計(jì)算機(jī)組成原理課后答案第四章_龐海波

1、計(jì)算機(jī)組成原理 第2版 唐塑飛第四章 思考題與習(xí)題1解釋下列概念 主存、 輔存、 Cache、 RAM、 SRAM、 DRAM、 ROM、 PROM、 EPROM、 EEPROM、 CDROM、 Flash Memory 答：主存：與 CPU 直接交換信息，用來(lái)存放數(shù)據(jù)和程序的存儲(chǔ)器。 輔存：主存的后援存儲(chǔ)器，不與 CPU 直接交換信息。CACHE：為了解決 CPU 和主存的速度匹配，設(shè)在主存與 CPU之間，起緩沖作用，用于提高訪存速度的一種存儲(chǔ)器。 RAM：隨機(jī)存儲(chǔ)器：是隨機(jī)存取的，在程序執(zhí)行過(guò)程中既可讀出也可寫(xiě)入，存取時(shí)間與存儲(chǔ)單元所在位置無(wú)關(guān)。 SRAM：靜態(tài) RAM，以觸發(fā)器原理存儲(chǔ)信

2、息。DRAM：動(dòng)態(tài) RAM，以電容充放電原理存儲(chǔ)信息。 ROM：只讀存儲(chǔ)器，在程序執(zhí)行過(guò)程中只能讀出，而不能對(duì)其寫(xiě)入。 PROM：一次性編程的只讀存儲(chǔ)器。 EPROM：可擦除的可編程只讀存儲(chǔ)器，用紫外線照射進(jìn)行擦寫(xiě)。EEPROM：用電可擦除的可編程只讀存儲(chǔ)器。 CDROM：只讀型光盤(pán) Flash Memory：快擦型存儲(chǔ)器，是性能價(jià)格比好，可靠性高的可擦寫(xiě)非易失型存儲(chǔ)器2計(jì)算機(jī)中哪些部件可用于存儲(chǔ)信息，請(qǐng)按其速度、容量和價(jià)格/位排序說(shuō)明。 答：寄存器、緩存、主存、磁盤(pán)、磁帶等。 速度按順序越來(lái)越慢，容量越來(lái)越高和價(jià)格/位越來(lái)越低3存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在什么地方？為什么要分這些層次，計(jì)算機(jī)如

3、何管理這些層 次？ 答：存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在Cache主存和主存輔存這兩個(gè)存儲(chǔ)層次上。 Cache主存層次在存儲(chǔ)系統(tǒng)中主要對(duì)CPU訪存起加速作用，即從整體運(yùn)行的效果分析，接近于Cache的速度，而容量和位價(jià)卻接近于主存。 主存輔存層次在存儲(chǔ)系統(tǒng)中主要起擴(kuò)容作用，其容量和位價(jià)接近于輔存，而速度接近于主存4說(shuō)明存取周期和存取時(shí)間的區(qū)別。答：存取周期和存取時(shí)間的主要區(qū)別是：存取時(shí)間僅為完成一次存取操作的時(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)總線寬度為 32 位，存取周期為 200ns，則存儲(chǔ)

4、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×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。 答：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 = 64K×8 / 32=16K字按字節(jié)編址時(shí)的主存地址分配圖如下：7一個(gè)容量為 16K×32 位的存儲(chǔ)器，其地址線和數(shù)據(jù)線的總和是多少？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？

5、1K×4 位，2K×8 位，4K×4 位，16K×1 位，4K×8 位，8K×8 位 答：地址線和數(shù)據(jù)線的總和 = 14 + 32 = 46根； 各需要的片數(shù)為： 1K×4：16K×32 /1K×4 = 16×8 = 128片 2K×8：16K×32 /2K×8 = 8 × 4 = 32片 4K×4：16K×32 /4K×4 = 4 × 8 = 32片 16K×1：16K×32 /16K×

