計(jì)算機(jī)組成原理習(xí)題課1

1、1、主存貯器和CPU之間增加cache的目的是（ ）A、 解決CPU和主存之間的速度匹配問題B、 擴(kuò)大主存貯器容量C、 擴(kuò)大CPU中通用寄存器的數(shù)量D、 既擴(kuò)大主存貯器容量，又?jǐn)U大CPU中通用寄存器的數(shù)量2、若一臺(tái)計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)為4個(gè)字節(jié)，則表明該機(jī)器（ ）A、能處理的數(shù)值最大為4位十進(jìn)制數(shù)B、能處理的數(shù)值最多由4位二進(jìn)制數(shù)組成C、在CPU中，能夠作為一個(gè)整體加以處理的二進(jìn)制代碼為32位D、在CPU中，運(yùn)算結(jié)果最大為2的32次方3、求110101101的海明校驗(yàn)編碼。4、 某機(jī)器中，已知道有一個(gè)地址空間為0000H1FFFH的ROM區(qū)域，現(xiàn)在再用RAM芯片(8K4)形成一個(gè)16K8的RAM區(qū)域，

2、起始地址為2000H，假設(shè)RAM芯片有CS和WE信號(hào)控制端。CPU地址總線為A15A0，數(shù)據(jù)總線為D7D0，控制信號(hào)為R/ (讀/寫)，MREQ(當(dāng)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀或?qū)懖僮鲿r(shí)，該信號(hào)指示地址總線上的地址是有效的)。要求：（1）滿足已知條件的存儲(chǔ)器，畫出地址譯碼方案。（2）畫出ROM與RAM同CPU連接圖。5、（10分）已知某8位機(jī)的主存采用半導(dǎo)體存貯器，地址碼為18位，若使用4K4位SRAM芯片組成該機(jī)所允許的最大主存空間，并選用模塊板結(jié)構(gòu)形式。問：（1）若每個(gè)模板為32K8位，共需幾個(gè)模塊板?（2）每個(gè)模塊內(nèi)共有多少片RAM芯片?（3）主存共需多少RAM芯片？CPU如何選擇模塊板？解：（1）由于

3、主存地址碼給定18位，所以最大空間為218=256K，主存的最大容量為256K?，F(xiàn)在每個(gè)模塊板的存貯容量為32KB，所以主存共需256KB/32KB=8塊板。（2）每個(gè)模塊板的存貯容量為32KB，現(xiàn)用4K4位的SRAM 芯片。每塊板采用位并聯(lián)與地址串聯(lián)相結(jié)合的方式：即用2片SRAM芯片拼成4K8位（共8組），用地址碼的低12位（A0 A11）直接接到芯片地址輸入端，然后用地址碼的高3位（A14 A12）通過 3：8 譯碼器輸出分別接到8組芯片的片選端。共 82=16個(gè)S RAM （3）根據(jù)前面所得，共有8個(gè)模板，每個(gè)模板上有16片芯片，故主存共需816=128片芯片（SRAM）。CPU選擇各模

4、塊板的方法是：各模塊板均用地址碼A0 A14譯碼，而各模塊的選擇用地址碼最高三位A17，A16，A15通過3：8譯碼器輸出進(jìn)行選擇。6、（10分）用512K*16位的SRAM存儲(chǔ)器芯片組成一個(gè)2M*32的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，試問： 1）數(shù)據(jù)寄存器多少位？ 2）地址寄存器多少位？ 3）共需要多少個(gè)這樣的器件？4）畫出此存儲(chǔ)器的組成框圖.解：1） 數(shù)據(jù)寄存器32位2） 地址寄存器21位3） 共需要8片4） 參考課本例題“字位同時(shí)擴(kuò)展”圖7、（10分）某機(jī)中，已知配有一個(gè)地址空間為0000H3FFFH的ROM區(qū)域，現(xiàn)在再用RAM芯片8K8形成16K8的RAM區(qū)域，起始地址為8000H,假設(shè)RAM芯片有 C

5、S和WE信號(hào)控制端,CPU的地址總線為A15A0,數(shù)據(jù)總線D7D0,控制信號(hào)為 R/ W, MREQ,.要求:(1)畫出地址譯碼方案(2)將RAM和ROM用CPU連接8、（9分）用定量分析方法證明交叉存儲(chǔ)器帶寬大于順序存儲(chǔ)器帶寬。4模塊交叉存儲(chǔ)器，連續(xù)讀取m 個(gè)字所需的時(shí)間為t1=T+(m-1)而順序方式存儲(chǔ)器連續(xù)讀取m個(gè)字所需時(shí)間為t2=mT可見，交叉存儲(chǔ)器的帶寬確實(shí)大大提高了9、（10分）某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)存儲(chǔ)器由 cache和主存構(gòu)成，cache的存取周期為45納秒，主存的存取周期為200納秒。已知在一段給定的時(shí)間內(nèi)，CPU共訪問內(nèi)存4500次，其中340次訪問主存。問：（1） Cache

