計(jì)算機(jī)組成原理 習(xí)題

1、計(jì)算機(jī)組成原理第四章 習(xí)題,姓 名：楊慧晶 單 位：軟件學(xué)院 Email：,.,4. 說(shuō)明存取周期和存取時(shí)間的區(qū)別。 解：存取周期和存取時(shí)間的主要區(qū)別是：存取時(shí)間僅為完成一次操作的時(shí)間，而存取周期不僅包含操作時(shí)間，還包含操作后線(xiàn)路的恢復(fù)時(shí)間。即： 存取周期 = 存取時(shí)間 + 恢復(fù)時(shí)間 5. 什么是存儲(chǔ)器的帶寬？若存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)總線(xiàn)寬度為32位，存取周期為200ns，則存儲(chǔ)器的帶寬是多少？ 解：存儲(chǔ)器的帶寬指單位時(shí)間內(nèi)從存儲(chǔ)器進(jìn)出信息的最大數(shù)量。 存儲(chǔ)器帶寬 = 1/200ns X 32位= 160M位/秒 = 20MB/S = 5M字/秒,.,6. 某機(jī)字長(zhǎng)為32位，其存儲(chǔ)容量是64KB，按字編

2、址它的尋址范圍是多少？若主存以字節(jié)編址，試畫(huà)出主存字地址和字節(jié)地址的分配情況。 解：存儲(chǔ)容量是64KB時(shí)，按字節(jié)編址的尋址范圍就是64KB，則： 按字尋址范圍 = 64KX8 / 32=16K字 按字節(jié)編址時(shí)的主存地址分配圖如下：,0,1,2,3,6,5,4,65534,65532,7,65535,65533,字地址 HB 字節(jié)地址LB,0 4 8 65528 65532,.,7. 一個(gè)容量為16KX32位的存儲(chǔ)器，其地址線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)的總和是多少？當(dāng)選用下列不同規(guī)格的存儲(chǔ)芯片時(shí)，各需要多少片？ 1KX4位，2KX8位，4KX4位，16KX1位，4KX8位，8KX8位 解：地址線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)的總和 =

3、 14 + 32 = 46根； 各需要的片數(shù)為： 1KX4：16KX32 / 1KX4 = 16X8 = 128片 2KX8：16KX32 / 2KX8 = 8X4 = 32片 4KX4：16KX32 / 4KX4 = 4X8 = 32片 16KX1：16KX32 / 16KX1 = 32片 4KX8：16KX32 / 4KX8 = 4X4 = 16片 8KX8：16KX32 / 8KX8 = 2X4 = 8片,.,10. 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的譯碼驅(qū)動(dòng)方式有幾種？ 解：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的譯碼驅(qū)動(dòng)方式有兩種：線(xiàn)選法和重合法。 線(xiàn)選法：地址譯碼信號(hào)只選中同一個(gè)字的所有位，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，費(fèi)器材； 重合法：

4、地址分行、列兩部分譯碼，行、列譯碼線(xiàn)的交叉點(diǎn)即為所選單元。這種方法通過(guò)行、列譯碼信號(hào)的重合來(lái)選址，也稱(chēng)矩陣譯碼?？纱蟠蠊?jié)省器材用量，是最常用的譯碼驅(qū)動(dòng)方式。,.,解： 根據(jù)1100101，得n = 7。根據(jù)2kn + k + 1，可求出需增添k = 4 位檢測(cè)位，各位的安排如下： 二進(jìn)制序號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 海明碼 C1 C2 1 C4 1 0 0 C8 1 0 1 按配奇原則配置，則 C1 = 35 7 911=1 C2 = 3 6 71011=1 C4 =5 6 7 =0 C8 = 91011=1 故新配置的汗明碼為11101001101。,11. 按配奇原

5、則配置1100101 的漢明碼。,.,解： 順序存儲(chǔ)（高位交叉編址）和交叉存儲(chǔ)（低位交叉編址）連續(xù)讀出4 個(gè)字的信息量是324 =128 位。 順序存儲(chǔ)存儲(chǔ)器連續(xù)讀出4 個(gè)字的時(shí)間是 200ns4 =800ns = 810-7s 交叉存儲(chǔ)存儲(chǔ)器連續(xù)讀出4 個(gè)字的時(shí)間是 200ns50ns(4-1) = 350ns = 3.510-7s 順序存儲(chǔ)器的帶寬是128/(810-7) = 16107bps 交叉存儲(chǔ)器的帶寬是128/(3.510-7) = 37107bps,12.設(shè)有四個(gè)模塊組成的四體存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，每個(gè)體的存儲(chǔ)字長(zhǎng)為32 位，存取周期為200ns。假設(shè)數(shù)據(jù)總線(xiàn)寬度為32 位，總線(xiàn)傳輸周期

6、為50ns，試求順序存儲(chǔ)和交叉存儲(chǔ)的存儲(chǔ)器帶寬。,.,解： （1）Cache 的命中率為2000/(2000+50) = 0.97 （3）平均訪問(wèn)時(shí)間 = 50ns0.97200ns(10.97) = 54.5ns （2）由題可知，訪問(wèn)主存的時(shí)間是訪問(wèn)Cache 時(shí)間的4 倍（200/50 = 4）,13.假設(shè)CPU 執(zhí)行某段程序時(shí)，共訪問(wèn)Cache 2000 次，訪問(wèn)主存50 次。已知Cache 的存取周期為50ns，主存的存取周期為200ns。求Cache主存系統(tǒng)的命中率、效率和平均訪問(wèn)時(shí)間。,.,14.假設(shè)主存容量為512K16 位，Cache 容量為409616 位，塊長(zhǎng)為4 個(gè)16

