計算機組成原理第4章習(xí)題

1、第第4章章 習(xí)題解答習(xí)題解答3. 存儲器的層次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在哪？為什么存儲器的層次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在哪？為什么要分這些層次？計算機如何管理這些層次？要分這些層次？計算機如何管理這些層次？緩存緩存-主存，主存主存，主存-輔存這兩個層次；輔存這兩個層次；緩存緩存-主存解決速度問題；主存主存解決速度問題；主存-輔存解決容量問題；輔存解決容量問題；主存與主存與CACHE之間的信息流動由之間的信息流動由硬件自動完成硬件自動完成；主存；主存與輔存層次的調(diào)度目前廣泛采用虛擬存儲技術(shù)實現(xiàn)，即與輔存層次的調(diào)度目前廣泛采用虛擬存儲技術(shù)實現(xiàn)，即將主存與輔存的一部分通過將主存與輔存的一部分通過軟硬結(jié)合的技術(shù)軟硬結(jié)合的技術(shù)

2、組成虛擬存組成虛擬存儲器，程序員可使用比主存實際物理地址空間大得多的儲器，程序員可使用比主存實際物理地址空間大得多的虛擬地址空間編程，當程序運行時，再由軟、硬件自動虛擬地址空間編程，當程序運行時，再由軟、硬件自動配合完成虛擬地址空間與主存實際物理空間的轉(zhuǎn)換。配合完成虛擬地址空間與主存實際物理空間的轉(zhuǎn)換。這這兩個層次上的調(diào)度或轉(zhuǎn)換操作對于程序員來說是透明的兩個層次上的調(diào)度或轉(zhuǎn)換操作對于程序員來說是透明的。4. 說明存取周期和存取時間的區(qū)別。說明存取周期和存取時間的區(qū)別。存取時間僅為完成一次操作的時間，而存取周存取時間僅為完成一次操作的時間，而存取周期不僅包含操作時間，還包含操作后線路的恢期不僅包

3、含操作時間，還包含操作后線路的恢復(fù)時間。復(fù)時間。存取周期存取周期 = 存取時間存取時間 + 恢復(fù)時間恢復(fù)時間6. 某機字長為某機字長為32位，存儲容量是位，存儲容量是64KB，按字編，按字編址它的尋址范圍是多少？若主存以字節(jié)編址，址它的尋址范圍是多少？若主存以字節(jié)編址，試畫出主存字地址和字節(jié)地址的分配情況。試畫出主存字地址和字節(jié)地址的分配情況。字長字長32位位 32/8=4B 4字節(jié)字節(jié) 容量為容量為64KB時時v按字節(jié)編址，其尋址范圍就是按字節(jié)編址，其尋址范圍就是64K；v按字編址，其尋址范圍為：按字編址，其尋址范圍為：64KB/4B= 16K0 00 01 12 23 34 44 45 5

4、6 67 78 88 89 9101011114 4(16K-1)(16K-1)4 416K-416K-44 416K-316K-34 416K-216K-24 416K-116K-1字節(jié)地址字節(jié)地址 字地址字地址 7. 一個容量為一個容量為16K32位的存儲器，其地址線位的存儲器，其地址線和數(shù)據(jù)線的總和是多少？當選用下列不同規(guī)和數(shù)據(jù)線的總和是多少？當選用下列不同規(guī)格的存儲芯片時，各需要多少片？格的存儲芯片時，各需要多少片？1K4位，位，2K8位，位，4K4位，位，16K1位，位，4K8位，位，8K8位。位。地址線地址線 16K=21414根根數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線 32位位32根根 總和總和14 +

