计算机组成原理习题解析.docx

1、计算机组成原理习题解析4.3 主教材习题解析4.1 说明1Ml位DRAM片子的刷新方法，刷新周期定为8ms。解： 1Ml位DRAM片子的组织为10241024，(1024行1024列),每次刷新2048单元，在一个刷新周期内刷新512次，每次刷新间隔为8ms / 512 = 15.625微秒，即每隔15.625微秒刷新2行，在不到8ms时间全部刷新一遍(即刷新周期定为8ms)。刷新时，送9位行地址A8A0，行地址选通信号RAS#=L，写信号WE#=H (刷新是假读)4.2 用16k8位的DRAM芯片构成64K32位的存储器：画出该存储器的组成逻辑框图解：采用字位扩展法，4片16k8位芯片组成一

2、组为位扩展，形成32位字共用4组字扩展,构成64k32的存储器。 4.3 设有一个具有20位地址和32位字长的存储器，求 （1） 该存储器能存储多少个字节的信息？ （2） 若存储器由512k8位SRAM芯片组成，需要多少片？ （3） 需要多少位地址作芯片选择？解：（1）22032 / 8 = 4MB （2）4MB / 512k8位 = 8片,2片构成1MB, 4MB需4组 （3）2片构成1MB, 4MB需4组，用2位地址作芯片选择。4.4. 用下列芯片构成存储系统，各需要多少个RAM芯片？需要多少位地址作为片外地址译码？设系统为20位地址线，采用全译码方式。（1）5124位RAM构成16KB的

3、存储系统；（2）10241位RAM构成128KB的存储系统；（3）2K4位RAM构成64KB的存储系统；（4）64K1位RAM构成256KB的存储系统；解： 1) 需要16KB/5124=64片 片外地址译码需11位地址线。2) 需要128KB/1K1=1024片 片外地址译码需10位地址线。3) 需要64KB/2K4=64片 片外地址译码需9位地址线。4) 需要256KB/64K1位=32片 片外地址译码需4位地址线。4.5 现有一种存储芯片容量为5124位，若要用它组成4KB的存储容量，需多少这样的存储芯片？每块芯片需多少寻址线？而4KB存储系统最少需多少寻址线？解: 4KB/ 5124b

4、= 16，需要16片 每片芯片需9条寻址线 4KB存储系统最少需12条寻址线4.6 何为位扩展？何为字扩展？并举例说明。 解：若每个存储芯片只有1条数据线D，8个存储芯片的数据线分别同CPU的数据线D0D7相连，CPU发出16位地址，同时选中8个存储片的同一地址单元，各提供1位数据，形成1个字节的信息供CPU读写（这就是“位扩展”）;同样，若每个存储芯片只有2条数据线D1,D0，4个存储芯片的数据线分别同CPU的数据线D0D1，D2D3，D4D5，和D6D7相连，CPU发出16位地址，同时选中4个存储片的同一地址单元，各提供2位数据，形成1个字节的信息供CPU读写;若每个存储芯片各有4条数据线

5、D3,D2,D1,D0，2个存储芯片的数据线分别同CPU的数据线D3D2D1D0，和D6D7D4D5，相连，CPU发出16位地址，同时选中1个存储片的同一地址单元，各提供4位数据，形成1个字节的信息供CPU读写。这都是“位扩展”。每个存储芯片提供字信息，设字信息为8位，每个芯片可提供64K8位64K字，8个存储芯片构成864K字，把存储字从64K字扩展为512K字。这就是“字扩展”。4.7 用16k8位的SRAM芯片构成64K16位的存储器，要求画出该存储器的组成逻辑框图。解：采用字位扩展法，2片16k8位芯片组成一组为位扩展，形成16位字共用4组字扩展,构成64k16位的存储器。4.8 已知

6、某8位机的主存采用半导体存储器，地址码为18位，采用4K4位的SRAM芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用模块条形式，问：（1）若每个模块条为32K8位，共需几个模块条？（2）每个模块条内有多少片RAM芯片?（3）主存共需多少RAM芯片？CPU需使用几根地址线来选择各模块？使用何种译码器？ 解：（1）地址码为18位，所允许的最大主存空间为218B=512KB 512KB / 32K8位 = 16，共需16个模块条（2）32K8位 / 4K4位 = 16，每个模块条内有16片RAM芯片（3）1616 = 256 主存共需256个RAM芯片 16 = 2n， n = 4 CPU需使用4地址线来