6、;1 = 32片 4K×8：16K×32 /4K×8 = 4 × 4 = 16片 8K×8：16K×32 / 8K×8 = 2X4 = 8片8試比較靜態(tài) RAM 和動(dòng)態(tài) RAM。 特性SRAMDRAM存儲(chǔ)觸發(fā)器電容破壞性讀出非是需要刷新不要需要地址復(fù)用無(wú)有運(yùn)行速度快慢集成度低高功耗高低適用場(chǎng)合cache大容量主存9什么叫刷新？為什么要刷新？說(shuō)明刷新有幾種方法。 答：刷新對(duì)DRAM定期進(jìn)行的全部重寫(xiě)過(guò)程； 刷新原因因電容泄漏而引起的DRAM所存信息的衰減需要及時(shí)補(bǔ)充，因此安排了定期刷新操作； 常用的刷新方法有三種集中式、分散式

7、、異步式。 集中式：在最大刷新間隔時(shí)間內(nèi)，集中安排一段時(shí)間進(jìn)行刷新； 分散式：在每個(gè)讀/寫(xiě)周期之后插入一個(gè)刷新周期，無(wú)CPU訪存死時(shí)間；異步式：是集中式和分散式的折衷10半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的譯碼驅(qū)動(dòng)方式有幾種？ 答：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的譯碼驅(qū)動(dòng)方式有兩種：線選法和重合法。線選法：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：地址分行、列兩部分譯碼，行、列譯碼線的交叉點(diǎn)即為所選單元?？纱蟠蠊?jié)省器材用量，是最常用的譯碼驅(qū)動(dòng)方式11. 一個(gè)8K×8位的動(dòng)態(tài)RAM芯片，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)排列成256×256形式，存取周期為0.1µs。試問(wèn)采用集中刷新、分散刷新及異步刷

8、新三種方式的刷新間隔各為多少？答：設(shè)DRAM的刷新最大間隔時(shí)間為2ms，則異步刷新的刷新間隔 =2ms/256行 =0.0078125ms =7.8125µs 即：每7.8125µs刷新一行。 集中刷新時(shí)，死時(shí)間為256*0.1us=25.6us。分散刷新，刷新間隔0.2us，死時(shí)間為0.1us，讀寫(xiě)周期0.2us異步刷新，死時(shí)間0.1us，刷新間隔7.8125us。12. 畫(huà)出用1024×4位的存儲(chǔ)芯片組成一個(gè)容量為64K×8位的存儲(chǔ)器邏輯框圖。要求將64K分成4個(gè)頁(yè)面，每個(gè)頁(yè)面分16組，指出共需多少片存儲(chǔ)芯片。答：設(shè)采用SRAM芯片，則：總片數(shù) =

9、（64K×8位） / （1024×4位）= 64×2 = 128片題意分析：本題設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)上分為總體、頁(yè)面、組三級(jí)，因此畫(huà)圖時(shí)也應(yīng)分三級(jí)畫(huà)。首先應(yīng)確定各級(jí)的容量：頁(yè)面容量 = 總?cè)萘?/ 頁(yè)面數(shù) = 64K×8 / 4 = 16K×8位，4片16K×8字串聯(lián)成64K×8位組容量 = 頁(yè)面容量 / 組數(shù)   = 16K×8位 / 16 = 1K×8位，16片1K×8位字串聯(lián)成16K×8位組內(nèi)片數(shù) = 組容量 / 片容量 = 1K×8位 / 1K×4位

10、= 2片，兩片1K×4位芯片位并聯(lián)成1K×8位存儲(chǔ)器邏輯框圖： 13 設(shè)有一個(gè) 64K×8 位的 RAM 芯片， 試問(wèn)該芯片共有多少個(gè)基本單元電路 （簡(jiǎn)稱(chēng)存儲(chǔ)基元） ？ 欲設(shè)計(jì)一種具有上述同樣多存儲(chǔ)基元的芯片， 要求對(duì)芯片字長(zhǎng)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，并說(shuō)明有幾種解答。答：存儲(chǔ)基元總數(shù) = 64K × 8位 = 512K位 = 219位；設(shè)存儲(chǔ)器有X根地址線和Y根數(shù)據(jù)線則有 2X *Y=219 Y=1,X=19 X+Y=20Y=2,X=18 X+Y=20Y=4,X=17 X+Y=21Y=8,X=16 X+Y