5、32 = 46根根 選擇不同的芯片時，各需要的片數(shù)為：選擇不同的芯片時，各需要的片數(shù)為：v1K4：（：（16K32） / （1K4） = 168 = 128片片v2K8：（：（16K32） / （2K8） = 84 = 32片片v4K4位：位：32； 16K1：32片；片；v 4K8：16片；片； 8K8：=8片片11. 一個一個8K8位的動態(tài)位的動態(tài)RAM芯片，其內(nèi)部結(jié)芯片，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)排列成構(gòu)排列成256256形式，存取周期為形式，存取周期為0.1s。試問采用集中刷新、分散刷新和異步刷新三試問采用集中刷新、分散刷新和異步刷新三種方式的刷新間隔各為多少？種方式的刷新間隔各為多少？采用集中刷新方

6、式刷新間隔為采用集中刷新方式刷新間隔為:2ms，其中刷新，其中刷新死時間為：死時間為：2560.1s=25.6s；采用分散刷新方式刷新間隔為：采用分散刷新方式刷新間隔為：256（0.1s+0.1s）=51.2s，無死時間；，無死時間；采用異步刷新方式刷新間隔為采用異步刷新方式刷新間隔為:2ms，死時間，死時間0.1s；12. 畫出用畫出用10244位的存儲芯片組成一個容量位的存儲芯片組成一個容量為為64K8位的存儲器邏輯框圖。要求將位的存儲器邏輯框圖。要求將64K分成分成4個頁面，每個頁面分個頁面，每個頁面分16組，指出共需多組，指出共需多少片存儲芯片。少片存儲芯片?？偲瑪?shù)總片數(shù) = (64K

7、8位位) / (1K4位位)= 642 = 128確定各級的容量：確定各級的容量：v頁面容量頁面容量 = 總?cè)萘靠側(cè)萘?/ 頁面數(shù)頁面數(shù) = 64K8 / 4 = 16K8位位v組容量組容量 = 頁面容量頁面容量 / 組數(shù)組數(shù) = 16K8位位 / 16 = 1K8位位v組內(nèi)片數(shù)組內(nèi)片數(shù) = 組容量組容量 / 片容量片容量 = 1K8位位 / 1K4位位 = 2地址分配：地址分配： 存儲器邏輯框圖：（存儲器邏輯框圖：（字擴展字擴展） 頁面邏輯框圖：（頁面邏輯框圖：（字擴展字擴展）4:16組邏輯圖如下：（組邏輯圖如下：（位擴展位擴展）v13. 設(shè)有一個設(shè)有一個64K8位的位的RAM芯片，試問該芯

8、片共芯片，試問該芯片共有多少個基本單元電路？欲設(shè)計一種具有上述同樣有多少個基本單元電路？欲設(shè)計一種具有上述同樣多存儲基元的芯片，要求對芯片字長的選擇應(yīng)滿足多存儲基元的芯片，要求對芯片字長的選擇應(yīng)滿足地址線和數(shù)據(jù)線的總和為最小，試確定這種芯片的地址線和數(shù)據(jù)線的總和為最小，試確定這種芯片的地址線和數(shù)據(jù)線，并說明有幾種解答。地址線和數(shù)據(jù)線，并說明有幾種解答。存儲基元總數(shù)存儲基元總數(shù) = 64K8位位 = 512K位位 = 219位；位；設(shè)地址線根數(shù)為設(shè)地址線根數(shù)為a，數(shù)據(jù)線根數(shù)為，數(shù)據(jù)線根數(shù)為b，v片容量為：片容量為：2ab = 219；b = 19a；v若若a = 19，b = 1，總和，總和 1

9、9+1 = 20；v a = 18，b = 2，總和，總和 18+2 = 20；v a = 17，b = 4，總和，總和 17+4 = 21； 這種芯片的引腳分配方案有兩種：地址線這種芯片的引腳分配方案有兩種：地址線 = 19根，數(shù)據(jù)根，數(shù)據(jù)線線 = 1根；或地址線根；或地址線 = 18根，數(shù)據(jù)線根，數(shù)據(jù)線 = 2根根。14. 某某8位微型機地址碼為位微型機地址碼為18位，若使用位，若使用4K4位的位的RAM芯片組成模塊板結(jié)構(gòu)的存儲器，試問：芯片組成模塊板結(jié)構(gòu)的存儲器，試問：（1）該機所允許的最大主存空間是多少？）該機所允許的最大主存空間是多少？（2）若每個模塊板為）若每個模塊板為32K8位，

