计算机组成原理作业.ppt
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1、计算机组成原理作业计算机组成原理作业信息工程学院田晶第三章 3.5 3.5 设某机器字长设某机器字长8 8位,有两个数的石榴进制表示为位,有两个数的石榴进制表示为9CH9CH和和FFHFFH。试问:若它们分别表示为下列格式的机器数,其对应的十进制真试问:若它们分别表示为下列格式的机器数,其对应的十进制真值是多少?值是多少?无符号整数无符号整数 9CH=10011100B=128+16+8+4=156 FFH=11111111B=128+64+32+16+8+4+2+1=28-1=255原码表示的定点整数原码表示的定点整数 9CH=10011100B=(16+8+4)=28 FFH=111111
2、11B=(128+64+32+16+8+4+2+1)=(27-1)=127原码表示的定点小数原码表示的定点小数 9CH=10011100B=0.0011100=(2-3+2-4+2-5)=0.21875 FFH=11111111B=1111111=(2-1+2-2+2-3+2-4+2-5+2-6+2-7)=(1-2-7)补码表示的定点整数补码表示的定点整数 9CH=10011100B=1100100=(64+32+4)=100 FFH=11111111B=(0000000+1)=0000001=1补码表示的定点小数补码表示的定点小数 9CH=10011100B=0.1100100=(2-1+2
3、-2+2-5)=0.78125 FFH=11111111B=(0.000000+1)=0.0000001=2-7=0.00781253.8 3.8 设某浮点数格式为:字长设某浮点数格式为:字长1212位,阶码位,阶码6 6位,用移码表示;尾数位,用移码表示;尾数8 8位,位,用补码表示。阶码在前,尾数在后(包括数符),则按照此格式,求用补码表示。阶码在前,尾数在后(包括数符),则按照此格式,求解以下问题。解以下问题。(1 1)已知)已知X=X=25/6425/64,Y=2.875Y=2.875求求X X、Y Y的规格化的规格化的浮点数表示形式。解:X=25/64=(11001/1000000)
4、=0.110012-1,则:X浮=0,11111;1.1100100;Y=2.875=10.111B=0.10111210 则:Y浮=1,00010;0.1011100(2 2)已知)已知Z Z的浮点数以十六进制表示为的浮点数以十六进制表示为9F4H9F4H,则求,则求Z Z的十进制真值。的十进制真值。解:9F4H=100111110100 则阶码Z移=100111,则Z补=000111 尾数Z原=1.10100 故:Z=0.1010027=1010000B=(64+16)=80第四章第四章4.28 4.28 设主存容量为设主存容量为256K256K字字,Cache,Cache容量为容量为2K
5、2K字字,块块长为长为4 4。(1 1)设计)设计CacheCache地址格式,地址格式,CacheCache中可装入多少块数中可装入多少块数据?据?(2 2)在直接映射方式下,设计主存地址格式。)在直接映射方式下,设计主存地址格式。(3 3)在四路组相联映射方式下,设计主存地址格式。)在四路组相联映射方式下,设计主存地址格式。(4 4)在全相联映射方式下,设计主存地址格式。)在全相联映射方式下,设计主存地址格式。(5 5)若存储字长为)若存储字长为3232位,存储器按字节寻址,写出位,存储器按字节寻址,写出上述三种映射方式下主存的地址格式。上述三种映射方式下主存的地址格式。解:(1)主存25
6、6K字,则主存地址长度18位 Cache2K字,则Cache地址11位 块长4,则块内地址2位;Cache共有2K/4=512块,则Cache块地址9位 则Cache地址格式为:9位 2位 共11位(2)直接映射方式下主存地址格式:7位 9位 2位 总长18位(3)四路组相联映射方式下主存地址格式:主存字块标记主存字块标记Cache字块地址字块地址字块内地址字块内地址Cache字块地址字块地址字块内地址字块内地址 共18位(4)全相联映射方式下主存地址格式 16位 2位 共18位(5)存储字长32位,即4B,则块长为16B 主存256K字为256K4B=1MB,20位地址,主存有1MB16B=
