計(jì)算機(jī)組成原理第四章作業(yè)答案(終板)學(xué)習(xí)資料

計(jì)算機(jī)組成原理第四章作業(yè)答案(終板)精品文檔精品文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除第四章作業(yè)答案4.1解釋概念：主存、輔存，Cache,RAM,SRAM,DRAM,ROM,PROM,EPROM,EEPROMCDROM,FlashMemory.解：1主存：主存又稱為內(nèi)存，直接與CPU交換信息。2輔存：輔存可作為主存的后備存儲(chǔ)器，不直接與CPU交換信息，容量比主存大，速度比主存慢。3Cache:Cache緩存是為了解決主存和CPU的速度匹配、提高訪存速度的一種存儲(chǔ)器。它設(shè)在主存和CPU之間，速度比主存快，容量比主存小，存放CPU最近期要用的信息。4RAM;RAM是隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，在程序的執(zhí)行過(guò)程中既可讀出信息又可寫入信息。5SRAM:是靜態(tài)RAM，屬于隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，在程序的執(zhí)行過(guò)程中既可讀出信息又可寫入信息?？坑|發(fā)器原理存儲(chǔ)信息，只要不掉電，信息就不會(huì)丟失。6DRAM是動(dòng)態(tài)RAM，屬于隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，在程序的執(zhí)行過(guò)程中既可讀出信息又可寫入信息。靠電容存儲(chǔ)電荷原理存儲(chǔ)信息，即使電源不掉電，由于電容要放電，信息就會(huì)丟失，故需再生。7ROM:是只讀存儲(chǔ)器，在程序執(zhí)行過(guò)程中只能讀出信息，不能寫入信息。8PROM:是可一次性編程的只讀存儲(chǔ)器。9EPROM是可擦洗的只讀存儲(chǔ)器，可多次編程。10EEPROM:即電可改寫型只讀存儲(chǔ)器，可多次編程。11CDROM即只讀型光盤存儲(chǔ)器。12FlashMemory即可擦寫、非易失性的存儲(chǔ)器。4.3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，CPU訪存速度加快，接近于Cache的速度，而尋址空間和位價(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，即從程序員的角度看，他所使用的存儲(chǔ)器其容量和位價(jià)接近于輔存，而速度接近于主存。綜合上述兩個(gè)存儲(chǔ)層次的作用，從整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)看，就達(dá)到了速度快、容量大、位價(jià)低的優(yōu)化效果。

主存與Cache之間的信息調(diào)度功能全部由硬件自動(dòng)完成。而主存—輔存層次的調(diào)度目前廣泛采用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，即將主存與輔存的一部份通過(guò)軟硬結(jié)合的技術(shù)組成虛擬存儲(chǔ)器，程序員可使用這個(gè)比主存實(shí)際空間（物理地址空間）大得多的虛擬地址空間（邏輯地址空間）編程，當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，再由軟、硬件自動(dòng)配合完成虛擬地址空間與主存實(shí)際物理空間的轉(zhuǎn)換。因此，這兩個(gè)層次上的調(diào)度或轉(zhuǎn)換操作對(duì)于程序員來(lái)說(shuō)都是透明的。4.6.某機(jī)字長(zhǎng)為32位，其存儲(chǔ)容量是64KB，按字編址其尋址范圍是多少？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。解：存儲(chǔ)容量是64KB時(shí)，(1)按字節(jié)編址的尋址范圍就是64KB.(2)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：001234456716K……6552865532字地址字節(jié)地址討論：1、在按字節(jié)編址的前提下，按字尋址時(shí)，地址的位數(shù)仍為16位，即地址編碼范圍仍為0~64K-1，但字(數(shù))空間為16K字，字地址不連續(xù)。2、字尋址的單位為：字，不是B（字節(jié)）4.8.試比較靜態(tài)RAM和動(dòng)態(tài)RAM。答：靜態(tài)RAM和動(dòng)態(tài)RAM的比較見下表：特性SRAMDRAM存儲(chǔ)信息觸發(fā)器電容破壞性讀出非是需要刷新不要需要送行列地址同時(shí)送分兩次送運(yùn)行速度快慢集成度低高發(fā)熱量大小存儲(chǔ)成本高低功耗高低可靠性高低可用性使用方便不方便適用場(chǎng)合高速小容量存儲(chǔ)器大容量主存4.9.什么叫刷新？為什么要刷新？說(shuō)明刷新有幾種方法。解：刷新——對(duì)DRAM定期進(jìn)行的全部重寫過(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、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中。4.11.一個(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、分散刷新及異步刷新三種方式的刷新間隔各為多少？注：該題題意不太明確。實(shí)際上，只有異步刷新需要計(jì)算刷新間隔。

解：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)，刷新最晚啟動(dòng)時(shí)間=2ms-0.1μs×256行=2ms-25.6μs=1974.4μs集中刷新啟動(dòng)后刷新間隔=0.1μs即：每0.1μs刷新一行。集中刷新的死時(shí)間=0.1μs×256=25.6μs

