計(jì)算機(jī)組成原理-詳細(xì)第3章習(xí)題參考答案

1、第 3 章習(xí)題參考1、設(shè)有一個(gè)具有 20 位地址和 32 位字長的器，問(1)(2)(3)該器能多少字節(jié)的信息？如果器由 512K8 位SRAM組成，需要多少片？需要多少位地址作選擇？解：(1) 該器能：D16D23和D24D31，其余同名引腳互連)，需要低14位地址(A0A13)作為模塊內(nèi)各單元地址分成行、列地址兩次由A0A6引腳輸入；然后再由4個(gè)組進(jìn)行的器容量擴(kuò)展，用高兩位地址A14、A15通過2：4譯實(shí)現(xiàn)4組中選擇一組。畫出邏輯框圖如下。字單元數(shù)擴(kuò)展：4 組 RAM，使用一片 2:4 譯，各組除片選信號(hào)外，其余信號(hào)線公用。其器結(jié)構(gòu)010順序器和交叉器連續(xù)讀出 8 個(gè)字所需的時(shí)間分別是：t

2、1 = mT = 8100ns = 810-7st2 = T+(m-1)= 100ns+750ns = 450 ns= 4.510-7 s器和交叉順序器的帶寬分別是：W1=q/t1=512/(810-7)=64107位/s W2=q/t2=512/(4.510-7)=113.8107 位/s9、CPU 執(zhí)行一段程序時(shí)，cache 完成存取的次數(shù)為 2420 次，主存完成存取的次數(shù)為 80 次，已知 cache存系統(tǒng)的效率和平均周期為 40ns，主存時(shí)間。周期為 240ns，求 cache主解：cache中率：解：設(shè)取指周期為 T，總線傳送周期為，每條指令的執(zhí)行時(shí)間相等，并設(shè)為 t0，器采用四體

3、交叉器，且程序存放在連續(xù)的單元中，故取指令操作采用流水線存取方式，兩種情況程序運(yùn)行的總的時(shí)間分別為：(1) t = (T+5+6t0)*80 = 80T+400+480 t0 (2) t = (T+7+8t0)*60 = 60T+420+480 t0所以不相等12、一個(gè)由主存和 Cache 組成的二級(jí)系統(tǒng)，參數(shù)定義如下：Ta 為系統(tǒng)平均存取時(shí)間，T1 為Cache的存取時(shí)間，T2 為主存的存取時(shí)間，H為 Cache，請(qǐng)寫出Ta 與T1、T2、H 參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系式。解：432 位大小傳送數(shù)據(jù)，請(qǐng)確定直接解：方式的有關(guān)參數(shù)，并畫出主存地址格式。由已知條件可知Cache 共有注：紅色標(biāo)注的頁是未

4、命中的共6次20. 主存容量為 4MB，虛存容量為 1GB，則虛擬地址和物理地址各為多少位?如頁面大小為 4KB，則頁表長度是多少?解：主存容量為 4MB，物理地址 22 位虛存容量為 1GB，虛擬地址 30 位頁表長度，即頁面數(shù)=1GB/ 4KB=218=256K21.(1)(2)設(shè)某系統(tǒng)采用頁式虛擬管理，頁表存放在內(nèi)存中。如果一次內(nèi)存使用 50ns，一次主存需用多少時(shí)間?如果增加TLB，忽略查找頁表項(xiàng)占用的時(shí)間，并且 75%的頁表命中TLB，內(nèi)存的有效時(shí)間是多少？解：(1) 若頁表存放在主存中，則要實(shí)現(xiàn)一次主存需兩次主存：一次是頁表，確定所存取頁面的物理地址；第二次才根據(jù)該地址存取頁面數(shù)據(jù)

5、。故一次主存的時(shí)間為 502=100(ns)(2) 75%50+(1-75%) 250=62.5(ns)22.某計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)由 cache，主存和磁盤。cache 的時(shí)間為 15ns；如果被的單元在主存中但不在cache 中，需要用 60ns 的時(shí)間將其裝入cache，然后再進(jìn)行；如果被的單元不在主存中，則需要 10ms 的時(shí)間將其從磁盤中讀入主存，然后再裝入cache 中并開始。若cache中率為 90%，主存中率為 60%，求該系統(tǒng)中一個(gè)字的平均時(shí)間。解：被的字在cache 中的概率為 0.9不在cache 中但在主存中的概率為：(1-0.9)0.6=0.06不在cache 也不在主存中的