7、128K个块 Cache2K字为2K4B=8KB,Cache有8KB16B=512个块主存字块标记主存字块标记组地址组地址字块内地址字块内地址 9 9位位 7 7位位 2 2位位主存字块标记主存字块标记块内地址块内地址直接映射方式主存地址格式 7位 9位 4位 共20位四路组相联映射方式主存地址格式 9位 7位 4位 共20位全相联映射方式主存地址格式 16位 4位 共20位主存字块标记主存字块标记组地址组地址字块内地址字块内地址主存字块标记主存字块标记Cache字块地址字块地址字块内地址字块内地址主存字块标记主存字块标记字块内地址字块内地址4.29 4.29 假设假设CPUCPU执行某段程序
8、时共访问执行某段程序时共访问CacheCache命中命中48004800次,访问主存次,访问主存200200次。已知次。已知CacheCache的存储周期的存储周期为为30ns30ns,主存的存取周期是,主存的存取周期是150ns150ns,求,求CacheCache的命的命中率及中率及Cache-Cache-主存系统的平均访问时间和效率,主存系统的平均访问时间和效率,试问该系统的性能提高了多少倍?试问该系统的性能提高了多少倍?解:解:CacheCache命中率命中率=4800=4800(4800+200)=96%平均访问时间平均访问时间=300.96+1500.04=34.8ns效率效率e=
9、(3034.8)100%=86.2%性能提高了性能提高了15034.8-1=3.3倍倍4.32 4.32 设某机主存容量为设某机主存容量为4MB4MB,CacheCache容量为容量为16KB 16KB,每块有,每块有8 8个字,每字个字,每字3232位。设计一个四路组相连位。设计一个四路组相连映射的映射的CacheCache组织。组织。(1 1)画出主存地址字段中各段的位数。)画出主存地址字段中各段的位数。设设CacheCache的初态为空,的初态为空,CPUCPU依次从主存第依次从主存第0,1,20,1,2,8989号单元读出号单元读出9090个字(主存依次读出一个字),个字(主存依次读出
10、一个字),并重复按此次序读并重复按此次序读8 8次,问命中率是多少?次,问命中率是多少?(2 2)若)若CacheCache的速度是主存速度的的速度是主存速度的6 6倍,试问有倍,试问有CacheCache和无和无CacheCache相比,速度约提高多少倍?相比,速度约提高多少倍?解解:(1):(1)根据题意根据题意:每字块有每字块有8 8个字个字,每个字每个字3232位位故主存地址字段中字块内地址字段为故主存地址字段中字块内地址字段为5 5位位(2(25 5=32),=32),字块大小为字块大小为8 832b=32B=232b=32B=25 5B B所以所以16KB16KB的的CACHECA
11、CHE共有共有2 21414B/2B/25 5B=2B=29 9块块,即即C=9C=9。根据四路组相联映象。根据四路组相联映象2 2r r=4=4得得r=2 r=2 故故q=c-r=9-2=7q=c-r=9-2=7主存容量为主存容量为4MB=24MB=22222B B,主存地址字段中主存字块标记位数为,主存地址字段中主存字块标记位数为22-7-5=1022-7-5=10位。位。主存地址字段各段格式为:主存地址字段各段格式为:主存字块标记主存字块标记(10(10位位)组地址组地址(7(7位位)字块内地址字块内地址(5(5位位)(2)CACHE(2)CACHE开始空,开始空,CPUCPU访问访问0
12、 0单元时肯定不命中,会读取内存,并将内存单元时肯定不命中,会读取内存,并将内存所在块所在块(0-7(0-7号单元号单元)调入调入CACHECACHE,CPUCPU以后访问以后访问1-71-7号单元会命中,而访问号单元会命中,而访问8 8号单元又不命中,再替换号单元又不命中,再替换.,.,所以,所以,CPUCPU在访问在访问0-890-89号单元时会不命中号单元时会不命中8,16,8,16,8787共共1212个单元。个单元。故命中率故命中率=(90908-128-12)/(90908 8)100%=98.4%100%=98.4%(3)(3)设主存存取周期为设主存存取周期为6t6t,CACHE