分散刷新的刷新間隔=0.1μs×2=0.2μs即：每0.2μs刷新一行。分散刷新一遍的時(shí)間=0.1μs×2×256行=51.2μs則分散刷新時(shí)，2ms內(nèi)可重復(fù)刷新遍數(shù)=2ms/51.2μs≈39遍4.14.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）共有多少片RAM？（5）CPU如何選擇各模塊板？解：（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：1715141217151412110333124.15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作讀/寫命令信號(hào)（高電平為讀，低電平為寫）?，F(xiàn)有這些存儲(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譯碼器和其他門電路（門電路自定）。試從上述規(guī)格中選用合適的芯片，畫出CPU和存儲(chǔ)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(chǔ)芯片類型及數(shù)量；（3）詳細(xì)畫出片選邏輯。解：（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(chǔ)芯片類型及數(shù)量；（3）詳細(xì)畫出片選邏輯。解：（1）地址空間分配圖：系統(tǒng)程序區(qū)（ROM共4KB）：0000H-0FFFH用戶程序區(qū)（RAM共12KB）：4096--------------------16383（D）1，0000，0000，0000-11，1111，1111，1111（B）1000H----3FFFH。（）（2）：ROM：4K×4位：2片；(位擴(kuò)展)RAM：4K×8位：3片；（字?jǐn)U展）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)

