唐朔飞-计算机组成原理习题答案ppt课件.ppt
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1、第第4 4章章 存储器存储器 11. 11. 一个一个8K8K8 8位的动态位的动态RAMRAM芯片,其内部结构芯片,其内部结构排列成排列成256256256256形式,存取周期为形式,存取周期为0.1s0.1s。试问采用。试问采用集中刷新、分散刷新和异步刷新三种方式的刷新间隔集中刷新、分散刷新和异步刷新三种方式的刷新间隔各为多少?各为多少? 解:采用分散刷新方式刷新间隔为解:采用分散刷新方式刷新间隔为:2ms:2ms,其中,其中刷新死时间为:刷新死时间为:2562560.1s=25.6s0.1s=25.6s 采用分散刷新方式刷新间隔为:采用分散刷新方式刷新间隔为: 256256(0.1s+0
2、.1s0.1s+0.1s)=51.2s=51.2s 采用异步刷新方式刷新间隔为采用异步刷新方式刷新间隔为:2ms:2msMREQW/R15. 15. 设设CPUCPU共有共有1616根地址线,根地址线,8 8根数据线,并用根数据线,并用(低电平有效)作访存控制信号,(低电平有效)作访存控制信号,作读写命令信号(高电平为读,低电平为写)。现作读写命令信号(高电平为读,低电平为写)。现有下列存储芯片:有下列存储芯片:ROMROM(2K2K8 8位,位,4K4K4 4位,位,8K8K8 8位),位),RAMRAM(1K1K4 4位,位,2K2K8 8位,位,4K4K8 8位),及位),及741387
3、4138译码器和其他门电路(门电路自定)。试从上译码器和其他门电路(门电路自定)。试从上述规格中选用合适芯片,画出述规格中选用合适芯片,画出CPUCPU和存储芯片的连接和存储芯片的连接图。要求:图。要求:(1 1)最小)最小4K4K地址为系统程序区,地址为系统程序区,409616383409616383地址地址范围为用户程序区。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:(1 1)地址空间分配图:)地址空间分配图: 系统程序区(系统程序区(ROMROM共共4KB4KB):):0000H-0F
4、FFH0000H-0FFFH 用户程序区(用户程序区(RAMRAM共共12KB12KB):):1000H-3FFFH1000H-3FFFH (2 2)选片:)选片: ROMROM:选择:选择4K4K4 4位芯片位芯片2 2片,位并联片,位并联 RAM RAM:选择:选择4K4K8 8位芯片位芯片3 3片,字串联片,字串联 (RAM1(RAM1地址范围为地址范围为:1000H-1FFFH,RAM2:1000H-1FFFH,RAM2地址范围为地址范围为2000H-2FFFH, RAM32000H-2FFFH, RAM3地址范围为地址范围为:3000H-3FFFH):3000H-3FFFH) (3
5、3)各芯片二进制地址分配如下:)各芯片二进制地址分配如下:A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0ROM1,200000000000000000000011111111111RAM100010000000000000001111111111111RAM200100000000000000010111111111111RAM300110000000000000011111111111111CPUCPU和存储器连接逻辑图及片选逻辑如下图所示:和存储器连接逻辑图及片选逻辑如下图所示: 20. 20. 欲传送的二进制代码为欲传送的二进制代码为100110110011
6、01,用奇校验来,用奇校验来确定其对应的汉明码,若在第确定其对应的汉明码,若在第6 6位出错,说明纠错过程。位出错,说明纠错过程。 解:欲传送的二进制代码为解:欲传送的二进制代码为10011011001101,有效信息位,有效信息位数为数为n=7n=7位,则汉明校验的校验位为位,则汉明校验的校验位为k k位,则:位,则:2 2k k=n+k+1=n+k+1,k=4k=4,进行奇校验设校验位为,进行奇校验设校验位为C1C2C3C4C1C2C3C4,汉,汉明码为明码为C1C2B7C3B6B5B4C4B3B2B1C1C2B7C3B6B5B4C4B3B2B1,C1=1B7B6B4B3B1=110111
7、=1C1=1B7B6B4B3B1=110111=1C2=1B7B5B4B2B1=110101=0C2=1B7B5B4B2B1=110101=0C3=1B6B5B4=1001=0C3=1B6B5B4=1001=0C4=1B3B2B1=1101=1C4=1B3B2B1=1101=1 故传送的汉明码为故传送的汉明码为1010001110110100011101,若第,若第6 6位位(B5)(B5)出出错,即接收的码字为错,即接收的码字为1010011110110100111101,则,则P1=1C1B7B6B4B3B1=11P1=1C1B7B6B4B3B1=1110111=010111=0P2=1C
