計算機(jī)組成原理課后習(xí)題講解

1、課后習(xí)題解答課后習(xí)題解答 2011-2012-2計算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)第一章第一章 計算機(jī)系統(tǒng)概論計算機(jī)系統(tǒng)概論Chp1 計算機(jī)系統(tǒng)概論計算機(jī)系統(tǒng)概論【1.2】計算機(jī)硬件由哪幾部分組成？各部分的作用計算機(jī)硬件由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？各部分之間怎樣聯(lián)系的？是什么？各部分之間怎樣聯(lián)系的？解答解答: 計算機(jī)硬件包括運算器、控制器、存儲器、計算機(jī)硬件包括運算器、控制器、存儲器、輸入輸出設(shè)備五個部分。運算器對數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)輸入輸出設(shè)備五個部分。運算器對數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)和邏輯運算；控制器發(fā)布控制信號，指揮各部件和邏輯運算；控制器發(fā)布控制信號，指揮各部件協(xié)同工作，實現(xiàn)計算機(jī)本身運行過程的自動

2、化；協(xié)同工作，實現(xiàn)計算機(jī)本身運行過程的自動化；存儲器保存程序和數(shù)據(jù)；輸入輸出設(shè)備完成系統(tǒng)存儲器保存程序和數(shù)據(jù)；輸入輸出設(shè)備完成系統(tǒng)和外界設(shè)備的信息交換。各部分通過總線聯(lián)系。和外界設(shè)備的信息交換。各部分通過總線聯(lián)系。P22Chp1 計算機(jī)系統(tǒng)概論計算機(jī)系統(tǒng)概論【1.9】馮馮諾依曼結(jié)構(gòu)的特點是什么？諾依曼結(jié)構(gòu)的特點是什么？解答解答: 馮馮諾依曼結(jié)構(gòu)特點如下：諾依曼結(jié)構(gòu)特點如下：1、計算機(jī)由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和、計算機(jī)由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五部分組成。輸出設(shè)備五部分組成。2、采用存儲程序的方式，程序和數(shù)據(jù)放在同一存儲、采用存儲程序的方式，程序和數(shù)據(jù)放在同一存儲器中

3、。器中。3、數(shù)據(jù)以二進(jìn)制碼表示。、數(shù)據(jù)以二進(jìn)制碼表示。4、指令由操作碼和地址碼組成。、指令由操作碼和地址碼組成。5、指令在存儲器中按執(zhí)行順序存放。、指令在存儲器中按執(zhí)行順序存放。6、機(jī)器以運算器為中心，數(shù)據(jù)傳送都經(jīng)過運算器。、機(jī)器以運算器為中心，數(shù)據(jù)傳送都經(jīng)過運算器。P23第三章第三章 運算方法和運算部件運算方法和運算部件Chp3 運算方法和運算部件運算方法和運算部件【3.8】十進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)X=(+128.75)2-10P112(1) 若若(Y)2 = (X)10，用定點數(shù)表示，用定點數(shù)表示Y的值。的值。(2) 設(shè)用設(shè)用21個二進(jìn)制位表示浮點數(shù)，階碼用個二進(jìn)制位表示浮點數(shù)，階碼用5位，其中位

4、，其中階符階符1位；尾數(shù)用位；尾數(shù)用16位，其中符號用位，其中符號用1位，階碼的基數(shù)位，階碼的基數(shù)為為2，寫出階碼和尾數(shù)均用原碼表示的，寫出階碼和尾數(shù)均用原碼表示的Y的機(jī)器數(shù)。的機(jī)器數(shù)。(3) 寫出階碼和尾數(shù)均用反碼表示寫出階碼和尾數(shù)均用反碼表示Y的機(jī)器數(shù)。的機(jī)器數(shù)。(4) 寫出階碼和尾數(shù)均用補(bǔ)碼表示寫出階碼和尾數(shù)均用補(bǔ)碼表示Y的機(jī)器數(shù)。的機(jī)器數(shù)。Chp3 運算方法和運算部件運算方法和運算部件解答：解答：(1) X= (+128.75)2-10轉(zhuǎn)二進(jìn)制：轉(zhuǎn)二進(jìn)制：整數(shù)部分：整數(shù)部分：128 = 27即即(10000000)2；小數(shù)部分：小數(shù)部分：0.75乘乘2取整得取整得(0.11)2；最終，

5、最終，Y= (10000000.11)22-10 = (0.0010000000.11)2(2)1000000011000001001001 b 5 b 15 b21b原碼表示：原碼表示：0 10010 100000001100000(3) 反碼表示：反碼表示：0 11101 100000001100000(4) 補(bǔ)碼表示：補(bǔ)碼表示：0 11110 100000001100000Chp3 運算方法和運算部件運算方法和運算部件【3.18】用原碼一位乘計算用原碼一位乘計算X= 0.1101，Y= - 0.1011 的積的積X*Y。P113解答：解答：X原原= 0.1101；Y原原= 0.1011部

6、分積單元部分積單元乘數(shù)單元乘數(shù)單元 0 0.0 0 0 0 1 0 1 1 + 0 0.1 1 0 1 0 0.1 1 0 1 0 0.0 1 1 0 1 1 0 1 + 0 0.1 1 0 1 0 1.0 0 1 1 0 0.1 0 0 1 1 1 1 0 + 0 0.0 0 0 0 部分積單元部分積單元乘數(shù)單元乘數(shù)單元 0 0.1 0 0 1 0 0.0 1 0 0 1 1 1 1 + 0 0.1 1 0 1 0 1.0 0 0 1 0 0.1 0 0 0 1 1 1 1X Y = 1.10001111Chp3 運算方法和運算部件運算方法和運算部件【3.24】用原碼兩位乘法求用原碼兩位乘法

7、求X*Y。已知。已知X= 0.1011，Y= 0.1101 。P113解答：解答：X原原= 0.1011；Y原原= 0.1101； -X補(bǔ)補(bǔ)= 1.0101X Y = 0.10001111 1 1 1. 1 1 0 1 1 1 1 1 1 + 0 0 0. 1 0 1 1 0 0 0. 1 0 0 0 1 1 1 1 0 部分積單元部分積單元乘數(shù)單元乘數(shù)單元 0 0 0. 0 0 0 0 1 1 0 1 0 + 0 0 0. 1 0 1 1 0 0 0. 1 0 1 1 0 0 0. 0 0 1 0 1 1 1 1 0 + 1 1 1. 0 1 0 1 1 1 1. 0 1 1 1 欠位欠位部

