计算机组成原理习题课.ppt
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1、计算机组成原理 第二、三章习题2014-5-6计算机组成原理22014-5-6第3章 P111 第1题1、设有一个具有设有一个具有20位地址和位地址和32位字长的存储器,问:位字长的存储器,问:(1)该存储器能存储多少字节的信息?该存储器能存储多少字节的信息?存储容量存储容量=存储单元个数存储单元个数每单元字节数每单元字节数=220(32 bit 8 bit)=4M(2)如果存储器由如果存储器由512K8位位SRAM芯片组成,需要多少片芯片组成,需要多少片?需要做存储芯片的字位扩展,所需芯片数需要做存储芯片的字位扩展,所需芯片数d=22032/512K8=8片片位扩展:位扩展:4片片512K8
2、位芯片构成位芯片构成512K32位的存储组;位的存储组;字扩展:字扩展:2组组512K32位存储组构成位存储组构成1M32位的存储器。位的存储器。(3)需要多少位地址做芯片选择?需要多少位地址做芯片选择?字扩展的是字扩展的是2个存储组,因此,需个存储组,因此,需1位地址做片选。位地址做片选。计算机组成原理32014-5-6第3章 P111 第3题3、用、用16K8位的位的DRAM芯片构成芯片构成64K32位存储器,要求:位存储器,要求:(1)画出该存储器的组成逻辑框图。画出该存储器的组成逻辑框图。由由16K8位的芯片进行字位扩展构成位的芯片进行字位扩展构成64K32位存储器,共需芯片数位存储器
3、,共需芯片数d=64K32/16K8=16片;片;位扩展位扩展:由:由4片片16K8位芯片构成位芯片构成16K32位存储组;位存储组;字扩展字扩展:由:由4组组16K32位存储组构成位存储组构成64K32位存储器;位存储器;因此,因此,4个存储组的片选信号应由最高两位地址个存储组的片选信号应由最高两位地址A14和和A15产生;产生;该存储器的组成逻辑框图如下:该存储器的组成逻辑框图如下:2:4译码器A14A15CS3CS2CS0CS1A13A0D0D7/WE计算机组成原理42014-5-6第3章 P111 第3题16K8RAMA13A0D7D0/WE/CS16K8RAMA13A0D7D0/WE
4、/CSA13A0D7D0D15D816K8RAMA13A0D7 D0/CS/WE16K8RAMA13A0D7 D0/CS/WED23D16D31D23/CS/WE位位扩扩展展计算机组成原理52014-5-6字扩展16K32存储组存储组A13A0D31D0/WE/CS16K32存储组存储组A13A0D31D0/WE/CS16K32存储组存储组A13A0D31D0/WE/CS16K32存储组存储组A13A0D31 D0/CS/WE/WEA13A0D31D074LS139/G1B A/Y0/Y1/Y2/Y3/MREQA14A15计算机组成原理62014-5-6第3章 P111 第5题5、要求用要求用
5、256K16位位SRAM芯片设计芯片设计1024K32位的存储器。位的存储器。SRAM芯芯片的两个控制端:当片的两个控制端:当CS有效时,该片选中。当有效时,该片选中。当W/R=1时执行读操作,时执行读操作,当当W/R=0时执行写操作。时执行写操作。256K16SRAMA17A0D15D0/WE/CS256K16SRAMA17A0D15D0/WE/CSA17A0D15D0D31D16CSWE解:所解:所需芯片数需芯片数d=1024K32/256K16=8片片(1)位扩展:位扩展:2片片256K16位芯片构成位芯片构成256K32位存储组;位存储组;地址线、片选、读写信号共用,数地址线、片选、读
6、写信号共用,数据线分高据线分高16位、低位、低16位,如图示。位,如图示。位扩展位扩展计算机组成原理72014-5-6第3章 P111 第5题(2)字扩展:字扩展:4组组256K32位存储组构成位存储组构成1024K32位存储器,位存储器,因容量由因容量由256K增大到增大到1024K,共需地址线,共需地址线20条。原有地址线条。原有地址线A17A0、读写信号、读写信号、32位数据线位数据线共用,最高两位地址线共用,最高两位地址线A18和和A19经经2-4译码器译码器输出产生输出产生4个存储组的个存储组的片选信号,如图所示。片选信号,如图所示。256K32存储组存储组A17A0D31D0/WE
