計算機(jī)組成原理第3章習(xí)題參考答案之歐陽文創(chuàng)編初中教育

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歐陽文創(chuàng)編

歐陽文創(chuàng)編第3章習(xí)題參考謎底

時間：2023.03.12創(chuàng)作：歐陽文

1、設(shè)有一個具有20位地址和32位字長的存儲器，問

(1)該存儲器能存儲幾多字節(jié)的信息？

(2)假如存儲器由512K×8位SRAM芯片組成，需要幾多片？

(3)需要幾多位地址作芯片選擇？

解：

(1)該存儲器能存儲：字節(jié)4M8

32220=?(2)需要片88

23228512322192023=??=??K(3)用512K8位的芯片構(gòu)成字長為32位的存儲器，則需要每4片為一組進(jìn)行字長的位數(shù)擴(kuò)展，然后再由2組進(jìn)行存儲器容量的擴(kuò)展。所以只需一位最高位地址進(jìn)行芯片選擇。

2、已知某64位機(jī)主存實(shí)行半導(dǎo)體存儲器，其地址碼為26位，若使用4M×8位的DRAM芯片組成該機(jī)所允許的最年夜主存空間，并選用內(nèi)存條結(jié)構(gòu)形式，問；

(1)若每個內(nèi)存條為16M×64位，共需幾個內(nèi)存條?

(2)每個內(nèi)存條內(nèi)共有幾多DRAM芯片?

(3)主存共需幾多DRAM芯片?CPU如何選擇各內(nèi)存條?解：

(1)共需條464

1664226=??M內(nèi)存條

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歐陽文創(chuàng)編(2)每個內(nèi)存條內(nèi)共有32846416=??MM個芯片(3)主存共需幾多1288464648464226=??=??MMM個RAM芯片，共有4

個內(nèi)存條，故CPU選擇內(nèi)存條用最高兩位地址A24和A25通過2：4譯碼器實(shí)現(xiàn)；其余的24根地址線用于內(nèi)存條內(nèi)部單位的選擇。

3、用16K×8位的DRAM芯片構(gòu)成64K×32位存儲器，要求：

(1)畫出該存儲器的組成規(guī)律框圖。

(2)設(shè)存儲器讀/寫周期為0.5μS，CPU在1μS內(nèi)至少要訪問一次。試問實(shí)行哪種刷新方法比較合理?兩次刷新的最年夜時間間隔是幾多?對全部存儲單位刷新一遍所需的實(shí)際刷新時間是幾多?

解：

(1)用16K×8位的DRAM芯片構(gòu)成64K×32位存儲器，需要用16448

163264=?=??KK個芯片，其中每4片為一組構(gòu)成16K×32位——進(jìn)行字長位數(shù)擴(kuò)展(一組內(nèi)的4個芯片只有數(shù)據(jù)信號線不互連——辨別接D0D7、D8D15、D16D23和D24D31，其余同名引腳互連)，需要低14位地址(A0A13)作為模塊內(nèi)各個芯片的內(nèi)部單位地址——分紅行、列地址兩次由A0A6引腳輸入；然后再由4組進(jìn)行存儲器容量擴(kuò)展，用高兩位地址A14、A15通過2：4譯碼器實(shí)現(xiàn)4組中選擇一組。畫出規(guī)律框圖如下。

(2)設(shè)刷新周期為2ms，并設(shè)16K

8位的DRAM結(jié)構(gòu)是

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歐陽文創(chuàng)編1281288存儲陣列，則對全部單位全部刷新一遍需要128次(每次刷新一行，共128行)

若實(shí)行集中式刷新，則每2ms中的最終1280.5s=64s

為集中刷新時間，不克不及進(jìn)行正常讀寫，即存在64

s的死時間

若實(shí)行分別式刷新，則每1s只能訪問一次主存，而題目要求CPU在1μS內(nèi)至少要訪問一次，也就是說訪問主存的時間間隔越短越好，故此方法也不是最適合的

比較適合實(shí)行異步式刷新：實(shí)行異步刷新方法，則兩次刷新操縱的最年夜時間間隔為smsμ625.151282=，可取15.5s；對全部存儲單位刷新一遍所需

的實(shí)際刷新時間為：15.5s128=1.984ms；實(shí)行這種方法，每15.5s中有0.5s用于刷新，其余的時間用于訪存(年夜部分時間中1s可以訪問兩次內(nèi)存)。

4、有一個1024K×32位的存儲器，由128K×8位的DRAM芯片構(gòu)成。問：

(1)總共需要幾多DRAM芯片?

(2)設(shè)計此存儲體組成框圖。

(3)實(shí)行異步刷新方法，如單位刷新間隔不超出8ms，則刷新信號周期是幾多?