11、=24Y=16,X=15 X+Y=31Y=32。由上可看出：片字?jǐn)?shù)越少，片字長(zhǎng)越長(zhǎng)，引腳數(shù)越多。片字?jǐn)?shù)、片位數(shù)均按2的冪變化。結(jié)論：如果滿足地址線和數(shù)據(jù)線的總和為最小，這種芯片的引腳分配方案有兩種：地址線 = 19根，數(shù)據(jù)線 = 1根；或地址線 = 18根，數(shù)據(jù)線 = 2根。因此，有兩種解答，512K*1位和256K*2位 14某 8 位微型機(jī)地址碼為 18 位，若使用 4K×4 位的 RAM 芯片組成模塊板結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器， 試問(wèn)： （1）該機(jī)所允許的最大主存空間是多少？ （2）若每個(gè)模塊板為 32K×8 位，共需幾個(gè)模塊板？ （3）每個(gè)模塊板內(nèi)共有幾片 RAM 芯片？ （4

12、）共有多少片 RAM？ （5）CPU 如何選擇各模塊板？ 答：（1）218 = 256K，則該機(jī)所允許的最大主存空間是256K×8位（或256KB）； （2）模塊板總數(shù) = 256K×8 / 32K×8 = 8塊； （3）板內(nèi)片數(shù) = 32K×8位 / 4K×4位= 8 × 2 = 16片； （4）總片數(shù) = 16片× 8 = 128片； （5）CPU通過(guò)最高3位地址譯碼選板，次高3位地址譯碼選片。地址格式分配如下：15設(shè) CPU 共有 16 根地址線，8 根數(shù)據(jù)線，并用 MREQ （低電平有效）作訪存控制信號(hào)， R W 作

13、讀寫(xiě)命令信號(hào)（高電平為讀，低電平為寫(xiě)）。現(xiàn)有下列存儲(chǔ)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(mén)電路（門(mén)電路自定）。 試從上述規(guī)格中選用合適芯片，畫(huà)出 CPU 和存儲(chǔ)芯片的連接圖。要求： （1）最小 4K 地址為系統(tǒng)程序區(qū)，409616383 地址范圍為用戶程序區(qū)； （2）指出選用的存儲(chǔ)芯片類(lèi)型及數(shù)量； （3）詳細(xì)畫(huà)出片選邏輯。答：（1）地址空間分配圖如下A15A12A11A8A7A4A3A004K0000000000000000000

14、01111111111114K8K000100000000000000011111111111118k12k0010000000000000001011111111111112k16k00110000000000000011111111111111（2）選片：ROM：4K × 4位：2片； RAM：4K × 8位：3片；（3）CPU和存儲(chǔ)器連接邏輯圖及片選邏輯 16CPU 假設(shè)同上題，現(xiàn)有 8 片 8K×8 位的 RAM 芯片與 CPU 相連，試回答： （1）用 74138 譯碼器畫(huà)出 CPU 與存儲(chǔ)芯片的連接圖； （2）寫(xiě)出每片 RAM 的地址范圍； （3）如果

15、運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)不論往哪片 RAM 寫(xiě)入數(shù)據(jù)后，以 A000H 為起始地址的存儲(chǔ)芯片 都有與其相同的數(shù)據(jù)，分析故障原因。 （4）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，將出 現(xiàn)什么后果？ 答：（1）CPU與存儲(chǔ)器芯片連接邏輯圖：（此題畫(huà)法不標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)15題答案畫(huà)法）（2）地址空間分配00001FFF 08K； 20003fff 8K16K；40005fff 16k24K60007FFF 24k32k80009FFF 3240K；A000Bfff 40K48K；C000Dfff 48k56KE000FFFF 56k64k（3）如果運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)不論往哪片RAM寫(xiě)入數(shù)據(jù)后