A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0ROM1,200000000000000000000111111111111RAM100010000000000000001111111111111RAM200100000000000000010111111111111RAM300110000000000000011111111111111CPU和存儲(chǔ)器連接邏輯圖及片選邏輯如下圖(1)所示：圖（1）（注：修改A15接/G2A,/MREQ接/G2B，G1接高電平（VCC）！）4.17.寫出1100、1101、1110、1111對(duì)應(yīng)的漢明碼。（配偶原則）解：有效信息均為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、c4，則漢明碼共4+3=7位，即：c1c2b4c4b3b2b1校驗(yàn)位在漢明碼中分別處于第1、2、4位c1=b4⊕b3⊕b1c2=b4⊕b2⊕b1c4=b3⊕b2⊕b1當(dāng)有效信息為1100時(shí)，c1c2c4=011,漢明碼為0111100。當(dāng)有效信息為1101時(shí)，c1c2c4=100,漢明碼為1010101。當(dāng)有效信息為1110時(shí)，c1c2c4=000,漢明碼為0010110。當(dāng)有效信息為1111時(shí)，c1c2c4=111,漢明碼為1111111。4.18.已知收到的漢明碼（按配偶原則配置）為1100100、1100111、1100000、1100001，檢查上述代碼是否出錯(cuò)？第幾位出錯(cuò)？解：假設(shè)接收到的漢明碼為：c1c2b4c4b3b2b1糾錯(cuò)過(guò)程如下：P1=c1⊕b4⊕b3⊕b1P2=c2⊕b4⊕b2⊕b1P4=c4⊕b3⊕b2⊕b1如果收到的漢明碼為1100100，則p4p2p1=110，說(shuō)明代碼有錯(cuò)，第6位（b2）出錯(cuò)，有效信息為：0110如果收到的漢明碼為1100111，則p4p2p1=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p4p2p1=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1100001，則p4p2p1=100，說(shuō)明代碼有錯(cuò)，第4位（c4）出錯(cuò)，有效信息為：00014.19已知接收到下列漢明碼，分別寫出它們所對(duì)應(yīng)的欲傳送的代碼。（1）1100000（按偶性配置）（4）0011001（按奇性配置）解：（1）1100000（按配偶性）注意：按偶配置，檢測(cè)時(shí)，Pi=0正確，代表本小組(gi)的1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)。Pi=1錯(cuò)誤如果收到的漢明碼為1100000，則p4p2p1=011，說(shuō)明代碼有錯(cuò)，第3位（b4）出錯(cuò)，有效信息為：1000（4）0011001（按奇配置）則：p4p2p1=000注意：按奇配置，檢測(cè)時(shí)，Pi=0錯(cuò)誤，代表本小組(gi)的1的個(gè)數(shù)不為奇數(shù)個(gè)1Pi=1正確代表本小組(gi)的1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)個(gè)1（正確）為了定位，可取反p4p2p1=/0/0/0=111即第7位出錯(cuò)，有效信息為：10004.25什么是程序訪問(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：局部性訪問(wèn)原理是指程序執(zhí)行時(shí)對(duì)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)是不均勻的，這是由于指令和數(shù)據(jù)在主存的地址分布不是隨機(jī)的，而是相對(duì)的集中（簇聚）。存儲(chǔ)系統(tǒng)的緩存----主存級(jí)和主存-----輔存級(jí)都用到程序訪問(wèn)的局部性原理。對(duì)緩存---主存級(jí)而言，把CPU最近期執(zhí)行的程序放在容量較小，速度較高的緩存中。對(duì)主存---輔存級(jí)而言，把程序中訪問(wèn)頻度高，比較活躍的部分放在主存中，這樣既提高了訪存的速度又?jǐn)U大了存儲(chǔ)器的容量。4.26計(jì)算機(jī)中Cache的作用是什么？能不能把Cache擴(kuò)大，最后取代主存，WHY?答：Cache的作用是提高訪存速度。當(dāng)Cache容量達(dá)到一定值時(shí)，命中率不因容量的增大而明顯提高，而且Cache成本價(jià)高，所以不能取代主存。4.25（補(bǔ)充）.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分開有如下好處：1）可支持超前控制和流水線控制，有利于這類控制方式下指令預(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）。4.28.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)Cache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，寫出上述三種映射方式下主存的地址格式。解：（1）Cache容量2K字=211字（Cache地址11位）塊長(zhǎng)4字4=22字Cached包含的塊數(shù)=Cache容量/塊長(zhǎng)=211/22=29塊Cache字塊地址9字塊內(nèi)地址2（2）在直接映射方式下，設(shè)計(jì)主存地址格式主存容量256K字=218字（主存地址18位）主存包含的塊數(shù)：218/22=216塊主存字塊標(biāo)記=主存地址長(zhǎng)度-Cache地址長(zhǎng)度=18-11=7位主存字塊標(biāo)記7Cache字塊地址9字塊內(nèi)地址2（3）在四路組相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存地址格式四路組相聯(lián)=>每組4塊=>r=2(4塊=22)Cache可分的組數(shù)=29/22=27=>q=7（組地址需要7位）主存字塊標(biāo)記=主存地址長(zhǎng)度-組地址長(zhǎng)度-字塊內(nèi)地址（b）=18-7-2=9位主存字塊標(biāo)記9組地址7字塊內(nèi)地址2（4）在全相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存地址格式：主存字塊標(biāo)記=主存地址長(zhǎng)度-字塊內(nèi)地址（b）=18-2=16位主存字塊標(biāo)記16字塊內(nèi)地址2同理：若存儲(chǔ)字長(zhǎng)為32位，存儲(chǔ)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。Cache容量2K字=211*32/8=213（Cache地址13位）每個(gè)塊容量=4*32/8=16字節(jié)（塊內(nèi)地址需4位）Cache包含的塊數(shù)：2K字/4字=29塊Cache字塊地址9字塊內(nèi)地址4（1）在直接映射方式下，設(shè)計(jì)主存地址格式主存容量256K字=218字=218*32/8=220字節(jié)（主存字節(jié)地址20位）每個(gè)塊容量=4*32/8=16字節(jié)（塊內(nèi)地址需4位）主存包含的塊數(shù)：218/22=216塊主存字塊標(biāo)記=主存地址長(zhǎng)度-Cache地址長(zhǎng)度=20-4-9=7位主存字塊標(biāo)記7Cache字塊地址9字塊內(nèi)地址4（2）在四路組相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存地址格式四路組相聯(lián)=>每組4塊=>r=2(4塊=22)Cache可分的組數(shù)=29/22=27=>q=7（組地址需要7位）主存字塊標(biāo)記=主存地址長(zhǎng)度-組地址長(zhǎng)度-字塊內(nèi)地址（b）=20-7-4=9位主存字塊標(biāo)記9組地址7字塊內(nèi)地址4（3）在全相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存地址格式：主存字塊標(biāo)記=主存地址長(zhǎng)度-字塊內(nèi)地址（b）=20-4=16位主存字塊標(biāo)記16字塊內(nèi)地址44.32.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（即Cache每組內(nèi)共有4個(gè)字塊）的Cache組織。（1）畫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、2……89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？解：（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下：主存容量為4MB=222B（主存字節(jié)地址共22位）Cache容量為16KB=214B（Cache字節(jié)地址14位）每字塊有8個(gè)字，每字32位，=>8*32/8=25(塊內(nèi)字節(jié)地址5位)四路組相聯(lián)映射（即Cache每組內(nèi)共有4個(gè)字塊）Cache包括的塊數(shù)=214B/8*32=29個(gè)Cache的組數(shù)=29/4=27組（組地址為7位）主存字塊標(biāo)記=主存地址長(zhǎng)度-組地址長(zhǎng)度-字塊內(nèi)地址（b）=22-7-5=10位主存字塊標(biāo)記10組地址7字塊內(nèi)地址587232

（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)，每字塊有8個(gè)字，將主存0號(hào)字塊（0~7）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（8~15）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（88~89）調(diào)入Cache（11組0號(hào)塊）。共需調(diào)90/8=12次，就把主存中的90個(gè)字調(diào)入Cache。除讀第1遍時(shí)CPU需訪問(wèn)主存12次外，以后重復(fù)讀時(shí)不需