13、CACHE存取周期为存取周期为t t,没有,没有CACHECACHE的访问时间为的访问时间为6t6t800800,有,有CACHECACHE的访问时间为的访问时间为t t(720-12720-12)+6 t+6 t1212则速度提高倍数则速度提高倍数=(6t6t720720)/(t t(720-12720-12)+6 t+6 t12 12)=6.5=6.5约提高了约提高了6.5-1=5.546.5-1=5.54倍倍4.15 4.15 设设CPUCPU共有共有1616根地址线,并用根地址线,并用#MREQ#MREQ(低电平有效)作访存控制信号,(低电平有效)作访存控制信号,R/W#R/W#作作读
14、读/写命令信号(高电平读,低电平写)。现有这些存储芯片:写命令信号(高电平读,低电平写)。现有这些存储芯片:ROMROM(2K2K8 8位,位,4K4K4 4位,位,8K8K8 8位),位),RAMRAM(1K1K4 4位,位,2K 2K8 8位,位,4K4K8 8位)及位)及74LS13874LS138译码器和其译码器和其它门电路。它门电路。试从上述规格中选用合适的芯片,画出试从上述规格中选用合适的芯片,画出CPUCPU和存储芯片的连接电路。要求如下:和存储芯片的连接电路。要求如下:(1 1)最小)最小4K4K地址为系统程序区,地址为系统程序区,4096-163834096-16383地址范
15、围为用户程序区。地址范围为用户程序区。(2 2)指出选用的存储芯片类型及数量。)指出选用的存储芯片类型及数量。(3 3)详细画出片选逻辑。)详细画出片选逻辑。解:(解:(2 2)ROM ROM 4K4K4 4位位2 2片,位扩展;片,位扩展;RAM RAM 共共12K12K8 8位容量,需要位容量,需要3 3片片 4K4K8 8位芯片,字扩展;位芯片,字扩展;(3 3)地址范围)地址范围ROMROM地址范围:地址范围:0000H0000H0FFFH0FFFHRAMRAM地址范围:地址范围:1000H1000H3FFFH3FFFH,其中:,其中:RAM1RAM1地址范围地址范围1000H1000
16、H1FFFH1FFFH RAM2 RAM2地地址范围址范围2000H2000H2FFFH2FFFH RAM3 RAM3地地址范围址范围3000H3000H3FFFH3FFFH以上地址用以上地址用A15A14A13A15A14A13A2A1A0A2A1A0展开,得到用于译码器连接用的高位地址展开,得到用于译码器连接用的高位地址A15=0A15=0,接,接译码器使能端,而译码器使能端,而138138译码器的译码器的CBACBA接接A14A13A12A14A13A12ROM ROM 的的A14A13A12=000 A14A13A12=000 片选接片选接138138译码器译码器Y0#Y0#RAM1R
17、AM1的的A14A13A12=001 A14A13A12=001 片选接片选接138138译码器译码器Y1#Y1#RAM2RAM2的的A14A13A12=010 A14A13A12=010 片选接片选接138138译码器译码器Y2#Y2#RAM3RAM3的的A14A13A12=011 A14A13A12=011 片选接片选接138138译码器译码器Y3#Y3#电路图略电路图略4.17 4.17 写出写出11001100对应的汉明码对应的汉明码 汉明码:汉明码:011110001111004.18 4.18 已知接收到的汉明码(按配偶原则配置)为已知接收到的汉明码(按配偶原则配置)为110010
18、01100100,检查此,检查此代码是否有错?第几位错?代码是否有错?第几位错?解:所接收代码有错,错在第解:所接收代码有错,错在第6 6位,正确的为位,正确的为011001104.19 4.19 已知接收到下列汉明码,分别写出它们所对应的欲传送代码。已知接收到下列汉明码,分别写出它们所对应的欲传送代码。(1 1)11000001100000(按偶性配置)(按偶性配置)答案:第答案:第3 3位有错,欲传送代码为位有错,欲传送代码为10001000(2 2)00110010011001(按奇性配置)(按奇性配置)答案:第答案:第7 7位有错,欲传送代码为位有错,欲传送代码为100010004.1
19、6 CPU4.16 CPU假设同上题,现有假设同上题,现有8 8片片8K8K8 8位的位的RAMRAM芯片与芯片与CPUCPU相连。相连。(1 1)用)用74LS13874LS138译码器画出译码器画出CPUCPU和存储芯片的连接电路。和存储芯片的连接电路。(2 2)写出每片)写出每片RAMRAM的地址范围。的地址范围。(3 3)如果运行时发现不论往哪片)如果运行时发现不论往哪片RAMRAM写入数据,以写入数据,以A000HA000H为起始地址的存储为起始地址的存储芯片都有与其相同的数据,分析故障原因。芯片都有与其相同的数据,分析故障原因。解:(解:(1 1)8 8片片8K8K8 8位的位的R
