計算機組成原理 習(xí)題

計算機組成原理

第四章習(xí)題姓名：楊慧晶單位：軟件學(xué)院Email：yanghuijing@

4.說明存取周期和存取時間的區(qū)別。

解：存取周期和存取時間的主要區(qū)別是：存取時間僅為完成一次操作的時間，而存取周期不僅包含操作時間，還包含操作后線路的恢復(fù)時間。即：

存取周期=存取時間+恢復(fù)時間

5.什么是存儲器的帶寬？若存儲器的數(shù)據(jù)總線寬度為32位，存取周期為200ns，則存儲器的帶寬是多少？

解：存儲器的帶寬指單位時間內(nèi)從存儲器進出信息的最大數(shù)量。

存儲器帶寬=1/200nsX32位

=160M位/秒=20MB/S=5M字/秒2編輯課件

6.某機字長為32位，其存儲容量是64KB，按字編址它的尋址范圍是多少？若主存以字節(jié)編址，試畫出主存字地址和字節(jié)地址的分配情況。

解：存儲容量是64KB時，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)編址時的主存地址分配圖如下：0123…………65465534655327…………6553565533字地址

HB—————字節(jié)地址—————LB048……65528655323編輯課件

7.一個容量為16KX32位的存儲器，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)格的存儲芯片時，各需要多少片？

1KX4位，2KX8位，4KX4位，16KX1位，4KX8位，8KX8位

解：

地址線和數(shù)據(jù)線的總和=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

4編輯課件

10.半導(dǎo)體存儲器芯片的譯碼驅(qū)動方式有幾種？

解：半導(dǎo)體存儲器芯片的譯碼驅(qū)動方式有兩種：線選法和重合法。

線選法：地址譯碼信號只選中同一個字的所有位，結(jié)構(gòu)簡單，費器材；

重合法：地址分行、列兩部分譯碼，行、列譯碼線的交叉點即為所選單元。這種方法通過行、列譯碼信號的重合來選址，也稱矩陣譯碼?？纱蟠蠊?jié)省器材用量，是最常用的譯碼驅(qū)動方式。5編輯課件解：根據(jù)1100101，得n=7。根據(jù)2k≥n+k+1，可求出需增添k=4位檢測位，各位的安排如下：二進制序號1234567891011海明碼C1C21C4100C8101按配奇原則配置，則C1=3⊕5⊕7⊕9⊕11=1C2=3⊕6⊕7⊕10⊕11=1C4=5⊕6⊕7=0C8=9⊕10⊕11=1故新配置的汗明碼為11101001101。11.按配奇原則配置1100101的漢明碼。6編輯課件解：順序存儲（高位交叉編址）和交叉存儲（低位交叉編址）連續(xù)讀出4個字的信息量是32×4=128位。順序存儲存儲器連續(xù)讀出4個字的時間是200ns×4=800ns=8×10-7s交叉存儲存儲器連續(xù)讀出4個字的時間是200ns＋50ns×(4-1)=350ns=3.5×10-7s順序存儲器的帶寬是128/(8×10-7)=16×107bps交叉存儲器的帶寬是128/(3.5×10-7)=37×107bps12.設(shè)有四個模塊組成的四體存儲器結(jié)構(gòu)，每個體的存儲字長為32位，存取周期為200ns。假設(shè)數(shù)據(jù)總線寬度為32位，總線傳輸周期為50ns，試求順序存儲和交叉存儲的存儲器帶寬。7編輯課件解：（1）Cache的命中率為2000/(2000+50)=0.97（3）平均訪問時間=50ns×0.97＋200ns×(1–0.97)=54.5ns（2）由題可知，訪問主存的時間是訪問Cache時間的4倍（200/50=4）13.假設(shè)CPU執(zhí)行某段程序時，共訪問Cache2000次，訪問主存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、效率和平均訪問時間。8編輯課件14.假設(shè)主存容量為512K×16位，Cache容量為4096×16位，塊長為4個16位的字，訪存地址為字地址。（1）在直接映射方式下，設(shè)計主存的地址格式。（2）在全相聯(lián)映射方式下，設(shè)計主存的地址格式。（3）在二路組相聯(lián)映射方式下，設(shè)計主存的地址格式。（4）若主存容量為512K×32位，塊長不變，在四路組相聯(lián)映射方式下，設(shè)計主存的地址格式。9編輯課件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19-12=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。10編輯課件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512K×32位，即雙字寬存儲器，塊長仍為4個16位的字，訪存地址仍為字地址，則主存容量可寫為1024K×16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=8。對應(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。11編輯課件12編輯課件

15.設(shè)某機主存容量為4MB，Cache容量為16KB，每字塊有8個字，每字32位，設(shè)計一個四路組相聯(lián)映象（即Cache每組內(nèi)共有4個字塊）的Cache組織，要求：

（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……99號單元讀出100個字（主存一次讀出一個字），并重復(fù)按此次序讀8次，問命中率是多少？

（3）若Cache的速度是主存的6倍，試問有Cache和無Cache相比，速度提高多少倍？13編輯課件

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號字單元時，將主存0號字塊（0~7）調(diào)入Cache（0組0號塊），主存讀8號字單元時，將1號塊（8~15）調(diào)入Cache（1組0號塊）……主存讀96號單元時，將12號塊（96~103）調(diào)入Cache（12組0號塊）。14編輯課件

共需調(diào)100/813次，就把主存中的100個數(shù)調(diào)入Cache。除讀第1遍時CPU需訪問主存13次外，以后重復(fù)讀時不需再訪問主存。則在800個讀操作中：

訪Cache次數(shù)=（100-13）+700=787次

Cache命中率=

787/8000.9898%

（3）設(shè)無Cache時訪主存需時800T（T為主存周期），加入Cache后需時：

787×T/6+13T（131.167+13）T

144.167T

則：800T/144.167T5.55倍

有Cache和無Cache相比，速度提高4.55倍左右。15編輯課件

16.假設(shè)主存容量為512KB，Cache容量為4KB，每個字塊為16個字，每個字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）畫出直接映射方式下主存地址字段中各段的位數(shù)。16編輯課件

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。因每個字塊16個字，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。因每個字塊16個字，故主存中共128K/16=8192