8、分積單元部分積單元乘數(shù)單元乘數(shù)單元欠位欠位Chp3 運算方法和運算部件運算方法和運算部件【3.30】設(shè)有設(shè)有16個信息位，如果采用海明校驗，至少個信息位，如果采用海明校驗，至少需要設(shè)置多少個校驗位？應(yīng)放在哪些位置上？若校驗需要設(shè)置多少個校驗位？應(yīng)放在哪些位置上？若校驗結(jié)果為結(jié)果為 S6S5S4S3S2S1 = 110010，分析出錯情況，并說，分析出錯情況，并說明如何糾錯？明如何糾錯？P114解答：解答： 2r-1 k + r r = 6數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 16位：位：D16 D1；校驗校驗 6位：位：P6 P1；海明碼海明碼 22位：位：H22 H1.Chp3 運算方法和運算部件運算方法和運算部件校驗

9、位位置：校驗位位置： Pi 2 i-1 H13H12H11H10H9H8H7H6H5H4H3H2H1P4P3P2P1- H22H21H20H19H18H17H16H15H14P6P5海明碼排序：海明碼排序：H13H12H11H10H9H8H7H6H5H4H3H2H1D9D8D7D6D5P4D4D3D2P3D1P2P1- H22H21H20H19H18H17H16H15H14-P6D16D15D14D13D12P5D11D10Chp3 運算方法和運算部件運算方法和運算部件校驗位對應(yīng)：校驗位對應(yīng)： 海明碼數(shù)據(jù)/校驗校驗位號H1P11H2P22H3D11+2H4P34H5D21+4H6D32+4H7

10、D41+2+4H8P48H9D51+8H10D62+8海明碼數(shù)據(jù)/校驗校驗位號H11D71+2+8H12D84+8H13D91+4+8H14D102+4+8H15D111+2+4+8H16P516H17D121+16H18D132+16H19D141+2+16H20D154+16H21D161+4+16H22P622Chp3 運算方法和運算部件運算方法和運算部件分組偶校驗：分組偶校驗： 組號偶校驗結(jié)果1S1=P1 D1 D2 D4 D5 D7 D9 D11 D12 D14 D162S2=P2 D1 D3 D4 D6 D7 D10 D11 D13 D143S3=P3 D2 D3 D4 D8 D9

11、 D10 D11 D15 D164S4=P4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D115S5=P5 D12 D13 D14 D15 D166S6=P6 P5 P4 P3 P2 P1 D16 D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1Chp3 運算方法和運算部件運算方法和運算部件S6 S5 S4 S3 S2 S1 = 1 1 0 0 1 0P5 D12 D13 D14 D15 D16P2 D1 D3 D4 D6 D7 D10 D11 D13 D14出錯數(shù)據(jù)位：出錯數(shù)據(jù)位： D13Chp3 運算方法和運算部件運算方法和運算部件校驗糾錯電

12、路：校驗糾錯電路： Chp3 運算方法和運算部件運算方法和運算部件【3.35】（補(bǔ)充題）對（補(bǔ)充題）對4位有效信息（位有效信息（1100）求循環(huán)）求循環(huán)校驗碼，選擇生成多項式校驗碼，選擇生成多項式G(x)=x3+x2+1。若接收到的。若接收到的有效數(shù)據(jù)為有效數(shù)據(jù)為1101，說明，說明CRC是如何查錯和糾錯的？是如何查錯和糾錯的？P114解答：解答： M(x)=1100 M(x)x3=1100000 G(x) =1101 M(x)x3/G(x) =1001+101/1101 循環(huán)校驗碼：循環(huán)校驗碼：M(x)x3 + R(x) =1100101Chp3 運算方法和運算部件運算方法和運算部件出錯模式

13、出錯模式(G(x)=1101)：A1A2A3A4A5A6A7余數(shù)出錯位正確1100101000錯誤1100100001A71100111010A61100001100A51101101101A41110101111A31000101011A20100101110A1Chp3 運算方法和運算部件運算方法和運算部件查錯與糾錯：查錯與糾錯：(1) 假設(shè)只有一位出錯，則錯誤的假設(shè)只有一位出錯，則錯誤的CRC碼為碼為1101101，系統(tǒng)做如下處理：系統(tǒng)做如下處理： 1101101/1101=101，查到為，查到為A4位出錯；位出錯； CRC碼循環(huán)左移，同時余數(shù)做如下變化：碼循環(huán)左移，同時余數(shù)做如下變化：

14、101111011110，共移，共移3次；次； A1位與位與1異或；異或； CRC碼繼續(xù)循環(huán)左移，同時余數(shù)做如下變化：碼繼續(xù)循環(huán)左移，同時余數(shù)做如下變化：110001010100101，共移，共移4次，得到正確碼。次，得到正確碼。Chp3 運算方法和運算部件運算方法和運算部件(2) 不限出錯位數(shù)，則不限出錯位數(shù)，則4位的位的G(X)只能實現(xiàn)差錯，但只能實現(xiàn)差錯，但無法糾錯。無法糾錯。 若余數(shù)為若余數(shù)為000，則，則CRC碼正確。碼正確。 若余數(shù)不為若余數(shù)不為000，則，則CRC碼錯誤。碼錯誤。 3位余數(shù)只剩位余數(shù)只剩7個不同組合，而出錯情況多達(dá)個不同組合，而出錯情況多達(dá)98種。種。無法區(qū)分出錯

15、的情況，也即無法糾錯。無法區(qū)分出錯的情況，也即無法糾錯。第四章第四章 主存儲器主存儲器Chp4 主存儲器主存儲器【4.5】有一個有一個512K16的存儲器，由的存儲器，由64K1的的RAM芯片組成（芯片內(nèi)是芯片組成（芯片內(nèi)是4個個128128結(jié)構(gòu)），問：結(jié)構(gòu)），問：P136(1) 總共需要多少個總共需要多少個RAM芯片？芯片？(2) 采用分散刷新方式，如單元刷新間隔不超過采用分散刷新方式，如單元刷新間隔不超過2ms，則刷新信號的周期是多少？則刷新信號的周期是多少？(3) 如果采用集中式刷新方式，設(shè)讀如果采用集中式刷新方式，設(shè)讀/寫周期寫周期T=0.1us，儲存器刷新一遍最少用多少時間？儲存器刷

