計算機組成原理復習例題

計算機組成原理》例題安康學院成典勤

第三章系統(tǒng)總線例1．假設總線的時鐘頻率為33MHz，且一個總線時針周期為一個總線傳輸周期。若在一個總線傳輸周期可并行傳送4個字節(jié)的數(shù)據(jù)，求該總線的帶寬，并分析哪些因素影響總線的帶寬。解：總線的帶寬是指單位時間內總線上可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)，通常用每秒傳送信息的字節(jié)數(shù)來衡量，單位可用MBps（兆字節(jié)每秒）表示。由時針頻率f=33MHz，可得時鐘周期T=l/f,根據(jù)題目假設的條件，一個總線傳輸周期為一個時鐘周期，且在一個總線傳輸周期傳輸4個字節(jié)數(shù)據(jù)，故總線帶寬為4B/T二4Bxf二4Bx33x106Hz?132MBps（1M二220）影響總線帶寬的因素有：總線寬度、傳輸距離、總線發(fā)送和接收電路工作頻率的限制以及數(shù)據(jù)傳輸形式等。例2.在一個16位的總線系統(tǒng)中，若時針頻率為100MHz，總線傳輸周期為5個時鐘周期，每一個總線傳輸周期可傳送一個字，試計算總線的數(shù)據(jù)傳輸率。解：根據(jù)時鐘頻率為100MHz，得一個時鐘周期為1/（100MHz）=0.01卩s數(shù)據(jù)傳輸率為16b/0.05卩s二320x106bps二40x106Bps第四章存儲器例3?設CPU共有16根地址線和8根數(shù)據(jù)線，并用MREQ作為訪存控制信號，WR作為讀/寫命令信號（高電平讀，低電平寫）。設計一個容量為32KB、地址范圍為0000H?7FFFH且采用低位交叉編址的四體并行存儲器。要求：（1） 采用下圖所列芯片，詳細畫出CPU和存儲芯片的連接圖。（2） 指出圖中每個存儲芯片的容量及地址范圍（用十六進制表示）。解：32KB四體結構的存儲器可由4片8Kx8位存儲芯片組成，由于采用低位交叉編址，因此需用末兩位地址A、A控制片選信號，用13根地址線A?A與1 0 14 2存儲芯片的地址線相連。滿足地址范圍為0000H?7FFFH的存儲器與CPU的連接如圖所示，圖中各片存儲芯片的地址范圍是：第0片 0,4,…，7FFCH；第1片1，5，…，7FFDH；第2片 2,6,…，7FFEH；第3片3,7,…，7FFFH；I例4.用一個512Kx8位的閃存存儲芯片組成一個4Mx32位的半導體只讀存儲器。試回答：該存儲器的數(shù)據(jù)線數(shù)是多少？該存儲器的地址線數(shù)是多少？共需幾片這種存儲芯片？說明每根地址線的作用。解：對于4Mx32位的存儲器，數(shù)據(jù)線為32位。對于4Mx32的的存儲器，按字尋址的范圍是222，按字節(jié)尋址的范圍是224,故該存儲器的地址線為24位A?A23 04片512Kx8位的閃存可組成512Kx32位的存儲器，4Mx32位的存儲器共需32片512Kx8位的閃存。CPU的24根地址線中，最低2位地址AA為字節(jié)地址，A?A這19根10202地址線與閃存的地址線相連，最高3位地址AAA可通過3線---8線譯碼器形232221成片選信號。每一個片選信號同時選中4片閃存，以滿足32位的數(shù)據(jù)線要求。例5．定量分析n體低位交叉存儲器連續(xù)讀取n個字所需的時間。解：連續(xù)讀取n個字所需的時間為T+(n-1)，如下圖所示字」鵬 11一-1111廠JJ丁時商例6.設有8個模塊組成的八體存儲器結構，每個模塊的存取周期為400ns，存儲字長為32位。數(shù)據(jù)總線寬度為32位，總線傳輸周期為50ns,試求順序存儲(高位交叉)和交叉存儲(低位交叉)的存儲器帶寬。解：八體存儲器連續(xù)讀出8個字的信息量為32bx8=256b順序存儲存儲器連續(xù)讀出8個字的時間是400nsx8=3200ns=32x10-s交叉存儲存儲器連續(xù)讀出8個字的時間是400ns+(8一1)x50ns=750ns=7.5x10-7s高位交叉存儲器的帶寬是256/(32x10-7)bps=8x107bps低位交叉存儲器的帶寬是256/(7.5x10-7)bps=34x107bps例7.假設CPU執(zhí)行某段程序時，共訪問緩存命中3800次，訪問主存200次，已知緩存存取周期為50ns，主存存取周期為250ns。求緩存■--主存系統(tǒng)的效率和平均訪問時間。解：緩存的命中率為3800/(3800+200)=0.95由題可知，訪問主存的時間是訪問緩存時間的5倍(250/50=5)設訪問緩存的時間為t，訪問主存的時間為5t，緩存---主存系統(tǒng)的效率為e，則