10、共需幾個模塊板？位，共需幾個模塊板？（3）每個模塊板內(nèi)共有幾片）每個模塊板內(nèi)共有幾片RAM芯片？芯片？（4）共有多少片）共有多少片RAM？（5）CPU如何選擇各模塊板？如何選擇各模塊板？最大主存空間是：最大主存空間是：218 8位位 = 256K8位位 = 256KB模塊板總數(shù)模塊板總數(shù) = 256K8 / 32K8 = 8塊塊板內(nèi)片數(shù)板內(nèi)片數(shù) = 32K8位位 / 4K4位位 = 82 = 16片片總片數(shù)總片數(shù) = 16片片8 = 128片片CPU通過最高通過最高3位地址譯碼輸出選擇模板，次高位地址譯碼輸出選擇模板，次高3位地址譯位地址譯碼輸出選擇芯片碼輸出選擇芯片,低低12位為片內(nèi)地址。位

11、為片內(nèi)地址。15. 設(shè)設(shè)CPU共有共有16根地址線，根地址線，8根數(shù)據(jù)線，并用（低電根數(shù)據(jù)線，并用（低電平有效）作訪存控制信號，作讀寫命令信號（高電平有效）作訪存控制信號，作讀寫命令信號（高電平為讀，低電平為寫）?，F(xiàn)有下列存儲芯片：平為讀，低電平為寫）?，F(xiàn)有下列存儲芯片：ROM（2K8位，位，4K4位，位，8K8位），位），RAM（1K4位，位，2K8位，位，4K8位），及位），及74138譯碼器和其他譯碼器和其他門電路（門電路自定）。門電路（門電路自定）。 從上述規(guī)格中選用合適芯片，畫出從上述規(guī)格中選用合適芯片，畫出CPU和存儲芯片和存儲芯片的連接圖。要求：的連接圖。要求： （1）最小）最小

12、4K地址為系統(tǒng)程序區(qū)，地址為系統(tǒng)程序區(qū)，409616383地址地址范圍為用戶程序區(qū)；范圍為用戶程序區(qū)； （2）指出選用的存儲芯片類型及數(shù)量；）指出選用的存儲芯片類型及數(shù)量； （3）詳細畫出片選邏輯。）詳細畫出片選邏輯。v地址空間分配地址空間分配系統(tǒng)程序區(qū)（系統(tǒng)程序區(qū)（ROM共共4KB）：）：0000H-0FFFH用戶程序區(qū)（用戶程序區(qū)（RAM共共12KB）：）：1000H-3FFFHv確定芯片的數(shù)量及類型確定芯片的數(shù)量及類型ROM：選擇：選擇4K4位芯片位芯片2片，位并聯(lián)片，位并聯(lián)RAM：選擇：選擇4K8位芯片位芯片3片，字串聯(lián)片，字串聯(lián)vRAM1地址范圍為地址范圍為: 1000H-1FFFH

13、vRAM2地址范圍為地址范圍為: 2000H-2FFFHvRAM3地址范圍為地址范圍為: 3000H-3FFFHv分配地址線分配地址線A0A11 對應(yīng)片內(nèi)地址對應(yīng)片內(nèi)地址A12A14 片選信號片選信號A15 對應(yīng)對應(yīng)G2A，G2BMREQ對應(yīng)對應(yīng)G1ROM1RAM1RAM2RAM374138ROM20Y1Y2Y3Y7YA2GB2G1GABCPROG/PDOECSCSCSOE.CPUD0D3D4D7R/WA11A0A15A14A13A12MREQ.PROG/PD+5VROM1RAM1RAM2RAM374138ROM20Y1Y2Y3Y7YA2GB2G1GABCPROG/PDOECSCSCSOE.C

