組成原理復習試題

3.14設總線的時鐘頻率為8MHz，一個總線周期等于一個時鐘周期。如果一個總線周期中并行傳送16位數(shù)據(jù)，試問總線帶寬是多少？解：一秒有8M個時鐘周期，即總線周期。總線帶寬：8M*16b=128Mbps=16MBps3.15在一個32位的總線系統(tǒng)中，總線的時鐘頻率為66MHz，假設總線最短傳輸周期為4個時鐘周期，試計算總線的最大數(shù)據(jù)傳輸率。若想提高數(shù)據(jù)傳輸率，可以采取什么措施？解：一秒有66M個時鐘周期，又已知最短總線傳輸周期為4個時鐘周期，則一秒最多有66M/4個總線周期?？偩€寬度為32位，4個字節(jié)。最大數(shù)據(jù)傳輸率：（66M/4）*4B=66MBps=528Mbps若想提高數(shù)據(jù)傳輸率，可以：增加總線寬度、提高時鐘頻率3.16異步串行傳送系統(tǒng)中，字符格式為：1個起始位、8個數(shù)據(jù)位、1個校驗位、2個終值位。若要求每秒傳送120個字符，試求傳送的波特率。解：傳送一個字符需要1+8+1+2=12位。又已知一秒傳送120個字符，波特率：120*12=1440bps4.15設CPU共有16根地址線，8根數(shù)據(jù)線，并用MREQ(低電平有效)作為訪存控制信號，R/W作讀/寫命令信號(高電平為讀，低電平為寫)?，F(xiàn)有存儲芯片：ROM（2K*8位，4K*4位，8K*8位），RAM（1K*4位，2K*8位，4K*8位）及74138譯碼器和其他門電路（門電路自定義）。試從上述規(guī)格中選用合適的芯片，畫出CPU和存儲芯片的連接圖。要求如下：(1)最小4K地址為系統(tǒng)程序區(qū)，4096~16383地址范圍為用戶程序區(qū)。(2)指出選用的存儲芯片類型及數(shù)量。(3)詳細畫出片選邏輯。解：（1）地址空間分配圖：

用戶程序區(qū)RAM12K*8系統(tǒng)程序區(qū)ROM4K*8選片：ROM：選擇4K×4位芯片2片，位并聯(lián)

RAM：選擇4K×8位芯片3片，字串聯(lián)(RAM1地址范圍為:1000H-1FFFH,RAM2地址范圍為2000H-2FFFH,RAM3地址范圍為:3000H-3FFFH)另一種方法：ROM選擇2片2K*8的芯片4.16CPU假設同上題，現(xiàn)有8片8K*8位的RAM芯片與CPU相連。用74138譯碼器畫出CPU與存儲芯片的連接圖。寫出每片RAM的地址范圍。如果運行時發(fā)現(xiàn)不論往哪片RAM寫入數(shù)據(jù)，以A000H為起始地址的芯片都有與其相同的數(shù)據(jù)，分析故障原因。根據(jù)(1)的連接圖，若出現(xiàn)地址線A13與CPU斷線，并搭接到高電平上，將會出現(xiàn)什么后果？（2）地址空間分配圖：RAM0:0000H-1FFFHRAM1:2000H-3FFFHRAM2:4000H-5FFFHRAM3:6000H-7FFFHRAM4:8000H-9FFFH

RAM5:A000H-BFFFHRAM6:C000H-DFFFHRAM7:E000H-FFFFH(3)如果運行時發(fā)現(xiàn)不論往哪片RAM寫入數(shù)據(jù)后，以A000H為起始地址的存儲芯片(RAM5)都有與其相同的數(shù)據(jù)，則根本的故障原因為：該存儲芯片的片選輸入端很可能總是處于低電平。假設芯片與譯碼器本身都是好的，可能的情況有：1）該片的CS端與WE端錯連或短路；2）該片的CS端與CPU的MREQ端錯連或短路；3）該片的CS端與地線錯連或短路。4)74138的Y5端始終輸出低電平。(4)如果地址線A13與CPU斷線，并搭接到高電平上，將會出現(xiàn)A13恒為“1”的情況。此時存儲器只能尋址A13=1的地址空間(奇數(shù)片)，A13=0的另一半地址空間（偶數(shù)片）將永遠訪問不到。若對A13=0的地址空間（偶數(shù)片）進行訪問，只能錯誤地訪問到A13=1的對應空間(奇數(shù)片)中去。RAM0,RAM2，RAM4，RAM6四片芯片始終無法輸出。4.28設主存容量256K字，Cache容量2K字，塊長為4.(1)設計Cache地址格式，Cache中可裝入多少數(shù)據(jù)塊。(2)在直接映射方式下，設計主存地址格式。(3)在四路組相聯(lián)映射方式下，設計主存地址格式。(4)在全相聯(lián)映射方式下，設計主存地址格式。(5)若存儲字長為32位，存儲器按照字節(jié)尋址，寫出上述三種映射方式下主存的地址格式。解:（1）Cache2K字，每塊4字，可裝入211/22=29=512塊，則Cache的地址格式（2）直接映射主存256K字，共18位地址。主存的地址格式（3）四路組相聯(lián)映射。每組4塊，Cache共29/4=27組，主存地址格式（4）全相聯(lián)映射主存的地址格式4.29假設CPU執(zhí)行某段程序時，共訪問Cache命中4800次，訪問主存200次，已知Cache的存取周期是30ns，主存的存取周期是150ns，求Cache的命中率以及Cache-主存系統(tǒng)的平均訪問時間和效率，試問該系統(tǒng)的性能提高了多少？解：命中率：