20、AMRAM芯片,由于每片地址线直接接芯片,由于每片地址线直接接A12A11.A0A12A11.A0,故故A15A14A13A15A14A13接接128128译码器译码器CBACBA端,端,8 8片片RAMRAM字扩展,片选分别接字扩展,片选分别接Y7#.Y0#Y7#.Y0#(2 2)每片地址范围如下:)每片地址范围如下:RAM0 0000H-1FFFH RAM1 2000H-3FFFH RAM2 4000H-RAM0 0000H-1FFFH RAM1 2000H-3FFFH RAM2 4000H-5FFFH RAM3 6000H-7FFFH5FFFH RAM3 6000H-7FFFHRAM4
21、8000H-9FFFH RAM5 A000H-BFFFH RAM2 C000H-RAM4 8000H-9FFFH RAM5 A000H-BFFFH RAM2 C000H-DFFFH RAM3 E000H-FFFFHDFFFH RAM3 E000H-FFFFH(3 3)原因:原因:Y5#Y5#连接的芯片片选接地。后果是只能使用连接的芯片片选接地。后果是只能使用一半的一半的RAMRAMP228P228页页 5.2 5.2 有一个有一个64K64K1616位的存储器,由位的存储器,由16K16K1 1位的位的DRAMDRAM芯片(芯片内是芯片(芯片内是128128128128结构)构成,存储器读结构
22、)构成,存储器读/写周期为写周期为500ns500ns。(1 1)需要多少片)需要多少片DRAMDRAM芯片?芯片?(2 2)采用异步刷新方式,如果单元刷新间隔不超过)采用异步刷新方式,如果单元刷新间隔不超过2ms2ms,则刷新信号周期是多少?,则刷新信号周期是多少?(3 3)如果采用集中刷新方式,存储器刷新一遍最少需要多少时间?)如果采用集中刷新方式,存储器刷新一遍最少需要多少时间?解:解:(1 1)设需要)设需要X X片,则片,则X=X=(64641616)(16161 1)=64=64,需要需要6464片片,采用字位,采用字位扩展。展。扩展方法:将展方法:将6464个芯片分成个芯片分成4
23、 4个个组,每个,每个组1616片,片,组内位内位扩展展(16K(16K1616位),位),组间字字扩展(展(64K64K1616位)。位)。(2 2)由于芯片是)由于芯片是128128128128结构,存构,存储器以行位器以行位单位位进行刷新,且刷新行刷新,且刷新间隔隔2ms2ms,所,所异步刷新在异步刷新在2ms2ms内需要刷新内需要刷新128128次,次,则,刷新信号周期,刷新信号周期为2ms2ms128=128=15.625s15.625s(3)(3)采用集中刷新方式,采用集中刷新方式,则集中刷新集中刷新128128行,存行,存储器存取周期器存取周期500ns500ns,则存存储器全部
24、刷器全部刷新一遍需要新一遍需要500ns500ns128=128=64s64sP228P228页:页:5.3 5.3 某机字长某机字长1616位,位,CPUCPU地址总线地址总线1818位,数据线位,数据线1616位,存储器按字编址,位,存储器按字编址,CPUCPU的控制信号的控制信号线有:线有:MREQ#MREQ#(存储器访问请求,低电平有效),(存储器访问请求,低电平有效),R/W#R/W#(读写控制,低电平为写信号,高电平为读(读写控制,低电平为写信号,高电平为读信号)。试问:信号)。试问:(1 1)该机可以配备的最大主存容量为)该机可以配备的最大主存容量为2 2181816=256K1
25、6=256K1616位。位。(2 2)该机主存采用)该机主存采用64K64K1 1位的位的DRAMDRAM芯片(内部为芯片(内部为4 4个个128128128128阵列)构成最大主存空间,则共需阵列)构成最大主存空间,则共需(256K256K64K64K)(16161 1)=64=64个芯片;若采用异步刷新方式,单元刷新间隔个芯片;若采用异步刷新方式,单元刷新间隔2ms2ms,则刷新信号的周期为,则刷新信号的周期为2ms2ms128=15.625s128=15.625s。(3 3)若该机配备)若该机配备2K2K1616位的位的CacheCache,每块,每块8B8B,采用,采用2 2路组相联映
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