7、/CS256K32存储组存储组A17A0D31D0/WE/CS256K32存储组存储组A17A0D31D0/WE/CS256K32存储组存储组A17A0D31 D0/CS/WE/WEA17A0D31D02-4译码器译码器B A/Y0/Y1/Y2/Y3A18A19字扩展字扩展计算机组成原理82014-5-6第3章 P111 第6题6、用、用32K8位的位的E2PROM芯片组成芯片组成128K16位的只读存储器,试问:位的只读存储器,试问:(1)数据寄存器多少位?数据寄存器多少位?因为系统数据总线为因为系统数据总线为16位,所以数据寄存器位,所以数据寄存器16位位(2)地址寄存器多少位?地址寄存器
8、多少位?因为存储器容量为因为存储器容量为128K,需系统地址总线,需系统地址总线17位,位,所以地址寄存器所以地址寄存器17位位(3)共需多少个共需多少个E2PROM芯片?芯片?所需芯片总数:所需芯片总数:(128K/32K)(16/8)=8片片计算机组成原理92014-5-6第3章 P111 第6题(4)画出此存储器的组成框图。画出此存储器的组成框图。CPU地址地址寄存器寄存器数据数据寄存器寄存器32K832K832K832K832K832K832K832K8CS3CS2CS1CS02:4译码器译码器CS0CS3A16A15计算机组成原理102014-5-6第3章 P111 第7题7、某机器
9、中,已知配有一个地址空间为某机器中,已知配有一个地址空间为0000H3FFFH的的ROM区域。现在再用区域。现在再用一个一个RAM芯片芯片(8K8)形成形成40K16位的位的RAM区域,起始地址为区域,起始地址为6000H。假设。假设RAM芯片有芯片有CS和和WE信号控制端。信号控制端。CPU的地址总线为的地址总线为A15A0,数据总线为,数据总线为D15D0,控制信号为,控制信号为R/W(读(读/写),写),MREQ(访存访存),要求:,要求:(1)画出地址译码方案画出地址译码方案RAM区域共需芯片数区域共需芯片数d=40K16/8K8=10片,其中位扩展:片,其中位扩展:2片片8K8位芯片
10、构成位芯片构成8K16位的存储位的存储组,字扩展:组,字扩展:5组组8K16位的存储组位的存储组构成构成40K16位存储器。位存储器。(2)将将ROM与与RAM同同CPU连接连接(略略)。8K8RAMA12A0D7D0/WE/CS8K8RAMA12A0D7D0/WE/CSA12A0D7D0D15D8CSWE位扩展位扩展计算机组成原理112014-5-6使能端使能端8K16存储组存储组A12A0D15D0/WE/CS8K16存储组存储组A12A0D15D0/WE/CS8K16存储组存储组A12A0D15D0/WE/CS8K16存储组存储组A12A0D15 D0/CS/WE/WEA12A0D15D
11、03-8译码器译码器/G1B A/Y0/Y1/Y2/Y3A13A14A15C8K16存储组存储组A12A0D15 D0/CS/WE/Y4/Y5/Y6/Y7第第3 3章章 P111 P111 第第7 7题题字扩展字扩展计算机组成原理122014-5-6第3章 P112 第8题8、设存储器容量为设存储器容量为64M,字长为,字长为64位,模块数位,模块数m=8,分别用顺序和交叉,分别用顺序和交叉方式进行组织。存储周期方式进行组织。存储周期T=100ns,数据总线宽度为,数据总线宽度为64位,总线传送位,总线传送周期周期=50ns。求:顺序存储器和交叉存储器的带宽各是多少?求:顺序存储器和交叉存储器
12、的带宽各是多少?解:解:l顺序存储器和交叉存储器连续读出顺序存储器和交叉存储器连续读出m=8个字的数据信息量为:个字的数据信息量为:q=864=512位位l顺序存储器所需要的时间为:顺序存储器所需要的时间为:t1=mT=8100ns=800ns=810-7sl故顺序存储器的带宽为:故顺序存储器的带宽为:W1=q/t1=512/(810-7)=64107bit/sl交叉存储器所需要的时间为交叉存储器所需要的时间为t2=T+(m-1)=100ns+(8-1)50ns=450ns=4.510-7sl故交叉存储器的带宽为故交叉存储器的带宽为W1=q/t2=512/(4.510-7)=113.8107b