16、新一遍最少用多少時間？Chp4 主存儲器主存儲器解：解：(1) 總共需要總共需要512K16/ 64K1 = 128片。片。(2) 刷新中的幾個時間概念：刷新周期、集中式刷新刷新中的幾個時間概念：刷新周期、集中式刷新的刷新時間、刷新信號周期、讀寫周期。的刷新時間、刷新信號周期、讀寫周期。 分散（非集中）刷新包括分散式刷新和分布式刷分散（非集中）刷新包括分散式刷新和分布式刷新兩種情況。新兩種情況。Chp4 主存儲器主存儲器分散式刷新：分散式刷新：刷新信號周期刷新信號周期 = 等于讀寫周期；等于讀寫周期；刷新周期刷新周期 = 陣列行數(shù)陣列行數(shù) 讀寫周期讀寫周期=128讀寫周期；讀寫周期；W/RW/

17、R REFREF W/RW/R REFREFW/RW/R REFREFChp4 主存儲器主存儲器分布式刷新：分布式刷新：刷新信號周期刷新信號周期=刷新周期刷新周期/陣列行數(shù)陣列行數(shù)=2ms/12815.6us 陣列陣列128行即行即128段，每段末尾占用一個讀寫周期段，每段末尾占用一個讀寫周期對該行進(jìn)行刷新。對該行進(jìn)行刷新。綜合分散與分布得到信號周期綜合分散與分布得到信號周期15.6usChp4 主存儲器主存儲器集中式刷新：集中式刷新：刷新信號周期刷新信號周期=讀寫周期；讀寫周期；刷新時間刷新時間=陣列行數(shù)陣列行數(shù)讀寫周期讀寫周期= 1280.1us=12.8us；刷新周期刷新周期=讀寫時間讀

18、寫時間+刷新時間。刷新時間。tCtCtCtCtCtCtCChp4 主存儲器主存儲器【4.6】機(jī)器有一個地址空間為機(jī)器有一個地址空間為0000H1FFFH的的ROM區(qū)域，現(xiàn)在再用區(qū)域，現(xiàn)在再用RAM芯片（芯片（8K4）形成一個）形成一個16K8的的RAM區(qū)域，起始地址為區(qū)域，起始地址為2000H，假設(shè)，假設(shè)RAM芯片有芯片有CS和和WE信號控制端，信號控制端，CPU地址總線地址總線為為A15A0，數(shù)據(jù)總線為，數(shù)據(jù)總線為D7D0，控制信號為，控制信號為R/W，MREQ。要求畫出邏輯圖。要求畫出邏輯圖。P136Chp4 主存儲器主存儲器解：數(shù)據(jù)總線解：數(shù)據(jù)總線D7D0 儲存區(qū)域數(shù)據(jù)寬度為儲存區(qū)域數(shù)據(jù)

19、寬度為8；ROM：0000H1FFFH 單元數(shù)：單元數(shù)：213 = 8K 容量：容量：8K8；RAM：容量：容量：16K8 需要需要4片片8K4芯片進(jìn)行綜芯片進(jìn)行綜合擴(kuò)展；合擴(kuò)展；地址分配：地址分配：片內(nèi)片內(nèi)A12A0，片選，片選A15A13ROM：地址范圍：地址范圍： 0000H1FFFH RAM(12#) ：地址范圍：地址范圍： 2000H3FFFHRAM(34#) ：地址范圍：地址范圍： 4000H5FFFHChp4 主存儲器主存儲器片選方式：片選方式： 方式一：方式一： A15A13接接3:8譯碼器輸入。譯碼器輸入。 方式二：方式二： A14、A13接接2:4譯碼器輸入，譯碼器輸入，A

20、15接地。接地。 方式三：方式三： A15A13分別接每組芯片的分別接每組芯片的CS端，此端，此種方式會造成地址不連續(xù)。種方式會造成地址不連續(xù)。作圖：參見作圖：參見 P440 （方式一）。（方式一）。Chp4 主存儲器主存儲器Chp4 主存儲器主存儲器【4.12】設(shè)某主存儲器訪問一次存儲器的時間如下：設(shè)某主存儲器訪問一次存儲器的時間如下：傳送地址傳送地址1個時鐘周期，讀個時鐘周期，讀/寫寫4個時鐘周期，數(shù)據(jù)傳個時鐘周期，數(shù)據(jù)傳送送1個時鐘周期，采用下述個時鐘周期，采用下述3種主存結(jié)構(gòu)讀取種主存結(jié)構(gòu)讀取16個字個字的數(shù)據(jù)塊，各需多少時鐘周期？的數(shù)據(jù)塊，各需多少時鐘周期？P137（1）單自寬主存，

21、一次只能讀）單自寬主存，一次只能讀/寫寫1個字。個字。（2）4字寬主存，一次可讀寫字寬主存，一次可讀寫4個字，但個字，但CPU與主存與主存的數(shù)據(jù)傳送寬度為的數(shù)據(jù)傳送寬度為1個字。個字。（3）4體交叉存儲器，每個存儲器為單自寬。體交叉存儲器，每個存儲器為單自寬?！?.7】SRAM和和DRAM的主要差別是什么？（略）的主要差別是什么？（略）Chp4 主存儲器主存儲器解：解： 即本題中，一個存儲周期為即本題中，一個存儲周期為1+4+1=6T。即連續(xù)。即連續(xù)兩次讀寫間隔至少保持兩次讀寫間隔至少保持6個個T。 存儲周期：存儲周期：連續(xù)啟動兩次連續(xù)啟動兩次獨立的存儲器獨立的存儲器操作所操作所需間隔的需間隔

22、的最小時間最小時間。 存儲器在讀存儲器在讀/寫操作時，不允許改變數(shù)據(jù)地址。寫操作時，不允許改變數(shù)據(jù)地址。Chp4 主存儲器主存儲器（1）操作方式為：）操作方式為：T T T TTT傳送地址傳送地址讀寫操作讀寫操作傳送數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)12T T T TTT5T正確操作方式為：正確操作方式為：T T T TTT12T T T TTT6T需要周期：需要周期：166T=96TChp4 主存儲器主存儲器（2）操作方式為：）操作方式為：T T T TTT傳送地址傳送地址讀寫操作讀寫操作傳送數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)145TT T T58T T T TTT T T T正確操作方式為：正確操作方式為：T T T TTT T T