16、，以A000H為起始地址的存儲(chǔ)芯片都有與其相同的數(shù)據(jù)，則根本的故障原因?yàn)椋涸摯鎯?chǔ)芯片的片選輸入端很可能總是處于低電平?？赡艿那闆r有：該片的-CS端與-WE端錯(cuò)連或短路；該片的-CS端與CPU的-MREQ端錯(cuò)連或短路；該片的-CS端與地線錯(cuò)連或短路。在此，假設(shè)芯片與譯碼器本身都是好的。（4）如果地址線A13與CPU斷線，并搭接到高電平上，將會(huì)出現(xiàn)A13恒為“1”的情況。此時(shí)存儲(chǔ)器只能尋址A13=1的地址空間，A13=0的另一半地址空間將永遠(yuǎn)訪問(wèn)不到。若對(duì)A13=0的地址空間進(jìn)行訪問(wèn)，只能錯(cuò)誤地訪問(wèn)到A13=1的對(duì)應(yīng)空間中去。17. 寫(xiě)出1100、1101、1110、1111對(duì)應(yīng)的漢明碼。答：有效

17、信息均為n=4位，假設(shè)有效信息用b4b3b2b1表示校驗(yàn)位位數(shù)k=3位，（2k>=n+k+1）設(shè)校驗(yàn)位分別為c1、c2、c3，則漢明碼共4+3=7位，即：c1c2b4c3b3b2b1校驗(yàn)位在漢明碼中分別處于第1、2、4位c1=b4b3b1c2=b4b2b1c3=b3b2b1當(dāng)有效信息為1100時(shí)，c3c2c1=011,漢明碼為1110100。當(dāng)有效信息為1101時(shí)，c3c2c1=100,漢明碼為0011101。當(dāng)有效信息為1110時(shí)，c3c2c1=101,漢明碼為1011110。當(dāng)有效信息為1111時(shí)，c3c2c1=010,漢明碼為0110111。18. 已知收到的漢明碼（按配偶原則配置

18、）為1100100、1100111、1100000、1100001，檢查上述代碼是否出錯(cuò)？第幾位出錯(cuò)？答：假設(shè)接收到的漢明碼為：c1c2b4c3b3b2b1糾錯(cuò)過(guò)程如下：P1=c1b4b3b1P2=c2b4b2b1P3=c3b3b2b1如果收到的漢明碼為1100100，則p3p2p1=110，說(shuō)明代碼有錯(cuò)，第6位（b2）出錯(cuò)，有效信息為：1100如果收到的漢明碼為1100111，則p3p2p1=111，說(shuō)明代碼有錯(cuò)，第7位（b1）出錯(cuò)，有效信息為：0110如果收到的漢明碼為1100000，則p3p2p1=011，說(shuō)明代碼有錯(cuò)，第3位（b4）出錯(cuò)，有效信息為：1000如果收到的漢明碼為11000

19、01，則p3p2p1=100，說(shuō)明代碼有錯(cuò)，第4位（c3）出錯(cuò)，有效信息為：000119. 已經(jīng)接收到下列漢明碼，分別寫(xiě)出它們所對(duì)應(yīng)的欲傳送代碼。（1）1100000（按偶性配置）（2）1100010（按偶性配置）（3）1101001（按偶性配置）（4）0011001（按奇性配置）（5）1000000（按奇性配置）（6）1110001（按奇性配置）答：（一）假設(shè)接收到的漢明碼為C1C2B4C3B3B2B1，按偶性配置則：P1=C1B4B3B1P2=C2B4B2B1P3=C3B3B1（1）如接收到的漢明碼為1100000，P1=1000=1P2=1000=1P3=000=0P3P2P1=011，

