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计算机组成原理习题——4+8+9章带答案

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第四章

1．一个容量为16K×32位的存储器，其地址线和数据线的总和是多少？当选用下列不同规格的存储芯片时，各需要多少片？
1K×4位，2K×8位，4K×4位，16K×1位，4K×8位，8K×8位

地址线和数据线的总和 = 14 + 32 = 46根；
选择不同的芯片时，各需要的片数为：
1K×4：（16K×32） / （1K×4） = 16×8 = 128片
2K×8：（16K×32） / （2K×8） = 8×4 = 32片
4K×4：（16K×32） / （4K×4） = 4×8 = 32片
16K×1：（16K×32）/ （16K×1） = 1×32 = 32片
4K×8：（16K×32）/ （4K×8） = 4×4 = 16片
8K×8：（16K×32） / （8K×8） = 2×4 = 8片

2．现有1024×1的存储芯片，若用它组成容量为16K×8的存储器。试求：
（1）实现该存储器所需的芯片数量？
（2）若将这些芯片分装在若干块板上，每块板的容量为4K×8位，该存储器所需的地址线总位数是多少？其中几位用于选板？几位用于选片？几位用做片内地址？
16K×8=2^14×8,地址线为14根.4K×8容量的板,共需要4块板子.则14根地址线的最高2位用于板选（00～11,第1块板子～第4块板子）,4K*8位＝2^12*8位＝12*1K*8位,也就是在每块板子内需要4*8个芯片,而每8个芯片组成8位,也就是位扩展.也就是说需要4组,则除了最高2位,剩余的12位中,有2位用于片选（00～11,第一组～第4组）.也就是：2位用于板选,2位用于片选,剩余的10位用于片内地址选择.

3．已知某计算机字长8位，现采用半导体存储器作主存，其地址线为16位，若使用1K×4的SRAM芯片组成该机所允许的最大主存空间，并采用存储模块结构形式。
（1）若每块模板容量为4K×8位，共需多少块存储模板？
（2）画出一个模板内各芯片的连接逻辑图。
解：（1）根据题干可知存储器容量为64KB，故共需16块存储模板。

4．某半导体存储器容量16K×8位，可选SRAM芯片的容量为4K×4位；地址总线A15~A0（低），双向数据总线D7~D0（低），由R/W(——)线控制读/写。设计并画出该存储器的逻辑图，并注明地址分配、片选逻辑及片选信号的极性。

5．现有如下存储芯片：2K×1位的ROM、4K×1位的RAM、8K×1位的ROM。若用它们组成容量为16KB的存储器，前4KB为ROM，后12KB为RAM，CPU的地址总线16位。
（1）各种存储芯片分别用多少片？
（2）正确选用译码器及门电路，并画出相应的逻辑结构图。
（3）指出有无地址重叠现象。
解：（1）需要用2K×1的ROM芯片16片，4K×1的RAM芯片24片。不能使用8K×1的ROM芯片，因为它大于ROM应有的空间。
（3）有重叠现象，因为地址线A15、A14没有参加译码。
6．用容量为16K×1位的DRAM芯片构成64KB的存储器。
（1）画出该存储器的结构框图。
（2）设存储器的读/写周期均为0.5µs，CPU在1µs内至少要访存一次，试问采用哪种刷新方式比较合理？相邻两行之间的刷新间隔是多少？对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少？
解：（2）由于存储器芯片规格为16K×1，所以其芯片内部的存储矩阵是128×128的存储矩阵。若采用集中刷新方式，则死区为0.5×128=64微秒，而CPU 1微秒至少访存一次，长达64微秒的死区显然不合理；若采用分散刷新方式，则需要将系统存取周期增至1微秒，降低了整机速度，且刷新过于频繁。所以应该采用异步刷新方式，假设允许的最大刷新间隔是2ms，则相邻两行刷新间隔为2ms/128=15.625微秒，全部存储单元刷新一遍实际时间0.5×128=64微秒。

7．某半导体存储器容量15KB ， 其中固化区8KB，可选EPROM芯片为4K×8 ；可随机读/写区7KB，可选SRAM芯片有：4K×4位、2K×4位、1K×4位。地址总线A15～A0（A0为最低位），双向数据总线D7～D0（D0为最低位），R/W控制读/写，MREQ为低电平时允许存储器工作信号。请设计并画出该存储器逻辑图，注明地址分配、片选逻辑、片选信号极性等。

8．某机地址总线16位A15～A0（A0为最低位），访存空间64KB。外围设备与主存统一编址，I/O空间占用FC00～FFFFH。现用2164芯片（64K×1）构成主存储器，请设计并画出该存储器逻辑图，并画出芯片地址线、数据线与总线的连接逻辑以及行选信号与列选信号的逻辑式，使访问I/O时不访问主存。动态刷新逻辑可以暂不考虑。