14、PUD0D3D4D7R/WA11A0A15A14A13A12MREQ.PROG/PD+5V17. 寫出寫出1100、1101、1110、1111對應(yīng)的漢明碼對應(yīng)的漢明碼,前前兩位按偶校驗，后兩位奇校驗。兩位按偶校驗，后兩位奇校驗。有效信息均為有效信息均為n=4位，假設(shè)有效信息用位，假設(shè)有效信息用b4b3b2b1表示表示校驗位位數(shù)校驗位位數(shù)k=3位，（位，（2k=n+k+1），為），為c1、c2、c4漢明碼共漢明碼共4+3=7位，即：位，即：c1 c2 b4 c4 b3 b2 b1奇校驗奇校驗vc1= 3 5 7= b4 b3 b1vc2= 3 6 7 =b4 b2 b1vc4= 5 6 7 =

15、b3 b2 b1v當有效信息為當有效信息為1100時，時，c1c2c4=100,漢明碼為漢明碼為1010100。v當有效信息為當有效信息為1101時，時，c1c2c4=011,漢明碼為漢明碼為0111101。偶校驗偶校驗vc1= 3 5 7= b4 b3 b1vc2= 3 6 7 =b4 b2 b1vc4= 5 6 7 =b3 b2 b1v當有效信息為當有效信息為1110時，時，c1c2c4=000,漢明碼為漢明碼為0010110。v當有效信息為當有效信息為1111時，時，c1c2c4=111,漢明碼為漢明碼為1111111。偶校驗偶校驗vc1= 3 5 7= b4 b3 b1vc2= 3 6

16、 7 =b4 b2 b1vc4= 5 6 7 =b3 b2 b1v當有效信息為當有效信息為1100時，時，c1c2c4=011,漢明碼為漢明碼為0111100。v當有效信息為當有效信息為1101時，時，c1c2c4=100,漢明碼為漢明碼為1010101。奇校驗奇校驗vc1= 3 5 7= b4 b3 b1vc2= 3 6 7 =b4 b2 b1vc4= 5 6 7 =b3 b2 b1v當有效信息為當有效信息為1110時，時，c1c2c4=111,漢明碼為漢明碼為1111110。v當有效信息為當有效信息為1111時，時，c1c2c4=000,漢明碼為漢明碼為0010111。18. 已知收到的漢

17、明碼（按配偶原則配置）為已知收到的漢明碼（按配偶原則配置）為1100100、1100111、1100000、1100001，檢查，檢查上述代碼是否出錯？第幾位出錯？上述代碼是否出錯？第幾位出錯？漢明碼格式為：漢明碼格式為：c1 c2 b4 c4 b3 b2 b1P1 =1 3 5 7 =c1 b4 b3 b1P2 =2 3 6 7 =c2 b4 b2 b1P4 =4 5 6 7 =c4 b3 b2 b1如果收到的漢明碼為如果收到的漢明碼為1100100p1p2p4=011，第，第6位（位（b2）出錯，有效信息為：）出錯，有效信息為：0110如果收到的漢明碼為如果收到的漢明碼為1100111p1

18、p2p4=111，第，第7位（位（b1）出錯，有效信息為：）出錯，有效信息為：0110如果收到的漢明碼為如果收到的漢明碼為1100000p1p2p4=110，第，第3位（位（b4）出錯，有效信息為：）出錯，有效信息為：1000如果收到的漢明碼為如果收到的漢明碼為1100001p1p2p4=001，第，第4位（位（c4）出錯，數(shù)據(jù)沒錯，）出錯，數(shù)據(jù)沒錯， 有效信息為：有效信息為：000122. 某機字長某機字長16位，常規(guī)的存儲空間為位，常規(guī)的存儲空間為64K字，若想不改用其他高速的存儲芯片，而字，若想不改用其他高速的存儲芯片，而使訪存速度提高到使訪存速度提高到8倍，可采取什么措施？倍，可采取什