6、概率為：(1-0.9)(1-0.6)=0.04所以， 一個(gè)字的時(shí)間為：150.9+(15+60)0.06+(15+60+10106) 0.04=13.5+4.5=400021(ns)23.某頁式管理，頁大小為 2KB，邏輯地址空間包含 16 頁，物理空間共有 8頁，邏輯地址應(yīng)用多少位？主存物理空間有多大？解：邏輯地址空間包含 16 頁，頁大小為 2KB，所以邏輯地址空間為 32KB，邏輯地址應(yīng)用 4+11=15 位d222222222222222各計(jì)數(shù)器的值a01012345012340101012b0120123401012340120c01201230123012301d010123401

7、234567物理空間共有 8 頁，頁大小為 2KB，所以主存物理空間 16KB24.在一個(gè)分頁虛存系統(tǒng)中，用戶虛地址空間為 32 頁，頁長 1KB，主存物理為16KB。已知用戶程序有 10 頁長，若虛頁 0、1、2、3 已經(jīng)被調(diào)入到主存 8、7、4、10 頁中，請(qǐng)問虛地址 0AC5 和 1AC5(十六進(jìn)制)對(duì)應(yīng)的物理地址是多少？解：頁長 1KB，所以頁內(nèi)地址為 10 位。主存物理頁面數(shù)：16 頁，共 14 位地址碼(其中頁面號(hào) 4 位，頁內(nèi)地址 10 位)用戶虛地址空間：32 頁，頁面號(hào)為 031；共 15 位地址碼(其中頁面號(hào) 5 位，頁內(nèi)地址 10 位)0AC5H=00010，101100

8、0101B，頁面號(hào)為 2，已被調(diào)入到主存頁 4，所以，物理地址中的頁面號(hào)為 4，頁內(nèi)地址與虛地址的頁內(nèi)地址相同，所以是： 0100， 1011000101=12C5H1AC5H=00110，1011000101B，頁面號(hào)為 6，未被調(diào)入到主存頁中，所以無物理地址，會(huì)發(fā)生缺頁中斷。25.段式虛擬器對(duì)程序員是否透明？請(qǐng)說明原因。解：虛擬管理是由作系統(tǒng))和硬件共同完成，由于的介入，虛存對(duì)實(shí)現(xiàn)管理系統(tǒng)程序不透明。而段是按照程序的自然分界劃分的長度可以動(dòng)態(tài)改變的區(qū)域。通常，程序員把子程序、操作數(shù)和常數(shù)等不同類型的數(shù)據(jù)劃分到不同的段中，并且每個(gè)程序可以有多個(gè)相同類型的段。由于分段是由程序員完成的，所以段式

9、虛擬器對(duì)程序員而言不是透明的，但虛存到實(shí)存的地址是由系統(tǒng)輔助完成的，故對(duì)應(yīng)用程序而言，段式虛擬器是“半透明”的。26.在一個(gè)進(jìn)程的執(zhí)行過程中，是否其所有頁面都必須處在主存中？解：在有虛擬管理系統(tǒng)中，程序不是一次整體裝入內(nèi)存才運(yùn)行，所以不是所有頁面都必須處在主存中，而是根據(jù)程序的局部性，有的頁面在主存，有的頁面在輔存。27.為什么在頁式虛擬器地址變換時(shí)可以用物理頁號(hào)與頁內(nèi)偏移量直接拼接成物理地址，而在段式虛擬能得到物理地址？器地址變換時(shí)必須用段起址與段內(nèi)偏移量相加才解：由于物理頁與虛擬頁的頁面大小相同，且為 2 的整數(shù)次冪，所以頁式虛擬存儲(chǔ)器地址變換時(shí)可以用物理頁號(hào)與頁內(nèi)偏移量直接拼接成物理地址。而段式虛擬器的各段大小不同，且段起始地址任意，所以必須用段起址與段內(nèi)偏移量相加才能得到物理地址。28.在虛存實(shí)現(xiàn)過程中，有些頁面會(huì)在內(nèi)存與外存之間被頻繁地?fù)Q入換出，使系統(tǒng)效率急劇下降。這種現(xiàn)象稱為顛簸。請(qǐng)解釋產(chǎn)生顛簸的原因，并說明防止顛簸的辦法。解：產(chǎn)生顛簸的原因主要有二：一是分配的頁面數(shù)太少，二是替