20、第3位出錯(cuò)，可糾正為1110000，故欲傳送的信息為1000。（2）如接收到的漢明碼為1100010，P1=1000=1P2=1010=0P3=000=0P3P2P1=001，第1位出錯(cuò)，可糾正為0100010，故欲傳送的信息為0010。（3）如接收到的漢明碼為1101001，P1=1001=0P2=1001=0P3=101=0P3P2P1=000，傳送無(wú)錯(cuò)，故欲傳送的信息為0001。（二）假設(shè)接收到的漢明碼為C1C2B4C3B3B2B1，按奇性配置則：P1=C1B4B3B11P2=C2B4B2B11P3=C3B3B11（4）如接收到的漢明碼為0011001，P1=01011=1P2=0101

21、1=1P3=1011=1P3P2P1=111，第7位出錯(cuò)，可糾正為0011000，故欲傳送的信息為1000。（5）如接收到的漢明碼為1000000，P1=10001=0P2=01001=0P3=0001=1P3P2P1=100，第4位出錯(cuò)，可糾正為1001000，故欲傳送的信息為0000。（6）如接收到的漢明碼為1110001，P1=11011=0P2=11011=0P3=0011=0P3P2P1=000，傳送無(wú)錯(cuò)，故欲傳送的信息為1001。20. 欲傳送的二進(jìn)制代碼為1001101，用奇校驗(yàn)來(lái)確定其對(duì)應(yīng)的漢明碼，若在第6位出錯(cuò)，說(shuō)明糾錯(cuò)過(guò)程。答：欲傳送的二進(jìn)制代碼為1001101，

22、有效信息位數(shù)為n=7位，則漢明校驗(yàn)的校驗(yàn)位為k位，則：2k>=n+k+1，k=4，進(jìn)行奇校驗(yàn)設(shè)校驗(yàn)位為C1C2C3C4，漢明碼為C1C2B7C3B6B5B4C4B3B2B1，C1=1B7B6B4B3B1=110111=1C2=1B7B5B4B2B1=110101=0C3=1B6B5B4=1001=0C4=1B3B2B1=1101=1   故傳送的漢明碼為10100011101，若第6位(B5)出錯(cuò)，即接收的碼字為10100111101，則P1=1C1B7B6B4B3B1=1110111=0P2=1C2B7B5B4B2B1=1011101=1P3=1C3B6B

23、5B4=10011=1P4=1C4B3B2B1=11101=0P4P3P2P1=0110說(shuō)明第6位出錯(cuò)，對(duì)第6位取反即完成糾錯(cuò)。21. 為什么在漢明碼糾錯(cuò)過(guò)程中，新的檢測(cè)位P4P2P1的狀態(tài)即指出了編碼中錯(cuò)誤的信息位？答：漢明碼屬于分組奇偶校驗(yàn)，P4P2P1=000，說(shuō)明接收方生成的校驗(yàn)位和收到的校驗(yàn)位相同，否則不同說(shuō)明出錯(cuò)。由于分組時(shí)校驗(yàn)位只參加一組奇偶校驗(yàn)，有效信息參加至少兩組奇偶校驗(yàn)，如果校驗(yàn)位出錯(cuò)，P4P2P1的某一位將為1，剛好對(duì)應(yīng)位號(hào)4、2、1；如果有效信息出錯(cuò)，將引起P4P2P1中至少兩位為1，如B1出錯(cuò)，將使P4 P2P1均為1， P4P2P1=111,22某機(jī)字長(zhǎng) 16 位，

24、常規(guī)的存儲(chǔ)空間為 64K 字，若想不改用其他高速的存儲(chǔ)芯片，而使訪 存速度提高到 8 倍，可采取什么措施？畫(huà)圖說(shuō)明。解：若想不改用高速存儲(chǔ)芯片，而使訪存速度提高到8倍，可采取八體交叉存取技術(shù)，8體交叉訪問(wèn)時(shí)序如下圖：線路圖如下圖：23. 設(shè)CPU共有16根地址線，8根數(shù)據(jù)線，并用M/-IO作為訪問(wèn)存儲(chǔ)器或I/O的控制信號(hào)（高電平為訪存，低電平為訪I/O)，-WR（低電平有效）為寫(xiě)命令，-RD（低電平有效）為讀命令。設(shè)計(jì)一個(gè)容量為64KB的采用低位交叉編址的8體并行結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器?，F(xiàn)有右圖所示的存儲(chǔ)芯片及138譯碼器。畫(huà)出CPU和存儲(chǔ)芯片（芯片容量自定）的連接圖，并寫(xiě)出圖中每個(gè)存儲(chǔ)芯片的地址范圍（用