19、么措施？畫圖說明。畫圖說明。采取八體交叉存取技術(shù)。采取八體交叉存取技術(shù)。24.一個一個4體低位交叉的存儲器，假設(shè)存取周期體低位交叉的存儲器，假設(shè)存取周期為為T，CPU每隔每隔1/4存取周期啟動一個存儲體，存取周期啟動一個存儲體，試問依次訪問試問依次訪問64個字需多少個存取周期？個字需多少個存取周期？64/4+(4-1)/4=16.751+(64-1)/4=16.7525. 什么是什么是“程序訪問的局部性程序訪問的局部性”？存儲系統(tǒng)？存儲系統(tǒng)中哪一級采用了程序訪問的局部性原理？中哪一級采用了程序訪問的局部性原理？程序的局部性原理，即程序在一定的時間段內(nèi)通程序的局部性原理，即程序在一定的時間段內(nèi)通

20、常只訪問較小的地址空間常只訪問較小的地址空間, ,包含兩種局部性：包含兩種局部性：v時間：最近被訪問過的程序和數(shù)據(jù)很可能再次被訪問時間：最近被訪問過的程序和數(shù)據(jù)很可能再次被訪問v空間：空間：CPUCPU很可能訪問最近被訪問過的地址單元附近很可能訪問最近被訪問過的地址單元附近的地址單元。的地址單元。存儲系統(tǒng)中存儲系統(tǒng)中Cache主存層次采用了程序訪問的主存層次采用了程序訪問的局部性原理。局部性原理。28. 設(shè)主存容量為設(shè)主存容量為256K字，字，Cache容量為容量為2K字，塊長為字，塊長為4.1）設(shè)計）設(shè)計Cache地址格式，地址格式，Cache中可裝入多少塊中可裝入多少塊數(shù)據(jù)？數(shù)據(jù)？2）在直

21、接映射方式下，設(shè)計主存地址格式。）在直接映射方式下，設(shè)計主存地址格式。 3）在四路組相聯(lián)方式下，設(shè)計主存地址格式。）在四路組相聯(lián)方式下，設(shè)計主存地址格式。4）在全相聯(lián)映射方式下，設(shè)計主存地址格式。）在全相聯(lián)映射方式下，設(shè)計主存地址格式。 5）若存儲字長為）若存儲字長為32位，存儲器按字節(jié)尋址，寫出位，存儲器按字節(jié)尋址，寫出上述三種映射方式下主存的地址格式。上述三種映射方式下主存的地址格式。v按字尋址按字尋址主存容量主存容量256K字字=218字字地址線地址線18位位Cache容量容量 2K字字=211字字地址線地址線11位位塊長為塊長為4 v主存塊數(shù)主存塊數(shù) 256K/4=64K 地址線地址線

22、16位位vCache塊數(shù)塊數(shù) 2K/4=512 地址線地址線9位位Cache塊數(shù)為塊數(shù)為512塊，格式塊，格式直接映射下主存地址格式直接映射下主存地址格式Cache字塊地址字塊地址9字塊內(nèi)地址字塊內(nèi)地址2主存字塊標記主存字塊標記7Cache字塊地址字塊地址9字塊內(nèi)地址字塊內(nèi)地址2在四路組相聯(lián)方式下在四路組相聯(lián)方式下v組內(nèi)塊數(shù)為組內(nèi)塊數(shù)為4 地址線地址線2位位v組數(shù)組數(shù) 512/4=128 地址線地址線7位位全相聯(lián)全相聯(lián)主存字塊標記主存字塊標記9 9組地址組地址7 7字塊內(nèi)地址字塊內(nèi)地址2 2主存字塊標記主存字塊標記16字塊內(nèi)地址字塊內(nèi)地址2 5）若存儲字長為）若存儲字長為32位，存儲器按字節(jié)尋