7、位的字，訪存地址為字地址。 （1）在直接映射方式下，設(shè)計(jì)主存的地址格式。 （2）在全相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存的地址格式。 （3）在二路組相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存的地址格式。 （4）若主存容量為512K32 位，塊長(zhǎng)不變，在四路組相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存的地址格式。,.,14.解： （1）根據(jù)Cache 容量為4096=212 字，得Cache 字地址為12 位。根據(jù)塊長(zhǎng)為4，且訪存地址為字地址，得字塊內(nèi)地址為2 位，即b = 2，且Cache 共有4096/4=1024=210 塊，即c = 10。根據(jù)主存容量為512K=219 字，得主存字地址為19 位。在直接映射方式下，主存字塊標(biāo)記為19

8、-12=7。主存的地址格式如圖(a)所示。 （2）在全相聯(lián)映射方式下，主存字塊標(biāo)記為19-b = 19-2 = 17 位，其地址格式如圖(b)所示。,.,14.解： （3）根據(jù)二路組相聯(lián)的條件，一組內(nèi)有2 塊，得Cache 共分1024/2=512=2q 組，即q = 9，主存字塊標(biāo)記為19-q-b = 19-9-2 = 8 位，其地址格式如圖(c)所示。 （4）若主存容量改為512K32 位，即雙字寬存儲(chǔ)器，塊長(zhǎng)仍為4 個(gè)16 位的字，訪存地址仍為字地址，則主存容量可寫(xiě)為1024K16 位，得主存地址為20 位。由四路組相聯(lián)，得Cache共分1024/4 = 256 = 2q 組，即q =

9、8。對(duì)應(yīng)該條件下，主存字塊標(biāo)記為20-8-2 = 10 位，其地址格式如圖(d)所示。,.,.,15.設(shè)某機(jī)主存容量為4MB，Cache容量為16KB，每字塊有8個(gè)字，每字32位，設(shè)計(jì)一個(gè)四路組相聯(lián)映象（即Cache每組內(nèi)共有4個(gè)字塊）的Cache組織，要求：（1）畫(huà)出主存地址字段中各段的位數(shù)；（2）設(shè)Cache的初態(tài)為空，CPU依次從主存第0、1、299號(hào)單元讀出100個(gè)字（主存一次讀出一個(gè)字），并重復(fù)按此次序讀8次，問(wèn)命中率是多少？（3）若Cache的速度是主存的6倍，試問(wèn)有Cache和無(wú)Cache相比，速度提高多少倍？,.,10.答：（1）由于容量是按字節(jié)表示的，則主存地址字段格式劃分如

10、下：（2）由于題意中給出的字地址是連續(xù)的，故（1）中地址格式的最低2位不參加字的讀出操作。當(dāng)主存讀0號(hào)字單元時(shí)，將主存0號(hào)字塊（07）調(diào)入Cache（0組0號(hào)塊），主存讀8號(hào)字單元時(shí)，將1號(hào)塊（815）調(diào)入Cache（1組0號(hào)塊）主存讀96號(hào)單元時(shí)，將12號(hào)塊（96103）調(diào)入Cache（12組0號(hào)塊）。,.,共需調(diào)100/8 13次，就把主存中的100個(gè)數(shù)調(diào)入Cache。除讀第1遍時(shí)CPU需訪問(wèn)主存13次外，以后重復(fù)讀時(shí)不需再訪問(wèn)主存。則在800個(gè)讀操作中： 訪Cache次數(shù)=（100-13）+700=787次 Cache命中率= 787/800 0.98 98%（3）設(shè)無(wú)Cache時(shí)訪主存

11、需時(shí)800T（T為主存周期），加入Cache后需時(shí)： 787T/6+13T（131.167+13）T 144.167T 則：800T/144.167T 5.55倍有Cache和無(wú)Cache相比，速度提高4.55倍左右。,.,16.假設(shè)主存容量為512KB，Cache 容量為4KB，每個(gè)字塊為16 個(gè)字，每個(gè)字32 位。（1）Cache 地址有多少位？可容納多少塊？（2）主存地址有多少位？可容納多少塊？（3）在直接映射方式下，主存的第幾塊映射到Cache 中的第5 塊（設(shè)起始字塊為第1 塊）？（4）畫(huà)出直接映射方式下主存地址字段中各段的位數(shù)。,.,解：（1）根據(jù)Cache 容量為4KB（212 = 4K）Cache 地址為12 位。由于每字32 位，則Cache共有4KB/4B = 1K 字。因每個(gè)字塊16 個(gè)字，故Cache 中有1K/16 = 64 塊。（2）根據(jù)主存容量為512KB（219 = 512K），主存地址為19 位。由于每字32 位，則主存共有512KB/4B = 128K 字。因每個(gè)字塊16 個(gè)字，故主存中共128K/16 = 8192 塊。,.,（3）在直接映射方式下，由于Cache 共有64 塊，主