13、it/s计算机组成原理132014-5-6第3章 P112 第9题9、CPU执行一段程序时,执行一段程序时,cache完成存取的次数为完成存取的次数为2420次,主存完次,主存完成存取的次数为成存取的次数为80次,已知次,已知cache存储周期为存储周期为40ns,主存存储周,主存存储周期为期为240ns,求求cache/主存系统的效率和平均访问时间。主存系统的效率和平均访问时间。l命中率:命中率:h=Nc/(Nc+Nm)=2420/(2420+80)=0.968l主存与主存与Cache的速度倍率:的速度倍率:r=tm/tc=240ns/40ns=6l访问效率:访问效率:e=1/(r+(1-r
14、)h)=1/(6+(1-6)0.968)=86.2%l平均访问时间:平均访问时间:ta=tc/e=40ns/0.862=46.4ns计算机组成原理142014-5-6第三章 P112 第11题11、某机器采用四体交叉存储器,今执行一段小循环程序,此程序放在存储、某机器采用四体交叉存储器,今执行一段小循环程序,此程序放在存储器的连续地址单元中。假设每条指令的执行时间相等,而且不需要到存储器器的连续地址单元中。假设每条指令的执行时间相等,而且不需要到存储器存取数据,请问在下面两种情况中存取数据,请问在下面两种情况中(执行的指令数相等执行的指令数相等),程序运行的时间是,程序运行的时间是否相等?否相
15、等?解:设总线传送周期为解:设总线传送周期为,取指周期,取指周期T,执行指令时间为,执行指令时间为t,则:,则:(1)循环程序由循环程序由6条指令组成,重复执行条指令组成,重复执行80次;次;程序运行时间为:程序运行时间为:ta=(T+(6-1)+6t)80(2)循环程序由循环程序由8条指令组成,重复执行条指令组成,重复执行60次。次。程序运行时间为:程序运行时间为:ta=(T+(8-1)+8t)60计算机组成原理152014-5-6第3章 P112 第13题13、一个组相联、一个组相联Cache由由64个行组成,每组个行组成,每组4行。主存储器包含行。主存储器包含4K个块,个块,每块每块12
16、8字。字。请表示内存地址的格式。请表示内存地址的格式。l组相联映射下的主存地址格式如下:组相联映射下的主存地址格式如下:l块大小块大小2w=128字字=27,故,故w=7lCache有有64行,每组行,每组4行,则组数行,则组数2d=64/4=16=24,故,故d=4l主存块数主存块数2s=4K=212,故,故s=12l标记位有标记位有s-d=12-4=8位位标记标记s-ds-d组号组号d d字字w w7 7位位4 4位位8 8位位计算机组成原理162014-5-6第3章 P112 第14题14、某机主存容量、某机主存容量1MB,字长,字长1B,块大小,块大小16B,Cache容量容量64KB
17、,若,若Cache采用直接映射方式,采用直接映射方式,请给出请给出2个不同标记的内存地址,它们映射到个不同标记的内存地址,它们映射到同一个同一个Cache行。行。l直接映射下的主存地址格式如下:直接映射下的主存地址格式如下:块大小块大小2w=16B,故,故w=4Cache容量容量64KB,每块,每块16B,行数,行数2r=4K=212,故,故r=12主存容量主存容量1MB=220=2s+w,故,故s+w=20,则,则s=20-w=16故故标记位标记位s-r=16-12=4l两个满足题目要求的主存地址:两个满足题目要求的主存地址:0000 1001 0000 1110 0000 0001 100
18、1 0000 1110 0000标记标记s-rs-r行号行号r r字字w w4 4位位1212位位4 4位位计算机组成原理172014-5-6第3章 P112 第15题15、假设主存容量、假设主存容量16M32位,位,Cache容量容量64K32位,主存与位,主存与Cache之间以每块之间以每块432位大小传送数据,位大小传送数据,请确定直接映射方式的有请确定直接映射方式的有关参数,并画出主存地址格式。关参数,并画出主存地址格式。l直接映射下的主存地址格式如下:直接映射下的主存地址格式如下:l块大小块大小2w=4,故,故w=2lCache容量容量64KB,块大小为,块大小为4,则行数为,则行数
19、为2r=64K/4=16K=214,故,故r=14 l主存主存16MB,块大小为,块大小为4,则块数,则块数2s=16M/4=4M=222,故,故s=22l标记位标记位s-r=22-14=8位位标记标记s-rs-r行号行号r r字字w w2 2位位1414位位8 8位位计算机组成原理182014-5-6第3章 P112 第19题19、某虚拟存储器采用页式存储管理,使用某虚拟存储器采用页式存储管理,使用LRU页面替换算法。若每次访问在一页面替换算法。若每次访问在一个时间单位内完成,页面访问的序列如下:个时间单位内完成,页面访问的序列如下:1,8,1,7,8,2,7,2,1,8,3,8,2,1,3