23、址，寫出位，存儲器按字節(jié)尋址，寫出上述三種映射方式下主存的地址格式。上述三種映射方式下主存的地址格式。塊容量塊容量432/8=16B 地址地址4位位直接映射下主存地址格式直接映射下主存地址格式在四路組相聯(lián)在四路組相聯(lián)全相聯(lián)全相聯(lián)主存字塊標記主存字塊標記7Cache字塊地址字塊地址9字塊內(nèi)地址字塊內(nèi)地址4主存字塊標記主存字塊標記9組地址組地址7字塊內(nèi)地址字塊內(nèi)地址4主存字塊標記主存字塊標記16字塊內(nèi)地址字塊內(nèi)地址44.32、某主機主存容量為、某主機主存容量為4MB，Cache容量為容量為16KB，每字塊有每字塊有8個字，每個字個字，每個字32位，設(shè)計一個四路組組相位，設(shè)計一個四路組組相聯(lián)映射的聯(lián)

24、映射的Cache組織。組織。 1）畫出主存地址字段中各段的位數(shù)；）畫出主存地址字段中各段的位數(shù)； 2）設(shè)）設(shè)Cache的初態(tài)為空，的初態(tài)為空，CPU依次從主存第依次從主存第0, 1, 2，。，。，89號單元讀出號單元讀出90個字（主存一次讀出一個字），并重復(fù)按此個字（主存一次讀出一個字），并重復(fù)按此次序讀次序讀8次，問命中率是多少？次，問命中率是多少？ 3）若）若Cache的速度是主存的的速度是主存的6倍，試問有倍，試問有Cache和無和無Cache相相比，速度約提高多少倍？比，速度約提高多少倍？解：解：1） 字塊長度：字塊長度： Cache塊數(shù)：塊數(shù)： 四路組組：四路組組： Cache組數(shù)：

25、組數(shù)： 主存容量：主存容量：主存字塊標記：主存字塊標記：主存字塊標記主存字塊標記t+rt+r位位1010組地址組地址c-rc-r位位7 7字塊內(nèi)地址字塊內(nèi)地址b b位位5 5832/8=32=25B地址地址5位位16KB/25B=29地址地址9位位2r=4r=229B/22B=27地址地址7位位4MB=222B地址地址22位位22-7-5=10位位2）Cache初態(tài)為空初態(tài)為空 讀第讀第0號單元時，沒有命中，必須訪問主存，號單元時，沒有命中，必須訪問主存，同時將該字所在的主存塊調(diào)入同時將該字所在的主存塊調(diào)入Cache第第0組中的任組中的任一塊內(nèi)，接著讀一塊內(nèi)，接著讀1-7號單元時均命中；號單元

26、時均命中； 同理讀第同理讀第8、16、24、。、。、88號單元時均號單元時均未命中，可見未命中，可見CPU在連續(xù)讀在連續(xù)讀90個字時有個字時有12個未命個未命中；而后中；而后7次循環(huán)讀次循環(huán)讀90個字均命中，命中率為：個字均命中，命中率為：983. 0890128903）設(shè)主存存取周期為）設(shè)主存存取周期為6t，Cache周期為周期為t； 沒有沒有Cache的訪問時間：的訪問時間：6t720 有有Cache的訪問時間：的訪問時間： 6t12+t(720-12) 速度提高倍數(shù)：速度提高倍數(shù)：538. 41)12720(1267206ttt39. 某磁盤存儲器轉(zhuǎn)速某磁盤存儲器轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分，共有分，共有4個記錄個記錄盤面，每毫米盤面，每毫米5道，每道記錄信息道，每道記錄信息12288字節(jié)，字節(jié)，最小磁道直徑為最小磁道直徑為230mm，共有，共有275道，求：道，求： 1）磁盤存儲器