9．设某机主存容量为4MB，Cache容量为16KB，每块包含8个字，每字32位，设计一个四路组相联映像（即Cache每组内共有四个块）的Cache组织，要求 ：
（1）画出主存地址字段中各段的位数 。
（2）设Cache的初态为空，CPU依次从主存第0、1、2、…、99号单元读出100个字（主存一次读出一个字），并重复按此次序读8次，问命中率是多少？
（3）若Cache的速度是主存的6倍，试问有Cache和无Cache相比，速度提高多少倍 ？

第八章

1．分别用RZ、NRZ、NRZ-1、PE、FM、MFM和M2FM制记录方式记录下述数据序列，画出写电流波形。
（1）1101101110110
（2）1010110011000

2．若对磁介质存储器写入数据序列10011，请画出不归零-１制、调相制、调频制、改进的调频制等记录方式的写电流波形。

3．某磁盘组有六片磁盘，每片可有两个记录面，存储区域内径为22cm，外径为33cm，道密度40道/厘米，位密度400b/cm，转速2400r/min。试问 ：
（1）共有多少个存储面可用？
（2）共有多少个圆柱面？
（3）整个磁盘组的总存储容量有多少？
（4）数据传送率是多少？
（5）如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在同一存储面上还是记录在同一圆柱面上？为什么？
（6）如果采用定长信息块记录格式，直接寻址的最小单位是什么？寻址命令中如何表示磁盘地址？
(1)6×2－2＝10（面）
有10个存储面可用，因为最上和最下两个面不能用。
(2)有效存储区域=16.5-11=5.5(cm) 
 因为道密度=40道/cm，所以40×5.5=220道，即220个圆柱面 
(3)内层磁道周长为2πR=2×3.14×11=69.08(cm) 
 每道信息量=400位/cm×69.08cm=27632位=3454B 
 每面信息量=3454B×220=759880B 
 盘组总容量=759880B×10=7598800B 
(4)磁盘数据传输率Dr=rN, N为每条磁道容量， N=3454B,r为磁盘转速， 
r=2400转/60秒=40转/秒 
Dr=rN=40×3454B=13816B/s
(5)应记录在同一个柱面上

4．某磁盘存储器的转速为3000r/min，共有4个盘面，5道/毫米，每道记录信息12288B，最小磁道直径为230mm，共有275道。试问：
（1）该磁盘存储器的存储容量是多少？
（2）最高位密度和最低位密度是多少？
（3）磁盘的数据传送率是多少？
（4）平均等待时间是多少？

5．某磁盘组有效盘面20个，每个盘面上有800个磁道。每个磁道上的有效记忆容量为13000B，块间隔235B，旋转速度3000r/min。试问：
（1）在该磁盘存储器中，若以1000B为一个记录，这样，一个磁道能存放10个记录。若要存放12万个记录，需要多少个圆柱面（一个记录不允许跨越多个磁道）？
（2）这个磁盘存储器的平均等待时间是多少？
（3）数据传送率是多少?

6．某磁盘格式化为24个扇区和20条磁道。该盘能按需要选择顺时针或逆时针旋转，旋转一圈的时间为360ms，读一块数据的时间为1ms。该片上有3个文件： 文件A从磁道6、扇区1开始占有2块；文件B从磁道2、扇区5开始占有5块； 文件C从磁道5、扇区3开始占有3块。
试问：该磁盘的平均等待时间为多少？平均寻道时间是多少？若磁头移动和磁盘转动不同时进行，且磁头的初始位置在磁道0、扇区0，按顺序C、B、A读出上述3个文件，总的时间是多少？在相同的初始位置情况下，读出上述3个文件的最短时间是多少？此时文件的读出次序应当怎样排列？

第九章

1． 什么是中断向量？中断向量如何形成？向量中断和非向量中断有何差异？

2．假设有1、2两个设备，其优先级为设备1>设备2，若它们同时提出中断请求，试说明中断处理过程，画出其中断处理过程示意图，并标出断点。

3．现有A、B、C、D共4个中断源，其优先级由高向低按A、B、C、D顺序排列。若中断服务程序的执行时间为20μs，请根据下图（图1）所示时间轴给出的中断源请求中断的时刻，画出CPU执行程序的轨迹 。

图1 中断请求时间轴

4．设某机有5级中断：L0、L1、L2、L3、L4，其中断响应优先次序为：L0最高、L1次之、……、L4最低。现在要求将中断处理次序改为L1→L3→L0→L4→L2，试问：
（1）各级中断服务程序中的各中断屏蔽码应如何设置（设每级对应一位，当该位为“0” ，表示中断允许；当该位为“1” ，表示中断屏蔽）？
（2）若这5级同时都发出中断请求，试画出进入各级中断处理过程示意图。

5． 实现多重中断应具备何种条件？如有A、B、C、D共4级中断，A的优先级最高，B次之，……，D最低。如在程序执行过程中，C和D同时申请中断， 该先响应哪级中断？如正在处理该中断时，A、B又同时有中断请求，试画出该多级中断处理的流程来。

6．简述DMA传送的工作过程。

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