7、选择各模块，使用2-4译码器。49 用32K8位的静态存储芯片实现128K16位的存储体，按字编址（16位为一个字）。 该存储体需要多少块32K8位存储芯片； 该存储体的地址总线和数据总线各是多少位。解：（1）128K16 / 32K8位 =42（2）该存储体的地址总线为17位; 该存储体的数据总线为16位410 试述三级存储系统的组成（按CPU向外的次序写）及功能。解：三级存储系统的组成是Cache（高速缓冲存储器）、主存储器和辅助存储器构成三级存储系统，分为两个存储层次：Cache-主存存储层次（Cache存储系统）和主存-辅存存储层次（虚拟存储系统）。Cache-主存存储层次用来解决主存

8、速度低的问题，弥补CPU与主存在速度上的差异。 主存-辅存存储层次用来解决主存容量小的问题，在主存和辅存之间增加辅助硬件和辅助软件，使主存和辅存构成一个整体，扩大程序可访问的存储空间，通过把磁盘空间当作主存空间供程序使用，建立起一个虚拟存储器。411一个具有8KB直接映象Cache的32位计算机系统，主存容量为32MB，假定该Cache中块的大小为4个32位字。（1）求该主存地址中区号、块号和块内地址的位数。（2）求主存地址为ABCDEF16的单元在Cache中的位置解：( 1 ) 区号 = 32MB / 8KB = 4K, 12位 块号 = 8KB / 44B = 512 , 9位 块内地址

9、 = 432 / 8 = 16 , 4位 (字节地址)( 2 ) 主存地址为ABCDEF16的单元其二进制地址为： 0 1010 1011 1100 1101 1110 1111 (注意主存字节地址为25位) 区号为0 1010 1011 110 块号为0 1101 1110 数据在Cache中的位置是 0 1101 1110 1111即DEF16412 直接映象Cache的块长为4个32位字,容量为4096字,主存容量为64K字:（1） 画出该Cache的地址映象方式（2）求主存中有多少块，Cache中有多少块解：(1) Cache的地址映象方式 这里的块号同Cache块号。(2) 主存中块

10、数为64K字 / 4字=16K个Cache中块数为4096 字/ 4字 =1024个413 一个计算机系统的主存容量为2MB，字长32位，采用直接映象的Cache的容量为512字，计算主存地址格式中，区号、块号和块内地址字段的位数。 （1）Cache块长为1字 （2）Cache块长为8字解： (1) Cache块长为1字 主存为2MB, 21位，字长32位，字内字节地址2位，主存字地址19位 区号 = 2MB / 5124B = 1024, 10位 块号 = 512字 / 1字 = 512, 9位 块内地址,字地址0位(1个字), 字内字节地址2位(4B) (2) Cache块长为8字主存为2

11、MB, 21位，字长32位，字内字节地址2位，主存字地址19位 区号 = 2MB / 5124B = 1024, 10位 块号 = 512字 / 8字 =64 , 6位 块内地址,字地址3位(8个字), 字内字节地址2位(4B)414 一个具有16KB直接映象Cache的32位微处理器，主存容量为256MB，假定该Cache中块的大小为4个32位字。 （1）画出该Cache的地址映象方式，并指出主存地址不同字段的作用;(2) 主存地址为ABCDE8F16的单元在cache中的位置(写出区号、块号和块内地址值)解：(1) 主存256MB,地址为28位 区号 = 256MB / 16K =16K个

12、, 14位 块号 = 16KB / 44B =1024, 10位 块内地址，字地址2位，字节地址4位这里的块号同Cache块号。 “区号”作为标记（表示为Tag）存放在“地址映像表”中，用于判断是否命中；“块号”是区内块号，同Cache块号，用于直接查“地址映像表”（用作查表索引，表示为Index），以及在Cache中进行“块寻址”；“块内地址”用于在块内选择字或字节（表示为BS） (2) 主存地址为ABCDE8F16的单元其二进制地址为： 1010 1011 1100 11 1111 (主存字节地址为28位) 区号为1010 1011 1100 11 块号为01 1110 1000 数据在C