訪問緩存的時間

平均訪存時間X100%訪問緩存的時間

平均訪存時間X100%二0.95xt+(1—0.95)x 100%=左乂100%=83.3%(3)平均訪問時間=50nsx0.95+250nsx(1—0.95)=60ns例8.設某機主存容量為16MB，緩存的容量為16KB。每字塊有8個字，每個字32位。設計一個四路組相聯(lián)映射（即緩存每組內共有4個字塊）的緩存組織，要求：（1）畫出主存地址字段中各段的位數(shù)。（2） 設緩存初態(tài)為空，CPU依次從主存第0、1、2、…、99號單元讀出100個字（主存一次讀出一個字），并重復此次序讀8次，問命中率是多少？（3） 若緩存的速度是主存速度的6倍，試問有緩存和無緩存相比，速度提高多少倍？解：（1）根據(jù)每個字塊有8個字，每個字32位，得出主存地址字段中字塊內地址字段為5位。根據(jù)緩存容量為16KB=214B，字塊大小為25B，得緩存共有29塊,故c=9。根據(jù)四路組相聯(lián)映射2r二4，得r二2，則q=c—r=7。根據(jù)主存容量為16MB=224B，得出主存地址字段中主存字塊標記位數(shù)為24-7-5=12主存地址字段各段格式如圖所示：主存字塊標遲組地址字塊內地址:竝L迤L弘.（2） 由于每個字塊中有8個字，而且初態(tài)緩存為空，因此CPU讀第0號單元時，未命中，必須訪問主存，同時將該字所在的主存塊調入緩存第0組中的任一塊內，接著CPU讀1?7號單元時，均命中。同理CPU讀第8、16、…、96號單元時均未命中?？梢奀PU在連續(xù)讀100個字中共有13次未命中，而后7次循環(huán)讀100個字全部命中，命中率為100x8—13x100%=98.375%100x8（3） 根據(jù)題意，設主存存取周期為6t,緩存的存取周期為t,沒有緩存的訪問時間為6tx800，有緩存的訪問時間為t（800-13）+6tx13，則有緩存和沒有緩存相比，速度提高倍數(shù)為6比，速度提高倍數(shù)為6tx800t(800—13)+6tx13例9．一個采用直接映射方式的16KB緩存，假設塊長為8個32位的字，試問地址為FDA459H的主存單元在緩存中的什么位置（指出塊號和塊內地址，均用

十進制表示）？解：根據(jù)緩存容量為16KB，得出緩存的地址為14位。由于每字32位，塊長為8個字，則緩存的塊內地址為5位（高3位為字地址，末2位為字節(jié)地址）。地址為FDA459H的主存單元，其二進制地址為111111011010010001011001，對應緩存第100100010（即十進制170）塊中的第6個字的第1字節(jié)。例10．假設緩存的工作速度為主存的5倍，緩存的命中率為90%，試問采用緩存后，存儲器的性能提高多少？解：設主存的存取周期為t，則緩存的存取周期為t/5二0.2t，故平均訪存時mmm間為0.2tx0.90+1x0.10二0.28tmmm采用緩存后，存儲器性能為原來的t/0.28t二3.57倍，即提高了2.57倍。mm例11.已知緩存---主存系統(tǒng)的效率為85%，平均訪問時間為60ns，緩存比主存快4倍，求主存的存取周期和緩存的命中率。解：設緩存---主存系統(tǒng)的效率為e平均訪問時間為t，緩存的取周期為t，命中tac率為h，主存的存取周期為t。根據(jù)e=fx100%得t=t-e=60nsx0.85=51nsmtca由于緩存比主存快4倍，則t=tx（4+1）=51nsx5=255nsmc根據(jù)t=ht+(1-h)t，其中t=60ns，t=51ns，t=255ns，得h二95.6%ac m a c m例12.設CPU共有16根地址線，8根數(shù)據(jù)線，并用MREQ作為訪存控制信號（低電平有效），用莎作為讀/寫控制信號（高電平讀，低電平寫）?，F(xiàn)有芯片及各種門電路（門電路自定），如下圖所示。畫出CPU與存儲器的連接圖，要求：比H %ROM:2KX8fft■■■―0CSRAM——0wEn認 比H %ROM:2KX8fft■■■―0CSRAM——0wEn認 5RAM:lKX4^c2號X吊垃 c 0%cBA Ya7町弼譯碼器砌爲拘控制端坷變量輸入端?32KXS位（1） 存儲芯片地址空間分配：0?2047為系統(tǒng)程序區(qū)；2048?8191為用戶程序區(qū)。（2） 指出選用的存儲芯片類型及數(shù)量。

（3）詳細畫出片選邏輯。解：根據(jù)主存地址空間分配，0?2047為系統(tǒng)程序區(qū)，選用1片2KX8位ROM芯片；2048?8191為用戶程序區(qū)，選用2KX8位RAM芯片，即AL30AL30IA,000~20472Kx8位ROM1片2048“81912KxS位RAM3片1J解：(1)6個盤片共有10個記錄面，磁盤存儲器的總容量為存儲芯片與CPU的連接如圖所示。存儲芯片與CPU的連接如圖所示。例13．一個磁盤存儲器共有6個盤片，假設最上、下兩個面不可用，每面有204條磁道，每條磁道有12個扇段，每個扇段有512B，磁盤機以7200r/min速度旋轉，平均定位（尋道）時間為8ms。（1） 計算該磁盤存儲器的存儲量。（2） 計算該磁盤存儲器的平均尋址時間。512BX12X204X10=12533760B(2)磁盤存儲器的平均尋址時間=平均尋道時間+平均等待時間平均等待時間=[60s/(7200r/min)]X0.5~4.165ms平均尋址時間=8ms+4.165ms=12.165ms例14．一個磁盤組共有11片，假設最上、下兩個面不用，每片有203道，數(shù)據(jù)傳輸率為983040Bps，磁盤組轉速為3600r/