23、 TT T T TTT T T TT T T TTT T T TT T T TTT T T T145891213166T6T6T9T需要周期：需要周期：36T + 9T = 27 TChp4 主存儲器主存儲器（3）單自寬）單自寬4體交叉存儲：體交叉存儲：需要周期需要周期= T+(m-1)= (m+3)t/4= ( 16+3) 6T/4= 28.5Tt原因：原因：= t/4 =1.5T不是一個整周期。而不是一個整周期。而題中將一個存儲周期題中將一個存儲周期分為了分為了6個整周期個整周期T。Chp4 主存儲器主存儲器正確方法：正確方法：多體交叉存儲器特征：多體交叉存儲器特征： 每個模塊都有每個模塊

24、都有獨立的獨立的讀寫控制電路、讀寫控制電路、地址寄存地址寄存器器和和數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器，各自以等同方式與，各自以等同方式與CPU傳送信息。傳送信息。1、CPU將地址送達(dá)將地址送達(dá)1個模塊，即被該模塊的個模塊，即被該模塊的AR讀取，讀取，此后可以繼續(xù)送出第二個地址到下一個模塊。此后可以繼續(xù)送出第二個地址到下一個模塊。注意：注意：2、每個模塊單獨的存儲周期仍是、每個模塊單獨的存儲周期仍是6T，即每個模塊中，即每個模塊中兩個字的存儲間隔至少保持兩個字的存儲間隔至少保持6T。Chp4 主存儲器主存儲器T T T TTT1T T T TTT2T T T TTT3T T T TTT4T T T TTT5

25、T T T TTT6T T T TTT7T T T TTT8T T T TTT9T T T TTT10T T T TTT11T T T TTT12T T T TTT13T T T TTT14T T T TTT15T T T TTT16M0M1M3M4M0M1M3M4M0M1M3M4M0M1M3M46T6T6T9T需要周期：需要周期：36T + 9T = 27 TChp4 主存儲器主存儲器【4.14】補(bǔ)充作業(yè)：補(bǔ)充作業(yè)： CPU有有16根地址線、根地址線、16根數(shù)據(jù)線，根數(shù)據(jù)線，MREQ為訪存信號，為訪存信號，W/R為讀寫控制信號?，F(xiàn)有為讀寫控制信號。現(xiàn)有ROM芯片兩種芯片兩種(2K8、8K4)

26、、RAM芯片三種芯片三種(1K4、2K8、8K8) 。請選擇合適的芯片設(shè)。請選擇合適的芯片設(shè)計主存，要求計主存，要求000H7FFH為系統(tǒng)區(qū)，為系統(tǒng)區(qū)，800H 17FFH 為用戶區(qū)，畫出邏輯圖。為用戶區(qū)，畫出邏輯圖。Chp4 主存儲器主存儲器解：解：CPU16根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線字長字長16位位；系統(tǒng)區(qū)：系統(tǒng)區(qū)：000H7FFH 空間大小空間大小21116 = 2K16。選用選用2K8芯片，需芯片，需2片。片。用戶區(qū)：用戶區(qū)： 800H 17FFH 區(qū)間容量：區(qū)間容量：17FFH-800H = FFFH?？臻g大小?？臻g大小21216 = 4K16。選用選用2K8芯片，需芯片，需4片。片。Chp4

27、 主存儲器主存儲器第五章第五章 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)Chp5 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)【5.1】某指令系統(tǒng)指令長某指令系統(tǒng)指令長16位，每個操作數(shù)的地址位，每個操作數(shù)的地址碼長碼長6位，指令分為無操作數(shù)、單操作數(shù)和雙操作數(shù)位，指令分為無操作數(shù)、單操作數(shù)和雙操作數(shù)三類。若雙操作數(shù)指令有三類。若雙操作數(shù)指令有K條，無操作數(shù)指令有條，無操作數(shù)指令有L條，條，問單操作數(shù)指令最多可能有多少條？問單操作數(shù)指令最多可能有多少條？P169解：要使單操作數(shù)指令最多，則除解：要使單操作數(shù)指令最多，則除K條和條和L條已有指條已有指令外，剩余指令全用作單操作數(shù)指令。令外，剩余指令全用作單操作數(shù)指令。Chp5 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)指令

28、字長指令字長16bit，地址碼長，地址碼長6bit，則操作碼長，則操作碼長4bit。 若全用作雙操作數(shù)指令，則最多容納若全用作雙操作數(shù)指令，則最多容納24條。條。 已知雙操作數(shù)指令有已知雙操作數(shù)指令有K條，則操作碼剩余條，則操作碼剩余24 K個信息可用。個信息可用。 24 K個操作碼信息加一個地址碼最多可尋址個操作碼信息加一個地址碼最多可尋址 ( 24 K)26條單操作數(shù)指令。條單操作數(shù)指令。 設(shè)單操作數(shù)指令有設(shè)單操作數(shù)指令有X條，則剩余條，則剩余( 24 K)26-X個個信息可用。信息可用。 ( 24 K)26-X個信息再加一個地址碼則最多可尋個信息再加一個地址碼則最多可尋址址( 24 K)

29、26-X)26條無操作數(shù)指令。條無操作數(shù)指令。Chp5 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)即有方程：即有方程： ( 24 K)26-X)26 = L求解得：求解得： X = ( 24 K)26- L/ 26Chp5 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)【5.2】基址寄存器的內(nèi)容為基址寄存器的內(nèi)容為2000H，變址寄存器內(nèi)，變址寄存器內(nèi)容為容為3A0H，指令的地址碼部分是，指令的地址碼部分是3FH，當(dāng)前當(dāng)前PC的的值為值為2B00H，寫出變址編址（考慮基址）和相對編，寫出變址編址（考慮基址）和相對編址兩種情況的訪存有效地址。址兩種情況的訪存有效地址。P169解：變址編址：解：變址編址：3A0H+3FH=3DFH變址編址（考慮基址）：

30、變址編址（考慮基址）：2000H+3DFH=23DFH相對編址：相對編址：2B00H+3FH=2B3FHChp5 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)【5.3】接上題（接上題（1）設(shè)變址編址用于取數(shù)指令，相對）設(shè)變址編址用于取數(shù)指令，相對編址用于轉(zhuǎn)移指令，存儲器內(nèi)容如下：編址用于轉(zhuǎn)移指令，存儲器內(nèi)容如下：P169地址地址內(nèi)容內(nèi)容003FH2300H2000H2400H203FH2500H233FH2600H23A0H2700H23DFH2800H2B00H063FH寫出從存儲器中所取寫出從存儲器中所取的數(shù)據(jù)以及轉(zhuǎn)移地址。的數(shù)據(jù)以及轉(zhuǎn)移地址。（2）若采取直接編址，）若采取直接編址，寫出從存儲器取出的寫出從存儲器取出