13、ache中的位置是01 1110 1000 1111即 1E8F16415 有一个Cache-主存存储层次，主存容量为8个块，Cache容量为4个块。采用直接地址映象：（1）对于如下主存块地址流：0,1,2,5,4,6,4,7,1,2,4,1,3,7,2,如果主存中内容一开始未装入Cache中，请列出每次访问后Cache中各块的分配情况（2）指出块命中的时刻 （3）求出此期间Cache的命中率解：(1)时间123456789101112131415地址流0125464712413720块0000444444444441块115555511111112块22266662222223块777777

14、777(1) 从表可见命中时刻为：7,11,12和15(2) h =4 / 15 =0.267416 一个组相联映象Cache由64个存储块构成，每组包含4个存储块。主存包含4096个存储块，每块由128字组成，访存地址为字地址。（1）求一个主存地址有多少位？一个Cache地址有多少位？（2）计算主存地址格式中，区号、组号、块号和块内地址字段的位数。解：(1) 主存4096块-12位, 每块128字-7位, 共19位 Cache 64块-6位, 每块128字-7位, 共13位(2) 区号 = 主存块数 / Cache块数 = 4096 / 64 =64 (6位) 组号 = Cache块数 /

15、组内块数 = 64 / 4 =16 (4位) 组内块号为4 (2位) 块内地址为7位(字地址，每块128字) 主存地址格式如下6位 6位 2位 7位区号组号组内块号 块内地址417 有一个16KB 4路组相联Cache的32位微处理器，假定该Cache的块为4个32位的字。（1）画出该Cache的结构逻辑图，指出主存地址的不同字段的作用。（2）主存地址为ABCDE8F816的单元在Cache中的什么位置。解：(1) Cache容量为16kb，地址14位; 采用4路组相联结构，块地址2位;块长为4个字,块内地址2位;每个字32位(4个字节),字内字节地址2位。由(2)知主存地址为32位，则区号为

16、32-14 = 18位。则逻辑结构图如下：（2）主存地址单元ABCDE8F8的二进制表示为： 1010 1011 1100 1101 1110 1000 11110 1000 Cache地址为：10 1000 11110 1000418 有一个”Cache-主存”存储层次。主存共分为8个块(07)，Cache为4个块(03)，采用组相联映象，组内块数为2块，采用LRU(近期最少使用法)的替换算法。（1）画出主存、Cache地址的各字段对应关系;（2）画出主存、Cache空间块的映象对应关系的示意图;（3）对于如下主存块地址流：1、2、4、1、3、7、0、1、2、5、4、6、4、7、2,请列出每

17、次访问后Cache 中各块的分配情况。解：(1) 主存、Cache地址的各字段对应关系如下：(2) 主存的第0和第1块映射到Cache的第0和第1块; 主存的第2和第3块映射到Cache的第2和第3块; 主存的第4和第5块映射到Cache的第0和第1块; 主存的第6和第7块映射到Cache的第2和第3块; 如下图所示： (3) Cache 中各块的使用状况如下图所示：块失效又发生块争用的时刻为：6.7.9.10.11.12.14.15。Cache命中3次,在此期间Cache的命中率为：H = 3 / 15 = 0.2。419设Cache的工作速度为主存的8倍，Cache被访问命中的概率为0.9

18、0，问采用Cache后，存储器性能提高多少？ 解：Ta = 0.1 Tm +0.9Tm / 8 = 0.2125 性能为原来的 1 / 0.2125 = 4.706 倍，即提高了3.706倍420 某计算机的页式虚存管理中采用长度为32字的页面。页表内容如表习5-1所示，求当CPU程序按下列2进制虚拟字地址访存时产生的实际字地址。（1）00001101（2）10000000（3）00101000表习5-1虚页号实页号装入位0000110010010111011001100101101011001110解：页面长度为32字，则页内地址5位，8位地址码巾的髙3位为虚页号，从表中查出2位实页号，与页