平均訪問時間：

效率：性能提高了倍4.30一個組相聯(lián)映射的Cache由64塊組成，每組包含4塊。主存包含4096塊，每塊由128個字組成，訪存地址為字地址。試問主存和Cache的地址各為幾位？畫出主存的地址格式。解：一塊128個字，訪存地址為字地址，用7位表示塊內(nèi)地址。主存4096塊，共212*27=219字，地址19位。Cahce64塊，共26*27=213字，地址13位。Cahce64塊，每組4塊，共16組。直接映射794四路組相聯(lián)映射

974全相聯(lián)映射

164（5）若一字32位(4B)，訪存地址為字節(jié)，則主存地址20位.其它條件沒變，一塊4字，共16B，塊內(nèi)地址4位4.31設主存容量為1MB，采用直接映射方式的Cache容量為16KB,塊長為4，每字32位。試問主存地址為ABCDEH的存儲單元在Cache中的什么位置？解：一塊4個字，一字32位(4B)，則一塊16B，用4位表示塊內(nèi)地址。主存1MB，地址20位。主存共220/24=216塊。Cahce16KB，地址14位。Cache共214/24=210塊。直接映射方式下主存地址劃分如下：主存地址為ABCDEH寫成二進制為：10101011110011011110最后4位為塊內(nèi)地址，1110B=EH中間10位是其在Cache中的字塊地址，1111001101=3CDHABCDEH內(nèi)存單元在Cache中的3CDH塊，塊內(nèi)地址為EH。4.32設某機主存容量為4MB，Cache容量為16KB，每字塊有8個字，每字32位，設計一個四路組相聯(lián)映象（即Cache每組內(nèi)共有4個字塊）的Cache組織，要求：

（1）畫出主存地址字段中各段的位數(shù)；

（2）設Cache的初態(tài)為空，CPU依次從主存第0、1、2……89號單元讀出90個字（主存一次讀出一個字），并重復按此次序讀8次，問命中率是多少？

（3）若Cache的速度是主存的6倍，試問有Cache和無Cache相比，速度提高多少倍？

解：（1）一塊8個字，一字32位（4B），則一塊32B，用5位表示塊內(nèi)地址。主存4MB，地址22位。主存共222/25=217塊。Cache16KB，地址14位。Cache共214/25=29塊。四路組相連，一組4塊，所以Cache共29/4=27組。所以主存地址劃分如下：（2）由于每塊有8個字，而且Cache初始狀態(tài)為空，因此CPU讀第0號單元時，未命中，必須訪問主存，同時將該字所在的主存塊調入Cache的第0組中的任意一塊，接著CPU讀1~7號內(nèi)存單元時均命中。同理，CPU讀第8、16、24、32、40、48、56、64、72、80、88號單元時均未命中?？梢奀PU在連續(xù)讀90個字中，共有12次未命中。而后7次循環(huán)讀90個字全部命中，命中率為：（3）設Cache的訪問周期為t，則主存的訪問周期為6t，則有Cache和無Cache相比，速度提高的倍數(shù)為：4.38磁盤組有6片磁盤，最外兩側盤面可以記錄，存儲區(qū)域內(nèi)徑22cm，外徑33cm，道密度為40道/cm，內(nèi)層密度400位/cm，轉速3600轉/分。（1）共有存儲面可用？（2）共有多少柱面？（3）盤組總存儲容量是多少？（4）數(shù)據(jù)傳輸率是多少？12個存儲面可用（2）柱面?zhèn)€數(shù)：((33-22)/2)*40=220（3）盤組總容量：π*22cm*400b/cm*220*12=72948480b=9118560B=8.7MB（4）數(shù)據(jù)傳輸率：每道容量：π*22*400=27632b=3.8KB每分鐘60轉，一轉讀取一個磁道信息，所以數(shù)據(jù)傳輸率為：解：（1）每道容量*60=27632*60=1657920bps4.39某磁盤存儲器轉速3000轉/分，共有4個記錄盤面，每毫米5道，每道記錄信息12288字節(jié)，最小磁道直徑230mm，共有275道，求：（1）磁盤存儲器的存儲容量。（2）最高位密度（最小磁道的位密度）和最低位密度。（3）磁盤數(shù)據(jù)傳輸率。（4）平均等待時間。容量：解:(1)12288B*275*4=13516800B=13200KB=12.89MB(2)最高位密度：12288*8b/(π*230mm)=136b/mm

最低位密度：(3)數(shù)據(jù)傳輸率：50rps*12288B=614400Bps=4915200bps(4)平均等待時間：4.41設有效信息為110，試用生成多項式G(x)=11011將其變成CRC碼。4.42有一個（7,4）碼，生成多項式G(x)=x3+x+1，寫出代碼1001的CRC碼。解：有效信息M(x)=1001=x3+1(n=4)G(x)=

x3+x+1=1011由k+1=4，得k=3將有效信息左移3位后再被G(x)模2除，即M(x)*x