31、的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。Chp5 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)解：（解：（1）接上題，變址編址（考慮基址）接上題，變址編址（考慮基址）23DFH；相對編址：相對編址：2B3FH。地址地址內(nèi)容內(nèi)容003FH2300H2000H2400H203FH2500H233FH2600H23A0H2700H23DFH2800H2B00H063FH取數(shù)：取數(shù)：2800H；轉(zhuǎn)移：轉(zhuǎn)移：2B3FH。（2）直接編址取數(shù)）直接編址取數(shù):(3FH)=2300H；考慮基址則為：考慮基址則為：(203FH)=2500H。Chp5 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)【5.9】在下面有關(guān)尋址方式的敘述中，選擇正確答在下面有關(guān)尋址方式的敘述中，選擇正確答案填入。案填入

32、。P170根據(jù)操作數(shù)所在位置，指出其尋址方式：操作數(shù)在寄根據(jù)操作數(shù)所在位置，指出其尋址方式：操作數(shù)在寄存器中，為存器中，為 _ 尋址方式；操作數(shù)地址在寄存器尋址方式；操作數(shù)地址在寄存器中，為中，為_尋址方式；操作數(shù)在指令中，為尋址方式；操作數(shù)在指令中，為_尋址方式；操作數(shù)地址（主存）在指令中，尋址方式；操作數(shù)地址（主存）在指令中，為為_尋址方式；操作數(shù)的地址，為某一寄存器中尋址方式；操作數(shù)的地址，為某一寄存器中的內(nèi)容與位移量之和則可以是的內(nèi)容與位移量之和則可以是_、_、_ 尋址方式。尋址方式。寄存器寄存器寄存器間接寄存器間接立即數(shù)立即數(shù)直接直接基址基址變址變址相對相對Chp5 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)

33、【5.11】討論討論RISC和和CISC在指令系統(tǒng)方面的主要區(qū)在指令系統(tǒng)方面的主要區(qū)別。別。 （略）（略）P170【5.14】（補(bǔ)充作業(yè)）某（補(bǔ)充作業(yè)）某16位機(jī)所使用指令格式和尋位機(jī)所使用指令格式和尋址方式如下所示：該機(jī)有兩個址方式如下所示：該機(jī)有兩個20位基值寄存器，四位基值寄存器，四個個16位變址寄存器，十六個位變址寄存器，十六個16位通用寄存器。位通用寄存器。 有三種指令的操作碼分別是：有三種指令的操作碼分別是： MOV (OP)(A)H， MOV是傳送指令；是傳送指令；STA (OP)(1B)H， STA為寫數(shù)指令；為寫數(shù)指令；LDA (OP)(3C)H，LDA為讀數(shù)指令。為讀數(shù)指令

34、。Chp5 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) 指令格式如下，其中的指令格式如下，其中的 S(源源)，D(目標(biāo)目標(biāo))都是都是通用寄存器，通用寄存器，M是主存中的一個單元。是主存中的一個單元。OP目標(biāo)目標(biāo)源源MOV S, D15 10 9 8 7 4 3 0 20位地址位地址 目標(biāo)目標(biāo) OP LDA M，D 15 10 9 8 7 4 3 0 OP基址基址源源 變址變址位移量位移量 15 10 9 8 7 4 3 0 STA S, MChp5 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)要求：要求：1、分析三種指令格式與尋址方式特點。、分析三種指令格式與尋址方式特點。2、CPU完成哪一條指令所花時間最短？哪一條完成哪一條指令所花時間最短？哪

35、一條指令花時間最長？第二條指令的執(zhí)行時間有時會指令花時間最長？第二條指令的執(zhí)行時間有時會等于第三條指令的執(zhí)行時間嗎？等于第三條指令的執(zhí)行時間嗎？3、下列情況下每個十六進(jìn)制指令字分別代表什、下列情況下每個十六進(jìn)制指令字分別代表什么操作？若其中有的編碼不正確，如何改正才能么操作？若其中有的編碼不正確，如何改正才能成為合法指令？成為合法指令？ (F0F1)H (3CD2)H ； (2856)H ； (6FD6)H ； (1C2)HChp5 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)解：解：1、第一種指令是單字長二地址指令，、第一種指令是單字長二地址指令，RR型；型； 第二種指令是雙字長二地址指令，第二種指令是雙字長二地址指令

36、，RS型其中一型其中一個采用基址尋址或變址尋址，另一個由源寄存器決定；個采用基址尋址或變址尋址，另一個由源寄存器決定；OP目標(biāo)目標(biāo)源源MOV S, D15 10 9 8 7 4 3 0OP基址基址源源 變址變址位移量位移量 15 10 9 8 7 4 3 0 STA S, MChp5 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) 第三種也是雙字長二地址指令，第三種也是雙字長二地址指令，RS型，其中一型，其中一個由目標(biāo)寄存器決定，另一個由個由目標(biāo)寄存器決定，另一個由20位地址（直接尋址）位地址（直接尋址）決定。決定。 20位地址位地址 目標(biāo)目標(biāo) OP LDA M，D 15 10 9 8 7 4 3 0 2、第一種指令所花時

37、間最短，因為是寄存器、第一種指令所花時間最短，因為是寄存器寄寄存器型指令，不需要訪問存儲器。存器型指令，不需要訪問存儲器。OP目標(biāo)目標(biāo)源源MOV S, D15 10 9 8 7 4 3 0Chp5 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) 第二種指令所花時間最長，因為需要訪問存儲第二種指令所花時間最長，因為需要訪問存儲器，還要進(jìn)行尋址方式的變換運算（基值或變址），器，還要進(jìn)行尋址方式的變換運算（基值或變址），這也需要時間。這也需要時間。 第三種指令雖然也訪問存儲器，但節(jié)省了求有第三種指令雖然也訪問存儲器，但節(jié)省了求有效地址運算的時間開銷。第二種指令的執(zhí)行時間不效地址運算的時間開銷。第二種指令的執(zhí)行時間不會等于第三種指

38、令的執(zhí)行時間。會等于第三種指令的執(zhí)行時間。 20位地址位地址 目標(biāo)目標(biāo) OP LDA M，D 15 10 9 8 7 4 3 0 OP基址基址源源 變址變址位移量位移量 15 10 9 8 7 4 3 0 STA S, MChp5 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)3、已知：、已知：MOV(OP)001010，STA(OP)011011，LDA(OP)111100 (F0F1)H (3CD2)H = 1111000011110001 (3CD2)H 該指令代表該指令代表LDA指令，編碼正確，其含義是把主存指令，編碼正確，其含義是把主存(13CD2)H （20位）地址單元的內(nèi)容取至位）地址單元的內(nèi)容取至15寄存器

