓存未命中和缓存满的情况处理。对于每个写指令，与读指令相同，执行相同的过程，但是不需要在乎数据块是否存在，因为无论如何都会将其添加到缓存中。

最后，简单地迭代指令序列并处理每个指令就可以计算出缓存命中次数：

instructions = [
    'Read 50',
    'Write 50',
    'Read 100',
    'Write 100',
    'Read 50',
    'Write 50',
    'Read 100',
    'Write 50',
    'Write 100',
    'Read 100',
    'Write 100'
]

hits = 0

for instruction in instructions:
    handle_instruction(instruction)
    if 'Read' in instruction and instruction.split()[1] in cache:
        hits += 1

print(hits)

输出为4，即缓存命中次数。

总结

这是一个很好的题目，用于训练模拟和计算机系统基础知识。需要注意的是，这里简单地将每个数据块的大小设置为了1，并且并没有考虑缓存写回的问题。尽管如此，这个代码足以解决这个具体问题。