19、内地址合并构成7位实际物理内存的地址。(1) 虚页号为000,查得实页号01，与页内地址01101合并，得0101101;(2) 虚页号为100,查得实页号10，与页内地址00000合并，得1000000;(3) 虚页号为001,查得该页未装入内存，故无相应的内存地址。421 一个虚拟存储器有8个页面，页面大小为1024字，内存有4个页面框架，页表的内容如表习5-2所示。问对应于虚拟地址4096的主存地址是什么。表习5-2虚页号实页号虚页号实页号034211526037解：方法1：利用除法和取模法 页面大小为1024，虚拟地址为4096,4096 / 1024 =4-0， 虚页号为4页内地址为

20、0，查表得实页号为2，实际地址为21024+0=2048 方法2：页面大小为1024，用二进制表示地址中页内地址部分为10位,髙位部分为虚页号，4096 = 1 0000 0000 00002 虚页号为4 = 100, 页内地址为 00 0000 0000，查得实页号为2,即102,与页内号合并得实际地址为 1000 0000 00002422 一个虚拟存储器有8个页面，页面大小为1024字，内存有4个页面框架，页表的内容如表习5-2所示(同上题)。（1）问哪些虚拟地址将引起页面失效？（2）对应于以下虚拟地址的主存地址是什么？ 0 3728 1023 1024 7800 4096解：(1) 虚

21、页号为2、3、5、7的页面失效。 (2) 0-0110000000000 3728-虚页号为3，页面失效。 1023-0111111111111 1024-0010000000000 7800-虚页号为7，页面失效-010*423 主存容量为4MB，虚存容量为1GB，则虚拟地址和物理地址各为多少位？如页面大小为4KB，页表长度是多少？ 解： 1GB = 230 虚拟地址 = 30位 4MB =222 物理地址 = 22位 主存4MB，页面大小为4KB ，主存中有4MB /4KB = 1024页 虚存容量为1GB，可有256*1024页页表长度 = 218 =256K424 一台计算机的主存容量

22、为1MB，字长为32位，Cache的容量为512字，确定下列情况下主存和Cache的地址格式：（1）直接映像的Cache，块长1字（2）直接映像的Cache，块长8字（3）组相联映像的Cache，块长1字，组内4块解：(1) Cache块长为1字 主存为1MB, 20位，字长32位，字内字节地址2位，主存字地址18位 区号 =1MB / 5124B = 512, 9位 块号 = 512字 / 1字 = 512, 9位 块内地址,字地址0位(1个字), 字内字节地址2位(4B)主存的地址格式 区号块号块内字节地址 9位 9位 2位 Cache的地址格式块号块内字节地址 9位 2位 (2) Cac

23、he块长为8字主存为1MB, 20位，字长32位，字内字节地址2位，主存字地址18位 区号 = 1MB / 5124B = 512, 9位 块号 = 512字 / 8字 =64 , 6位 块内地址,字地址3位(8个字), 字内字节地址2位(4B)主存的地址格式 区号块号块内字节地址 9位 6位 5位 Cache的地址格式块号块内字节地址 6位 5位 （3）组相联映像的Cache，块长1字，组内4块组内4块，块号2位 ，块长1字，块内地址,字地址0位(1个字), 字内字节地址2位(4B)，Cache的容量为512字，块长1字，Cache中有512块，每组4块，Cache中有128组.区号9位，组

24、号7位，组内块号2位，块内地址-字地址0位(1个字), 字内字节地址2位(4B) 主存的地址格式 区号组号组内块号块内字节地址 9位 7位 2位 2位 Cache的地址格式组号组内块号块内字节地址 7位 2位 2位425 一个直接映像的Cache，块长为4个16位的字，容量为4096字，主存容量为64K字（1）设计该Cache的地址映像方式（2）主存有多少个块？Cache有多少个块？解：(1) Cache地址：Cache地址容量为4096字，16位字长，字节地址13位，Cache块长为4个16位的字， 1024块，块号10位，块内字节地址3位（块内字地址2位(4个字), 字内字节地址1位) 主存容量为64K字，字长16位，主存字节地址17位（字地址16位，字内字节地址1位），区号 = 64K字/ 4096字= 16, 4位主存的地址格式 区号块号块内字节地址 4位 10位 3位 Cache的地址格式 块号块内字节地址 10位 3位 （2） 主存有16个块,Cache有10个块。这里的块号同Cache块号。