20、,1,7,1,3,7。已知主存只允许存放。已知主存只允许存放4个页面,初始状态时个页面,初始状态时4个个页面是全空的,则页面是全空的,则页面失效次数是?页面失效次数是?LRU(近期最少使用近期最少使用):每页设计数器,每命中:每页设计数器,每命中1次,该页计数器清零,其他各页次,该页计数器清零,其他各页计数器加计数器加1,需要替换时,将计数值最大的页换出。,需要替换时,将计数值最大的页换出。计算机组成原理192014-5-6LRULRULRULRU 初始值初始值初始值初始值1 1 1 18 8 8 81 1 1 17 7 7 78 8 8 82 2 2 27 7 7 72 2 2 21 1 1
21、 18 8 8 8编号编号编号编号内内内内容容容容计数计数计数计数 内容内容内容内容计数计数计数计数内容内容内容内容计数计数计数计数内容内容内容内容计数计数计数计数内容内容内容内容计数计数计数计数内容内容内容内容计数计数计数计数内容内容内容内容计数计数计数计数内容内容内容内容计数计数计数计数内容内容内容内容计数计数计数计数内容内容内容内容计数计数计数计数内容内容内容内容计数计数计数计数a a a a0 0 0 01 1 1 10 0 0 01 1 1 11 1 1 11 1 1 10 0 0 01 1 1 11 1 1 11 1 1 12 2 2 21 1 1 13 3 3 31 1 1 14
22、 4 4 41 1 1 15 5 5 51 1 1 10 0 0 01 1 1 11 1 1 1b b b b0 0 0 08 8 8 80 0 0 08 8 8 81 1 1 18 8 8 82 2 2 28 8 8 80 0 0 08 8 8 81 1 1 18 8 8 82 2 2 28 8 8 83 3 3 38 8 8 84 4 4 48 8 8 80 0 0 0c c c c0 0 0 07 7 7 70 0 0 07 7 7 71 1 1 17 7 7 72 2 2 27 7 7 70 0 0 07 7 7 71 1 1 17 7 7 72 2 2 27 7 7 73 3 3 3
23、d d d d0 0 0 02 2 2 20 0 0 02 2 2 21 1 1 12 2 2 20 0 0 02 2 2 21 1 1 12 2 2 22 2 2 2换出换出换出换出LRULRULRULRU 初始值初始值初始值初始值3 3 3 38 8 8 82 2 2 21 1 1 13 3 3 31 1 1 17 7 7 71 1 1 13 3 3 37 7 7 7编号编号编号编号内内内内容容容容计数计数计数计数 内容内容内容内容计数计数计数计数内容内容内容内容计数计数计数计数内容内容内容内容计数计数计数计数内容内容内容内容计数计数计数计数内容内容内容内容计计计计数数数数内容内容内容内容
24、计数计数计数计数内容内容内容内容计数计数计数计数内容内容内容内容计数计数计数计数内容内容内容内容计数计数计数计数内容内容内容内容计数计数计数计数a a a a1 1 1 11 1 1 11 1 1 12 2 2 21 1 1 13 3 3 31 1 1 14 4 4 41 1 1 10 0 0 01 1 1 11 1 1 11 1 1 10 0 0 01 1 1 11 1 1 11 1 1 10 0 0 01 1 1 11 1 1 11 1 1 12 2 2 2b b b b8 8 8 80 0 0 08 8 8 81 1 1 18 8 8 80 0 0 08 8 8 81 1 1 18 8
25、8 82 2 2 28 8 8 83 3 3 38 8 8 84 4 4 47 7 7 70 0 0 07 7 7 71 1 1 17 7 7 72 2 2 27 7 7 70 0 0 0c c c c7 7 7 73 3 3 33 3 3 30 0 0 03 3 3 31 1 1 13 3 3 32 2 2 23 3 3 33 3 3 33 3 3 30 0 0 03 3 3 31 1 1 13 3 3 32 2 2 23 3 3 33 3 3 33 3 3 30 0 0 03 3 3 31 1 1 1d d d d2 2 2 22 2 2 22 2 2 23 3 3 32 2 2 24 4
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