解：

(1)需要32488

128321024=?=??KK片，每4片為一組，共需8組

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歐陽文創(chuàng)編(2)設(shè)計此存儲體組成框圖如下所示。

(3)設(shè)該128K8位的DRAM芯片的存儲陣列為5122568

結(jié)構(gòu)，則假如選擇一個行地址進(jìn)行刷新，刷新地址為A0

A8，那么該行上的2048個存儲元同時進(jìn)行刷新，要求單位刷新間隔不超出8ms，即要在8ms內(nèi)進(jìn)行512次刷新操縱。實(shí)行異步刷新方法時需要每隔smsμ625.15512

8=進(jìn)行一次，可取刷新信號周期為15.5s。

5、要求用256K×l6位SRAM芯片設(shè)計1024K×32位的存儲器。SRAM芯片有兩個掌握端：當(dāng)CS有效時，該片選中。當(dāng)W/R＝1時執(zhí)行讀操縱，當(dāng)W/R=0時執(zhí)行寫操縱。

解：

片82416

256321024=?=??KK，共需8片，分為4組，每組2片即所設(shè)計的存儲器單位數(shù)為1M，字長為32，故地址長度為20位（A19~A0），所用芯片存儲單位數(shù)為256K，字長為16位，故占用的地址長度為18位（A17~A0）。由此可用字長位數(shù)擴(kuò)展與字單位數(shù)擴(kuò)展相結(jié)合的方法組成組成整個存儲器

字長位數(shù)擴(kuò)展：同一組中2個芯片的數(shù)據(jù)線，一個與數(shù)據(jù)總線的D15~D0相連，一個與D31~D16相連；其余信號線公用(地址線、片選信號、讀寫信號同名引腳互連)

字單位數(shù)擴(kuò)展：4組RAM芯片，使用一片2:4譯碼器，各組除片選信號外，其余信號線公用。其存儲器結(jié)構(gòu)如圖所示

6、用32K×8位的E2PROM芯片組成128K×16位的只讀存儲器，

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歐陽文創(chuàng)編試問：

(1)數(shù)據(jù)寄存器幾多位?

(2)地址寄存器幾多位?

(3)共需幾多個E2PROM芯片?

(4)畫出此存儲器組成框圖。

解：(1)系統(tǒng)16位數(shù)據(jù)，所以數(shù)據(jù)寄存器16位

(2)系統(tǒng)地址128K＝217，所以地址寄存器17位

(3)共需片8248

3216128=?=??KK，分為4組，每組2片(4)組成框圖如下

7．某機(jī)器中，已知配有一個地址空間為0000H3FFFH的ROM區(qū)域。現(xiàn)在再用一個RAM芯片(8K×8)形成40K×l6位的RAM區(qū)域，起始地為6000H。假設(shè)RAM芯片有CS和WE信號掌握端。CPU的地址總線為A15

A0，數(shù)據(jù)總線為D15D0，掌握信號為WR/(讀/寫)，MREQ(訪存)，要求：

(1)畫出地址譯碼方案。

(2)將ROM與RAM同CPU連接。

解：

(1)由于RAM芯片的容量是8K×8，要構(gòu)成40K×16的RAM區(qū)域，共需要

片10258

81640=?=??KK，分為5組，每組2片；8K=213，故低位地址為13位：A12~A0

每組的2片位并聯(lián)，進(jìn)行字長的位擴(kuò)展

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有5組RAM芯片，故用于組間選擇的譯碼器使用3:8譯碼器，用高3位地址A15~A13作譯碼器的選擇輸入信號地址分派狀況：

各芯片組

各組地址區(qū)間

A15A14A13138的有效輸出iYROM

0000H3FFFH

0Y

011Y

0102Y

RAM16000H7FFFH0113YRAM28000H9FFFH1004YRAM3A000HBFFF

H1015Y

RAM4C000HDFFF

H1106YRAM5

E000HFFFFH

1

1

17Y

注：RAM1RAM5各由2片8K8芯片組成，進(jìn)行字長位擴(kuò)展各芯片組內(nèi)部的單位地址是A12~A0由全0到全1

(2)ROM、RAM與CPU的連接如圖：

8、設(shè)存儲器容量為64M，字長為64位，模塊數(shù)m=8，辨別用挨次和交叉方法進(jìn)行組織。存儲周期T＝100ns，數(shù)據(jù)總線寬度為64位，總線傳送周期，=50ns。求：挨次存儲器和交