25、十六進(jìn)制數(shù)表示）。答：芯片容量=64KB/8=8KB 每個(gè)芯片（體）的地址范圍以8為模低位交叉分布如下：方案1：8體交叉編址的CPU和存儲(chǔ)芯片的連接圖：注：此設(shè)計(jì)方案只能實(shí)現(xiàn)八體之間的低位交叉尋址，但不能實(shí)現(xiàn)八體并行操作。方案2：8體交叉并行存取系統(tǒng)體內(nèi)邏輯如下由于存儲(chǔ)器單體的存取周期為T(mén)，而CPU的總線訪存周期為（1/8）T，故體內(nèi)邏輯要支持單體的獨(dú)立工作速率。因此在SRAM芯片的外圍加了地址、數(shù)據(jù)的輸入/輸出緩沖裝置，以及控制信號(hào)的擴(kuò)展裝置。CPU和各體的連接圖：由于存儲(chǔ)器單體的工作速率和總線速率不一致，因此各體之間存在總線分配問(wèn)題，存儲(chǔ)器不能簡(jiǎn)單地和CPU直接相連，要在存儲(chǔ)管理部件的控制

26、下連接。24. 一個(gè)4體低位交叉的存儲(chǔ)器，假設(shè)存取周期為T(mén)，CPU每隔1/4存取周期啟動(dòng)一個(gè)存儲(chǔ)體，試問(wèn)依次訪問(wèn)64個(gè)字需多少個(gè)存取周期？ 答：本題中，只有訪問(wèn)第一個(gè)字需一個(gè)存取周期，從第二個(gè)字開(kāi)始，每隔1/4存取周期即可訪問(wèn)一個(gè)字，因此，依次訪問(wèn)64個(gè)字需：存取周期個(gè)數(shù) =(64-1)×(1/4)T+T =（63/4+1）T =15.75+1 =16.75T25. 什么是“程序訪問(wèn)的局部性”？存儲(chǔ)系統(tǒng)中哪一級(jí)采用了程序訪問(wèn)的局部性原理？ 答：程序運(yùn)行的局部性原理指：對(duì)局部范圍的存儲(chǔ)器地址頻繁訪問(wèn)，而對(duì)此范圍以外的地址則訪問(wèn)甚少的現(xiàn)象。時(shí)間：在一小段時(shí)間內(nèi)，最近被訪問(wèn)過(guò)的程序和數(shù)據(jù)很

27、可能再次被訪問(wèn)；空間：在空間上，這些被訪問(wèn)的程序和數(shù)據(jù)往往集中在一小片存儲(chǔ)區(qū)；在訪問(wèn)順序上，指令順序執(zhí)行比轉(zhuǎn)移執(zhí)行的可能性大。存儲(chǔ)系統(tǒng)中Cache主存層次采用了程序訪問(wèn)的局部性原理。26. 計(jì)算機(jī)中設(shè)置Cache的作用是什么？能不能把Cache的容量擴(kuò)大，最后取代主存，為什么？ 答：計(jì)算機(jī)中設(shè)置Cache主要是為了加速CPU訪存速度；不能把Cache的容量擴(kuò)大到最后取代主存，價(jià)格以及體積原因不適合。27.Cache做在CPU芯片內(nèi)有什么好處？將指令Cache和數(shù)據(jù)Cache分開(kāi)又有什么好處？答：Cache做在CPU芯片內(nèi)主要有下面幾個(gè)好處：1）可提高外部總線的利用率。因?yàn)镃ache在CPU芯片