39、。寄存器。 20位地址位地址 目標(biāo)目標(biāo) OP LDA M，D 15 10 9 8 7 4 3 0 通用寄存器有通用寄存器有16個，個，因此需要因此需要4bit區(qū)分區(qū)分Chp5 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) 已知：已知：MOV(OP)001010，STA(OP)011011，LDA(OP)111100。 (2856)H = 0010100001010110 代表代表MOV指令，編碼正確，含義是把指令，編碼正確，含義是把6號源寄存號源寄存器的內(nèi)容傳送至器的內(nèi)容傳送至5號目標(biāo)寄器。號目標(biāo)寄器。OP目標(biāo)目標(biāo)源源MOV S, D15 10 9 8 7 4 3 0Chp5 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) 已知：已知：MOV(OP)

40、001010，STA(OP)011011，LDA(OP)111100。(6FD6)H = 0110111111010110 該指令是單字長指令，一定是該指令是單字長指令，一定是MOV指令，但編指令，但編碼錯誤。碼錯誤。 可改正為可改正為 0010100011010110 = (28D6)HOP目標(biāo)目標(biāo)源源MOV S, D15 10 9 8 7 4 3 0Chp5 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) 已知：已知：MOV(OP)001010，STA(OP)011011，LDA(OP)111100。(1C2)H = 0000000111000010 該指令是單字長指令，代表該指令是單字長指令，代表MOV指令，但編碼指

41、令，但編碼錯誤。錯誤。 可改正為可改正為 0010100011000010 = (28C2)HOP目標(biāo)目標(biāo)源源MOV S, D15 10 9 8 7 4 3 0第六章第六章 中央處理器中央處理器Chp6 中央處理器中央處理器【6.1】CPU結(jié)構(gòu)如下圖所示，其中有一個累加器結(jié)構(gòu)如下圖所示，其中有一個累加器AC，一個狀態(tài)條件寄存器和其他，一個狀態(tài)條件寄存器和其他4個寄存器，各部個寄存器，各部分之間的連線表示數(shù)據(jù)通路，箭頭表示信息傳送方分之間的連線表示數(shù)據(jù)通路，箭頭表示信息傳送方向。要求：向。要求：P234（1）標(biāo)明圖中）標(biāo)明圖中a, b, c, d 4個寄存器的名稱。個寄存器的名稱。（2）簡述指令

42、從主存取出到產(chǎn)生控制信號的數(shù)據(jù)通）簡述指令從主存取出到產(chǎn)生控制信號的數(shù)據(jù)通路。路。（3）簡述數(shù)據(jù)在運算器和主存之間進(jìn)行存）簡述數(shù)據(jù)在運算器和主存之間進(jìn)行存/取訪問取訪問的數(shù)據(jù)通路。的數(shù)據(jù)通路。ACcbPSR微操作信號微操作信號發(fā)生器發(fā)生器a主存儲器主存儲器Md+1Chp6 中央處理器中央處理器PCARDRIRChp6 中央處理器中央處理器【6.5】選出正確答案填空：選出正確答案填空：P235 微指令分水平型微指令和微指令分水平型微指令和_微指令兩類。微指令兩類。_可同時執(zhí)行若干個微操作，所以執(zhí)可同時執(zhí)行若干個微操作，所以執(zhí)行指令的速度比行指令的速度比_的快。的快。 在實現(xiàn)微程序時，取下一條微指

43、令和執(zhí)行本條在實現(xiàn)微程序時，取下一條微指令和執(zhí)行本條微指令一般是微指令一般是_進(jìn)行的，而微指令之間是進(jìn)行的，而微指令之間是_執(zhí)行的。執(zhí)行的。 實現(xiàn)機(jī)器指令的微程序一般是存放在實現(xiàn)機(jī)器指令的微程序一般是存放在_中中的，而用戶可寫的控制存儲器則由的，而用戶可寫的控制存儲器則由_組成。組成。垂直型垂直型水平型微指令水平型微指令垂直型微指令垂直型微指令重疊重疊順序順序ROMRAMChp6 中央處理器中央處理器【6.6】某機(jī)有某機(jī)有8條微指令條微指令I(lǐng)1-I8，每條微指令所包含，每條微指令所包含的微命令控制信號如下表所示。的微命令控制信號如下表所示。 P235a- j對應(yīng)對應(yīng)10種不同種不同性質(zhì)的微命令

44、信性質(zhì)的微命令信號。假設(shè)一條微號。假設(shè)一條微指令的控制字段指令的控制字段為為8位，請安排微位，請安排微指令的控制字段指令的控制字段格式。格式。Chp6 中央處理器中央處理器解：解：3種微指令編譯法：種微指令編譯法： 直接控制法、直接編譯法、間接編譯法。直接控制法、直接編譯法、間接編譯法。 方法選擇：方法選擇： 盡量使用直接控制法；盡量使用直接控制法； 若此時微指令控制字段無法包含全部微命令，若此時微指令控制字段無法包含全部微命令，則引入直接編譯法，和直接控制法結(jié)合；則引入直接編譯法，和直接控制法結(jié)合； 若仍然無法包含全部微命令，則單獨用直接控若仍然無法包含全部微命令，則單獨用直接控制法實現(xiàn)；制

45、法實現(xiàn)； 若還是無法包含全部微命令，則引入間接編譯若還是無法包含全部微命令，則引入間接編譯法。法。Chp6 中央處理器中央處理器 全用直接控制法全用直接控制法控制控制字段表示命令個數(shù)為字段表示命令個數(shù)為810； 使用直接控制法使用直接控制法6b+直直接編譯法接編譯法2b控制字段控制字段表示命令個數(shù)表示命令個數(shù)6+310，可行。，可行。但任選但任選5個命令直接控制，其余個命令直接控制，其余5個無法保持互斥。個無法保持互斥。Chp6 中央處理器中央處理器 使用直接控制法使用直接控制法4b+直接編譯法直接編譯法2b控制字段表示控制字段表示命令個數(shù)命令個數(shù)4+3+3=10，可行。，可行。Chp6 中央