叉存儲器的帶寬各是幾多?解：

挨次存儲器和交叉存儲器連續(xù)讀出m=8個字的信息總量都是：

q=64位×8=512位

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歐陽文創(chuàng)編挨次存儲器和交叉存儲器連續(xù)讀出8個字所需的時間辨別是：

t1=mT=8×100ns=8×107s

t2=T+(m1)τ=100ns+7×50ns=450ns

=4.5×107s

挨次存儲器和交叉存儲器的帶寬辨別是：

W1=q/t1=512/(8×107)=64×107[位/s]

W2=q/t2=512/(4.5×107)=113.8×107[位/s]

9、CPU執(zhí)行一段法度時，cache完成存取的次數(shù)為2420次，主存完成存取的次數(shù)為80次，已知cache存儲周期為40ns，主存存儲周期為240ns，求cache／主存系統(tǒng)的效率和平均訪問時間。

解：cache的命中率：

主存慢于Cache的倍率：

Cache/主存系統(tǒng)的效率：

平均訪問時間：

10、已知cache存儲周期40ns，主存存儲周期200ns，cache/主存系統(tǒng)平均訪問時間為50ns，求cache的命中率是幾多?解：已知cache／主存系統(tǒng)平均訪問時間ta=50ns

由于mcaththt)1(-+*=

所以有%75.9340

20230200=--=--=cmamtttth11、某計算機(jī)實(shí)行四體交叉存儲器，今執(zhí)行一段小循環(huán)法度，此法度放在存儲器的連續(xù)地址單位中，假設(shè)每條指令的執(zhí)行

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時間相等，并且不需要到存儲器存取數(shù)據(jù)，請問在下面兩種狀況中（執(zhí)行的指令數(shù)相等），法度運(yùn)行的時間是否相等。

(1)循環(huán)法度由6條指令組成，重復(fù)執(zhí)行80次。

(2)循環(huán)法度由8條指令組成，重復(fù)執(zhí)行60次。

解：設(shè)取指周期為T，總線傳送周期為τ，每條指令的執(zhí)行時間相等，并設(shè)為t0，存儲器實(shí)行四體交叉存儲器，且法度寄存在連續(xù)的存儲單位中，故取指令操縱實(shí)行流水線存取方法，兩種狀況法度運(yùn)行的總的時間辨別為：

(1)t=(T+5τ+6t0)*80=80T+400τ+480t0

(2)t=(T+7τ+8t0)*60=60T+420τ+480t0

所以不相等

12、一個由主存和Cache組成的二級存儲系統(tǒng)，參數(shù)界說如下：Ta為系統(tǒng)平均存取時間，T1為Cache的存取時間，T2為主存的存取時間，H為Cache命中率，請寫出Ta與T1、T2、H參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系式。

解：

13、一個組相聯(lián)cache由64個行組成，每組4行。主存儲器包含4K個塊，每塊128個字。請示意內(nèi)存地址的格式。解：

主存4K個塊，每塊128個字，共有4K128=219個字，故主存的地址共19位；

共4K個塊，故塊地址為12位；每塊128個字，故塊內(nèi)的字

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歐陽文創(chuàng)編地址為7位

Cache有64行，每組4行，共16組，故組號4位，組內(nèi)頁號2位

組相聯(lián)方法是組間直接映射，組內(nèi)全相聯(lián)映射方法；

所以主存的塊地址被分為兩部分：低4位為在cache中的組號，高8位為標(biāo)識表記標(biāo)幟字段，即19位內(nèi)存地址的格式如下：

14、有一個處理機(jī)，內(nèi)存容量1MB，字長1B，塊年夜小16B，cache容量64KB，若cache實(shí)行直接映射式，請給出2個不合標(biāo)識表記標(biāo)幟的內(nèi)存地址，它們映射到同一個cache行。解：

Cache共有個行1221664=BKB，行號為12位

實(shí)行直接映射方法，所以cache的行號i與主存的塊號j之間的關(guān)系為：

mjimod=，m為cache的總行數(shù)

20位的內(nèi)存地址格式如下：

4位12位4位兩個映射到同一個cache行的內(nèi)存地址滿意的條件是：12位的行號相同，而4位的標(biāo)識表記標(biāo)幟不合即可，例如下面的兩個內(nèi)存地址就滿意要求：

00000000000000000000=00000H與

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歐陽文創(chuàng)編00010000000000000000=10000H

15、假設(shè)主存容量16M32位，cache容量64K32位，主存與cache之間以每塊432位年夜小傳送數(shù)據(jù)，請確定直接映射方法的有關(guān)參數(shù)，并畫出主存地址格式。

解：

由已知條件可知Cache共有

個行位位1423243264=??K，行號為14位主存共有個塊位位2223243216=??M，塊地址為22位，由行號和標(biāo)識表記