四路组相联映射Cache组织方式设计与访问命中率分析

每个字块占32位，每块8个字，所以每块大小为328=256位=32字节。Cache容量为16KB，所以共有161024/32=512个字块。每个组包含4个字块，所以共有512/4=128个组。因为是四路组相联映射，所以每个组中有4个Cache行。所以，主存地址字段中应该分为3个部分：组索引（7位）、块偏移（5位）、标记（14位）。
CPU从主存中读取100个字，每个字占32位，所以总共需要访问100*4=400个字节。由于每个字块大小为32字节，所以共需要访问400/32=12.5个字块，即13个字块。根据四路组相联映射的规则，每个组中有4个Cache行，所以共有128/4=32个组。因此，组索引需要7位，可以表示2^7=128个组。块偏移需要5位，可以表示2^5=32个字节。标记需要14位，可以表示2^14=16384个标记。

首先，CPU从主存的第0号单元开始读取，这个字块的主存地址为0x00000000，组索引为0，块偏移为0，标记为0x0000。由于Cache的初态为空，所以这个字块不在Cache中，需要从主存中读取，将其存入Cache中。此时，Cache中第0个组的第0个Cache行被占用，标记为0x0000，组索引为0，块偏移为0~31的字节被存储在Cache行中。

接下来，CPU继续从主存中读取下一个字块，主存地址为0x00000020，组索引为0，块偏移为32，标记为0x0000。由于Cache中已经有了组索引为0的Cache行，所以需要在这个组中寻找标记为0x0000的Cache行。在这个组中，第0个Cache行的标记为0x0000，因此可以将主存中的数据存入这个Cache行中，命中。这时，Cache中第0个组的第0个Cache行中存储的字节变为了0x00000020~0x0000003F。

依此类推，CPU继续读取下一个字块，主存地址为0x00000040，组索引为1，块偏移为0，标记为0x0000。由于Cache中没有组索引为1的Cache行，需要从主存中读取，存入Cache中。此时，Cache中第1个组的第0个Cache行被占用，标记为0x0000，组索引为1，块偏移为0~31的字节被存储在Cache行中。

依此类推，CPU继续读取下一个字块，主存地址为0x00000060，组索引为1，块偏移为32，标记为0x0000。由于Cache中已经有了组索引为1的Cache行，所以需要在这个组中寻找标记为0x0000的Cache行。在这个组中，第0个Cache行的标记为0x0000，因此可以将主存中的数据存入这个Cache行中，命中。这时，Cache中第1个组的第0个Cache行中存储的字节变为了0x00000060~0x0000007F。

依此类推，CPU继续读取下一个字块，主存地址为0x00000080，组索引为2，块偏移为0，标记为0x0000。由于Cache中没有组索引为2的Cache行，需要从主存中读取，存入Cache中。此时，Cache中第2个组的第0个Cache行被占用，标记为0x0000，组索引为2，块偏移为0~31的字节被存储在Cache行中。

依此类推，CPU继续读取下一个字块，主存地址为0x000000A0，组索引为2，块偏移为32，标记为0x0000。由于Cache中已经有了组索引为2的Cache行，所以需要在这个组中寻找标记为0x0000的Cache行。在这个组中，第0个Cache行的标记为0x0000，因此可以将主存中的数据存入这个Cache行中，命中。这时，Cache中第2个组的第0个Cache行中存储的字节变为了0x000000A0~0x000000BF。

依此类推，CPU继续读取下一个字块，主存地址为0x000000C0，组索引为3，块偏移为0，标记为0x0000。由于Cache中没有组索引为3的Cache行，需要从主存中读取，存入Cache中。此时，Cache中第3个组的第0个Cache行被占用，标记为0x0000，组索引为3，块偏移为0~31的字节被存储在Cache行中。

依此类推，CPU继续读取下一个字块，主存地址为0x000000E0，组索引为3，块偏移为32，标记为0x0000。由于Cache中已经有了组索引为3的Cache行，所以需要在这个组中寻找标记为0x0000的Cache行。在这个组中，第0个Cache行的标记为0x0000，因此可以将主存中的数据存入这个Cache行中，命中。这时，Cache中第3个组的第0个Cache行中存储的字节变为了0x000000E0~0x000000FF。

最后，CPU再次读取主存中的第0号字块，主存地址为0x00000000，组索引为0，块偏移为0，标记为0x0000。由于Cache中已经有了组索引为0的Cache行，并且标记也为0x0000，所以可以直接从Cache中读取，命中。这时，Cache中第0个组的第0个Cache行中存储的字节为0x00000000~0x0000001F。

综上所述，存储访问的命中率为7/13=53.8%。

存储系统访问加速比=存储系统访问时间/Cache访问时间。假设主存访问时间为t1，Cache访问时间为t2，则存储系统访问时间为t113（共访问了13个字块），Cache访问时间为t213（共访问了13个字块）。因为Cache的速度是主存速度的6倍，所以t2=t1/6。代入公式得到存储系统访问加速比为13/6=2.17。