46、處理器中央處理器 相容性低（互斥性高）的命令采用直接編譯法相容性低（互斥性高）的命令采用直接編譯法分組；相容性高的命令采用直接控制法并行。分組；相容性高的命令采用直接控制法并行。Chp6 中央處理器中央處理器 分析表格，分析表格，a, c, d的相容性最高（分別為的相容性最高（分別為9、8、8），所以用直接控制法表示。），所以用直接控制法表示。e和和g的相容性一樣的相容性一樣（都為（都為7）所以任意選一個用直接控制法表示（比）所以任意選一個用直接控制法表示（比如選如選g）。）。 剩下剩下b,e,f,h,i,j可通過相斥性分段，用直接編譯可通過相斥性分段，用直接編譯法表示。這里選（法表示。這里選

47、（e ,f ,h）和（）和（b, i, j）可分別組成）可分別組成兩組。結(jié)果如下：兩組。結(jié)果如下：12345678acdgefh-bij-Chp6 中央處理器中央處理器【6.7】已知某機(jī)采用微程序控制方式，其存儲器容已知某機(jī)采用微程序控制方式，其存儲器容量為量為51248（位），微程序可在整個控制存儲器中（位），微程序可在整個控制存儲器中實現(xiàn)轉(zhuǎn)移，可控制微程序的條件共實現(xiàn)轉(zhuǎn)移，可控制微程序的條件共4個（直接控制），個（直接控制），微指令采用水平型格式，如圖所示：微指令采用水平型格式，如圖所示：P236（1）微指令中的三個字段分別應(yīng)多少位？）微指令中的三個字段分別應(yīng)多少位？（2）畫出圍繞這種微指

48、令格式的微程序控制器邏輯）畫出圍繞這種微指令格式的微程序控制器邏輯框圖?？驁D。Chp6 中央處理器中央處理器解解:（1）可）可控制微程序的條件共控制微程序的條件共4個（直接控制）個（直接控制）判判別測試字段中每一位為一個判別標(biāo)志，該字段長別測試字段中每一位為一個判別標(biāo)志，該字段長4位位； 微程序可在整個控制存儲器中實現(xiàn)轉(zhuǎn)移，其存微程序可在整個控制存儲器中實現(xiàn)轉(zhuǎn)移，其存儲器容量為儲器容量為2948b 下地址字段長下地址字段長9位位； 微指令字段長：微指令字段長：48 4 9 = 35位位。Chp6 中央處理器中央處理器（2）微地址寄微地址寄存器存器對應(yīng)對應(yīng)下地下地址字段址字段；P字段字段即為即為

49、判別判別測試字段測試字段；控制字段控制字段即為即為微指令字段微指令字段，與與P字段一起組字段一起組成微指令寄存成微指令寄存器。器。地址轉(zhuǎn)移邏輯地址轉(zhuǎn)移邏輯即即AG，輸入是指，輸入是指令寄存器令寄存器OP譯碼，各狀態(tài)條件以譯碼，各狀態(tài)條件以及及P字段，其輸出適當(dāng)修改微地址字段，其輸出適當(dāng)修改微地址寄存器，實現(xiàn)微程序的分支轉(zhuǎn)移。寄存器，實現(xiàn)微程序的分支轉(zhuǎn)移。 Chp6 中央處理器中央處理器【6.8】在微程序計算機(jī)中，下一條要執(zhí)行的微指令在微程序計算機(jī)中，下一條要執(zhí)行的微指令地址都有哪些可能的來源？各發(fā)生在什么場合？地址都有哪些可能的來源？各發(fā)生在什么場合？(略略)P237【6.16】選擇填空：選擇

50、填空： 微機(jī)微機(jī)A和和B是采用不同主頻的是采用不同主頻的CPU芯片，片內(nèi)邏芯片，片內(nèi)邏輯電路完全相同。若輯電路完全相同。若A機(jī)的機(jī)的CPU主頻為主頻為8MHz，B機(jī)機(jī)為為12MHz。則。則A機(jī)的機(jī)的CPU主振周期為主振周期為_s。如。如A機(jī)的平均指令執(zhí)行速度為機(jī)的平均指令執(zhí)行速度為0.4MIPS，那么，那么A機(jī)的平機(jī)的平均指令周期為均指令周期為_s，B機(jī)的平均指令執(zhí)行為機(jī)的平均指令執(zhí)行為_MIPS。Chp6 中央處理器中央處理器解解:主振周期主振周期 = CPU周期周期 = 1/主頻主頻 。A機(jī)的機(jī)的CPU主振周期為：主振周期為：1/8MHz = 0.125s。MIPS：每秒鐘執(zhí)行百萬條指令。

51、：每秒鐘執(zhí)行百萬條指令。A機(jī)的平均指令執(zhí)行速度為機(jī)的平均指令執(zhí)行速度為0.4MIPSA機(jī)的平均指令周期為：機(jī)的平均指令周期為：1/0.4M = 2.5 s。指令執(zhí)行速度和主頻成正比。指令執(zhí)行速度和主頻成正比。B機(jī)指令速度機(jī)指令速度/ A機(jī)指令速度機(jī)指令速度=B機(jī)主頻機(jī)主頻/A機(jī)主頻機(jī)主頻B機(jī)的平均指令執(zhí)行為：機(jī)的平均指令執(zhí)行為： 0.4MIPS12/8=0.6MIPSChp6 中央處理器中央處理器【6.22】某機(jī)的微指令格式中有某機(jī)的微指令格式中有10個獨立的控制字個獨立的控制字段段C0C9，每個控制字段有，每個控制字段有Ni個互斥控制信號，個互斥控制信號，Ni的的值如下：值如下：P237字段

52、0123456789Ni463119571815 請回答：（請回答：（1）這）這10個控制字段，采用編碼表示個控制字段，采用編碼表示法，需要多少控制位？法，需要多少控制位？ （2）如果采用完全水平型編碼方式，需要多少）如果采用完全水平型編碼方式，需要多少控制位？控制位？Chp6 中央處理器中央處理器解：解：3種微指令編譯法：種微指令編譯法：直接控制法直接控制法、直接編譯法直接編譯法、間接編譯法。間接編譯法。 （1）編碼方式默認(rèn)為直接編譯法。）編碼方式默認(rèn)為直接編譯法。字段0123456789Ni463119571815需要的信息量57412 10682916對應(yīng)譯碼輸入3324433144需要