28、內(nèi)，CPU訪問(wèn)Cache時(shí)不必占用外部總線。2）Cache不占用外部總線就意味著外部總線可更多地支持I/O設(shè)備與主存的信息傳輸，增強(qiáng)了系統(tǒng)的整體效率。3）可提高存取速度。因?yàn)镃ache與CPU之間的數(shù)據(jù)通路大大縮短,故存取速度得以提高。將指令Cache和數(shù)據(jù)Cache分開(kāi)有如下好處：1）可支持超前控制和流水線控制，有利于這類(lèi)控制方式下指令預(yù)取操作的完成。2）指令Cache可用ROM實(shí)現(xiàn)，以提高指令存取的可靠性。3）數(shù)據(jù)Cache對(duì)不同數(shù)據(jù)類(lèi)型的支持更為靈活，既可支持整數(shù)（例32位），也可支持浮點(diǎn)數(shù)據(jù)（如64位）。28. 設(shè)主存容量為256K字，Cache容量為2K字，塊長(zhǎng)為4。（1）設(shè)計(jì)Cac

29、he地址格式，Cache中可裝入多少塊數(shù)據(jù)？（2）在直接映射方式下，設(shè)計(jì)主存地址格式。（3）在四路組相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存地址格式。（4）在全相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存地址格式。（5）若存儲(chǔ)字長(zhǎng)為32位，存儲(chǔ)器按字節(jié)尋址，寫(xiě)出上述三種映射方式下主存的地址格式答：（1）cache地址長(zhǎng)度為11位，塊內(nèi)地址長(zhǎng)度為2位。主存地址位數(shù)為18位 9位2位緩存塊號(hào)塊內(nèi)地址Cache可裝入29=512個(gè)塊（2）直接映射方式7位9位2位標(biāo)記緩存塊號(hào)塊內(nèi)地址（3）四路組相連9位7位2位標(biāo)記組地址塊內(nèi)地址（4）全相連16位2位標(biāo)記塊內(nèi)地址（5）直接映射方式7位9位4位標(biāo)記緩存塊號(hào)塊內(nèi)地址四路組相連9位7位4位標(biāo)記

30、組地址塊內(nèi)地址全相連16位4位標(biāo)記塊內(nèi)地址29. 假設(shè)CPU執(zhí)行某段程序時(shí)共訪問(wèn)Cache命中4800次，訪問(wèn)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(wèn)時(shí)間和效率，試問(wèn)該系統(tǒng)的性能提高了多少？答：命中率h=4800/（4800+200）= 96%平均訪問(wèn)時(shí)間 ta= 0.96*30+0.04*150=34.8ns效率e=tc/ta=30/34.8=86.2%性能提高倍數(shù) 150/34.8 -1 =3.330. 一個(gè)組相聯(lián)映射的Cache由64塊組成，每組內(nèi)包含4塊。主存包含4096塊，每塊由128字組成，

31、訪存地址為字地址。試問(wèn)主存和Cache的地址各為幾位？畫(huà)出主存的地址格式。答：緩存塊號(hào)6位，塊內(nèi)地址7位，cache地址為13位。組地址6-2=4位，主存塊號(hào)12位，塊內(nèi)地址7位。主存地址19位8位4位7位主存標(biāo)記組地址塊內(nèi)地址31.設(shè)主存容量為1MB，采用直接映射方式的Cache容量為16KB，塊長(zhǎng)為4，每字32位。試問(wèn)主存地址為ABCDEH的存儲(chǔ)單元在Cache中的什么位置？答：6位10位4標(biāo)記緩存塊號(hào)塊內(nèi)地址A19A15A11A7A31010 1011 1100 1101 111032. 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)映射

32、（即Cache每組內(nèi)共有4個(gè)字塊）的Cache組織。（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、289號(hào)單元讀出90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，速度約提高多少倍？答：（1）考慮按字編址：10位7位3主存標(biāo)記組地址塊內(nèi)地址（2）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89號(hào)單元時(shí)，將11號(hào)塊（8889）調(diào)入Cache（11組0號(hào)塊）