6、的命中率是多少？（2） CPU訪問內(nèi)存的平均時(shí)間是多少納秒？（3） Cache-主存系統(tǒng)的效率是多少？ 解： 命中率 H = Nc/（Nc+Nm） = （4500-340）/4500=92.4%（4分） CPU訪問內(nèi)存的平均時(shí)間t=45*0.924+200*（1-0.924）=50.78ns （7分）Cache-主存系統(tǒng)的效率e=45/50.78=88.6% （10分）10、（10分）某磁盤存儲(chǔ)器的轉(zhuǎn)速為n轉(zhuǎn)/分，共有4個(gè)記錄盤面，每道記錄信息為m字節(jié)，共256道，問：磁盤存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量是多少？磁盤數(shù)據(jù)傳輸率是多少？解：（1）磁盤存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量256*4*m=1024m（字節(jié)） （5分）（

7、2）數(shù)據(jù)傳輸率=轉(zhuǎn)速*每道容量=n/60*m=nm/60(字節(jié)/秒) （10分）11、磁盤組有片磁盤，每片有兩個(gè)記錄面，最上最下兩個(gè)面不用。存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)徑cm，外徑cm，道密度為道cm，內(nèi)層位密度位cm，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)分。問：(1) 共有多少柱面？（2）組總存儲(chǔ)容量是多少？（3）數(shù)據(jù)傳輸率是多少?如果某文件長(zhǎng)度超過一個(gè)磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個(gè)存儲(chǔ)面上，還是記錄在同一個(gè)柱面上？為什么？某磁盤存儲(chǔ)器的轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，共有4個(gè)記錄面，每毫米5道，每道記錄信息為12288B,最小磁道直徑為230mm,共有275道.問：(1) 磁盤存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量是多少？(2) 最大位密度，最小位密度是多少？(3)

8、磁盤數(shù)據(jù)傳輸率是多少？(4) 平均等待時(shí)間是多少？(5) 給出一個(gè)磁盤地址格式方案。解：（1）每道記錄信息容量 = 12288字節(jié) 每個(gè)記錄面信息容量 = 27512288字節(jié) 共有4個(gè)記錄面，所以磁盤存儲(chǔ)器總?cè)萘繛?427512288字節(jié) = 13516800字節(jié) （2）最高位密度D1按最小磁道半徑R1計(jì)算（R1 = 115mm）: D1 = 12288字節(jié)/2R1= 17字節(jié)/mm 最低位密度D2按最大磁道半徑R2計(jì)算 R2 = R1 + (275/5) = 115 + 55 = 170mm D2 = 12288字節(jié)/2R2 = 11.5字節(jié)/mm （3）磁盤數(shù)據(jù)傳輸率 r = 3000/

9、60 = 50周/秒 N = 12288字節(jié)（每道信息容量）C = rN = 5012288 = 614400字節(jié)/秒 （4）平均等待時(shí)間 = 1/2r = 1/250 = 1/100秒 = 10毫秒 （5）本地磁盤存儲(chǔ)器假設(shè)只有一臺(tái)，所以可不考慮臺(tái)號(hào)地址。有4個(gè)記錄面，每個(gè)記錄面有275個(gè)磁道。假設(shè)每個(gè)扇區(qū)記錄1024個(gè)字節(jié)，則需要12288字節(jié)/1024字節(jié) = 12個(gè)扇區(qū)。由此可得如下地址格式： 14 6 5 4 3 0 柱面（磁道）號(hào) 盤面（磁頭）號(hào) 扇 區(qū) 號(hào)12、假設(shè)主存只有a、b、c三個(gè)頁(yè)框，組成a進(jìn)c出的FIFO隊(duì)列進(jìn)程，訪問頁(yè)面的序列是0，1，2，4，2，3，0，2，1，3，

10、2號(hào)。若采用 （1）FIFO算法；（2）FIFO+LRU算法，用列表法求兩種替換策略的命中率。解：求解表格如下所示。FIFO算法只是依序?qū)㈨?yè)面在隊(duì)列中推進(jìn)，先進(jìn)先出，最先進(jìn)入隊(duì)列的頁(yè)面由C頁(yè)框推出（被替換掉）。從表中看出命中兩次，故命中率為18.2%。當(dāng)FIFO算法結(jié)合LRU算法時(shí)，當(dāng)命中后不再保持隊(duì)列不變，而是將這個(gè)命中的頁(yè)面移到a頁(yè)框.從表中看出命中3次，從而使命中率提高到27.3%。頁(yè)面訪問序列 0 1 2 42 3 02 1 32命中率FIFO算法 a 0 1 2 44 3 02 1 332/11=18.2% b 0 1 22 4 30 2 11 c 0 11 2 43 0 22命中命中FIFO算法 +LRU算法 a 0 1 2 42 3 02 1 323/11=27.3% b 0 1 24 2 30 2 13 c 0 11 4 23 0 21命中命中命中13、計(jì)算機(jī)的三級(jí)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)是如何構(gòu)成的？試分析計(jì)算機(jī)采用這種結(jié)構(gòu)的原因？解：目前計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)是三級(jí)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)，它是指高速緩沖存儲(chǔ)器（cache）、主存儲(chǔ)器和輔助存儲(chǔ)器。（