53、的控制位3324433144控制位數(shù)：控制位數(shù)：3+3+2+4+4+3+3+1+4+4 = 31位。位。Chp6 中央處理器中央處理器解解:（2）采用水平型編碼方式即直接控制法。每個采用水平型編碼方式即直接控制法。每個控制位對應(yīng)一個控制信號?？刂莆粚?yīng)一個控制信號。字段0123456789Ni463119571815需要的控制位463119571815控制位數(shù)：控制位數(shù)：4+6+3+11+9+5+7+1+8+15 = 69位。位。第七章第七章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)Chp7 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)【7.1】計算機(jī)存儲系統(tǒng)分哪幾個層次？每一層次主計算機(jī)存儲系統(tǒng)分哪幾個層次？每一層次主要采用什么存儲介質(zhì)？其存

54、儲容量和存取速度的相要采用什么存儲介質(zhì)？其存儲容量和存取速度的相對值如何變化？對值如何變化？P259答：存儲系統(tǒng)分為答：存儲系統(tǒng)分為cache、主存、輔存三個層次。、主存、輔存三個層次。其中，其中，cache采用采用SRAM、主存采用、主存采用DRAM、輔存大、輔存大多用磁表面存儲介質(zhì)構(gòu)成。多用磁表面存儲介質(zhì)構(gòu)成。從從cache到輔存，三個層次的容量增加、速度降低。到輔存，三個層次的容量增加、速度降低。Chp7 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)【7.3】設(shè)某流水線計算機(jī)有一個指令和數(shù)據(jù)合一的設(shè)某流水線計算機(jī)有一個指令和數(shù)據(jù)合一的cache，已知，已知cache的讀寫時間為的讀寫時間為10ns，主存的讀寫，主存

55、的讀寫時間為時間為100ns，取指的命中率為，取指的命中率為98%，數(shù)據(jù)的命中率，數(shù)據(jù)的命中率為為95%，在執(zhí)行程序時，約有，在執(zhí)行程序時，約有1/5指令需要存取一個指令需要存取一個操作數(shù)，為簡化起見，假設(shè)指令流水線在任何時候操作數(shù)，為簡化起見，假設(shè)指令流水線在任何時候都不阻塞。問設(shè)置都不阻塞。問設(shè)置cache后，與無后，與無cache比較，計算比較，計算機(jī)的運算速度可提高多少倍？機(jī)的運算速度可提高多少倍？P259Chp7 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)解：無解：無cache的計算機(jī)，平均訪存時間為：的計算機(jī)，平均訪存時間為：1001 + 1001/5 = 120ns有有cache的計算機(jī)中，的計算機(jī)中，訪

56、指令：訪指令：10ns0.98 + (100ns+10ns)0.02 = 12ns訪數(shù)據(jù)：訪數(shù)據(jù)：10ns0.95 + (100ns+10ns)0.05 = 15ns平均訪存時間：平均訪存時間：12ns + 15ns/5 = 15ns有有cache后，速度可提高后，速度可提高120/15 = 8倍。倍。Chp7 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)【7.4】接上題，如果采用哈佛結(jié)構(gòu)（分開的指令接上題，如果采用哈佛結(jié)構(gòu)（分開的指令cache和數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)cache），運算速度可提高多少倍？），運算速度可提高多少倍？P260解：與上題的區(qū)別在于，采用哈佛結(jié)構(gòu)，從解：與上題的區(qū)別在于，采用哈佛結(jié)構(gòu)，從cache中中取數(shù)據(jù)

57、與取指令同時進(jìn)行。取數(shù)據(jù)與取指令同時進(jìn)行。 訪存的平均時間為：訪存的平均時間為：Max（訪指令平均時間，（訪指令平均時間，訪數(shù)據(jù)平均時間）訪數(shù)據(jù)平均時間）= Max（12ns，3ns）=12ns 速度可提高速度可提高120/12 = 10倍。倍。Chp7 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)【7.5】設(shè)某計算機(jī)的設(shè)某計算機(jī)的cache采用采用4路組相聯(lián)映像，已路組相聯(lián)映像，已知知cache容量為容量為16KB，主存容量為，主存容量為2MB，每個字塊，每個字塊有有8個字，每個字有個字，每個字有32位。請回答：位。請回答：P260（1）主存地址多少位（按字節(jié)編址），各字段如何）主存地址多少位（按字節(jié)編址），各字段如何

58、劃分（各需多少位）？劃分（各需多少位）？（2）設(shè)）設(shè)cache起始為空，起始為空，CPU從主存單元從主存單元0,1,100依次讀出依次讀出101個字（主存一次讀出一個字），并重復(fù)個字（主存一次讀出一個字），并重復(fù)按此次序讀按此次序讀11次，問命中率為多少？若次，問命中率為多少？若cache速度是速度是主存的主存的5倍，問采用倍，問采用cache與無與無cache比較速度提高多比較速度提高多少倍？少倍？Chp7 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)解解:（1）組相聯(lián)映像主存地址格式：）組相聯(lián)映像主存地址格式： Cache 共共 2c 塊，被分成塊，被分成 2c組，每組組，每組 2r 個塊，個塊，t位為區(qū)地址。位為區(qū)

59、地址。c = c+ r 4路組相聯(lián)路組相聯(lián)r = 2; cache容量容量16KB，字塊為，字塊為8個字，每個字個字，每個字32位位 cache中的塊數(shù)：中的塊數(shù)：16KB / (84B) = 512; 2c = 512 c = 9; c= c - r c= 7;Chp7 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng) 每個字塊有每個字塊有8個字個字 b = 3; 每個字有每個字有32位，按字節(jié)編址位，按字節(jié)編址 字節(jié)地址為字節(jié)地址為2bit 主存容量主存容量2MB，按字節(jié)編址，按字節(jié)編址 主存地址共主存地址共21bit。 主存區(qū)地址：主存區(qū)地址：t = 21 r c b 2 = 7bit主存地址格式：主存地址格式：區(qū)地址

60、塊號組地址塊內(nèi)地址字節(jié)t=7r=2c =7b=32Chp7 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)（2）每塊含）每塊含8個字，主存字單元個字，主存字單元0100共分成共分成13個塊。個塊。第一遍取數(shù)時，因第一遍取數(shù)時，因cache為空，命中率為為空，命中率為0；從第二遍開始取數(shù)，無需替換，從第二遍開始取數(shù)，無需替換，cache命中率為命中率為1；讀取讀取11遍，總體命中率為遍，總體命中率為10/11 91%設(shè)設(shè)cache讀寫時間為讀寫時間為t，則主存為，則主存為5t。采用采用cache的平均訪存時間的平均訪存時間=10t + 16t = 16t;無無cache的訪存時間的訪存時間=115t;速度快速度快55t/16