33、。不命中次數(shù)為 90/8 = 12 （上取整）總訪問(wèn)次數(shù)為 90*8=720Cache命中率 =（720-12）/720=98%（3）設(shè)無(wú)Cache時(shí)訪主存需時(shí)720T（T為主存周期），加入Cache后需時(shí)： 708´T/6+12T =（118+12）T=130T 則：720T/130T =5.54倍 有Cache和無(wú)Cache相比，速度提高了4.54倍左右33. 簡(jiǎn)要說(shuō)明提高訪存速度可采取的措施答：(1)采用高速器件，選用存取周期短的芯片，可提高存儲(chǔ)器的速度。(2)采用Cache , CPU將最近期要用的信息先調(diào)人Cache，而Cache的速度比主存快得多，這樣CPU每次只需從Ca

34、che中取出(或存人)信息，從而縮短了訪存時(shí)間，提高了訪存速度。(3)調(diào)整主存結(jié)構(gòu)，如采用單體多字結(jié)構(gòu)(在一個(gè)存取周期內(nèi)讀出多個(gè)存儲(chǔ)字，可增加存儲(chǔ)器的帶寬)，或采用多體結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器(參考第16題答案)。34答：主存的速度指標(biāo)用存儲(chǔ)周期表示，因?yàn)橹鞔媸请S機(jī)存取存儲(chǔ)器，存取周期不隨存儲(chǔ)單元的地址不同而改變。外存的速度指標(biāo)，以磁盤(pán)為例，一般包括尋道時(shí)間，等待時(shí)間和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間三個(gè)量。磁盤(pán)存儲(chǔ)器屬于磁表面存儲(chǔ)器，其存取周期與存儲(chǔ)單元的位置有關(guān)，不同位置所需要的尋道時(shí)間和等待時(shí)間不同，故不能以一個(gè)物理量來(lái)衡量。35. 畫(huà)出RZ、NRZ、NRZ1、PE、FM寫(xiě)入數(shù)字串1011001的寫(xiě)入電流波形圖。答：36

35、. 以寫(xiě)入1001 0110為例，比較調(diào)頻制和改進(jìn)調(diào)頻制的寫(xiě)電流波形圖。答：37. 畫(huà)出調(diào)相制記錄01100010的驅(qū)動(dòng)電流、記錄磁通、感應(yīng)電勢(shì)、同步脈沖及讀出代碼等幾種波形。答：38. 磁盤(pán)組有6片磁盤(pán)，最外兩側(cè)盤(pán)面可以記錄，存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)徑22cm，外徑33cm，道密度為40道/cm，內(nèi)層密度為400位/cm，轉(zhuǎn)速3600轉(zhuǎn)/分。 （1）共有多少存儲(chǔ)面可用？ （2）共有多少柱面？ （3）盤(pán)組總存儲(chǔ)容量是多少？ （4）數(shù)據(jù)傳輸率是多少？答：（1）共有：6×2= 12個(gè)存儲(chǔ)面可用；（2）有效存儲(chǔ)區(qū)域 =（33-22）/2 = 5.5cm 柱面數(shù) = 40道/cm × 5.5cm= 220道（3）內(nèi)層道周長(zhǎng)=3.14*22cm= 69.08cm 道容量=400位/cm×69.08cm = 3454B 面容量=3454B×220道 = 759 880B 盤(pán)組總?cè)萘?=759，880B×12面 = 8.70MB （4）轉(zhuǎn)速 = 3600轉(zhuǎn) / 60秒 = 60轉(zhuǎn)/秒 數(shù)據(jù)傳輸率 = 3454B × 60轉(zhuǎn)/秒=207，240 B/S39. 某磁盤(pán)存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，共有4個(gè)記錄盤(pán)面，每毫米5道，每道記錄信息12 288字節(jié)，最小磁道直徑為230mm，