8、2B7B5B4B2B1=10P2=1C2B7B5B4B2B1=1011101=111101=1P3=1C3B6B5B4=10011=1P3=1C3B6B5B4=10011=1P4=1C4B3B2B1=11101=0P4=1C4B3B2B1=11101=0P4P3P2P1=0110P4P3P2P1=0110说明第说明第6 6位出错,对第位出错,对第6 6位取反即完成位取反即完成纠错。纠错。 28. 28. 设主存容量为设主存容量为256K256K字,字,CacheCache容量为容量为2K2K字,字,块长为块长为4 4。 (1 1)设计)设计CacheCache地址格式,地址格式,CacheCa
9、che中可装入多少块中可装入多少块数据?数据? (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)在四路组相联映射方式下,设计主存地址格式。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。出上述三种映射方式下主存的地址格式。 解:(解:(1 1)CacheCache容量为容量为2K2K字,块长为字,块长为4 4,CacheCache共共
10、有有2K/4=22K/4=21111/2/22 2=2=29 9=512=512块,块,CacheCache字地址字地址9 9位,字块内地位,字块内地址为址为2 2位,因此,位,因此,CacheCache地址格式设计如下:地址格式设计如下:Cache字块地址(字块地址(9位)位)字块内地址(字块内地址(2位)位) (2 2)主存容量为)主存容量为256K256K字字=2=21818字,主存地址共字,主存地址共1818位,位,共分共分256K/4=2256K/4=21616块,主存字块标记为块,主存字块标记为18-9-2=718-9-2=7位。位。 直接映射方式下主存地址格式如下:直接映射方式下
11、主存地址格式如下:主存字块标记(主存字块标记(7位)位)Cache字块地址(字块地址(9位)位)字块内地址(字块内地址(2位)位)主存字块标记(主存字块标记(9位)位)组地址(组地址(7位)位)字块内地址(字块内地址(2位)位) (3 3)根据四路组相联的条件,一组内共有)根据四路组相联的条件,一组内共有4 4块,块,得得CacheCache共分为共分为512/4=128=2512/4=128=27 7组,主存字块标记为组,主存字块标记为18-7-2=918-7-2=9位,主存地址格式设计如下:位,主存地址格式设计如下:(4 4)在全相联映射方式下,主存字块标记为)在全相联映射方式下,主存字块
12、标记为18-18-2=162=16位,其地址格式如下:位,其地址格式如下: 主存字块标记(主存字块标记(16位)位)字块内地址(字块内地址(2位)位) (5 5)若存储字长为)若存储字长为3232位,存储器按字节寻址,则位,存储器按字节寻址,则主存容量为主存容量为256K256K* *32/4=232/4=22121B B,CacheCache容量为容量为2K2K* *32/4=232/4=21414B B,块长为块长为4 4* *32/4=32B=232/4=32B=25 5B B,字块内地址为,字块内地址为5 5位,在直接映位,在直接映射方式下,主存字块标记为射方式下,主存字块标记为21-
13、9-5=721-9-5=7位,主存地址格位,主存地址格式为:式为:主存字块标记(主存字块标记(7位)位)Cache字块地址(字块地址(9位)位) 字块内地址(字块内地址(5位)位)主存字块标记(主存字块标记(9位)位)组地址(组地址(7位)位)字块内地址(字块内地址(5位)位)主存字块标记(主存字块标记(16位)位)字块内地址(字块内地址(5位)位)在四路组相联映射方式下,主存字块标记为在四路组相联映射方式下,主存字块标记为21-7-21-7-5=95=9位,主存地址格式为:位,主存地址格式为:在全相联映射方式下,主存字块标记为在全相联映射方式下,主存字块标记为21-5=1621-5=16位,
14、位,主存地址格式为:主存地址格式为: 32. 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16KB16KB,每字块有每字块有8 8个字,每字个字,每字3232位,设计一个四路组相联映射位,设计一个四路组相联映射(即(即CacheCache每组内共有每组内共有4 4个字块)的个字块)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。 (2 2)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 0,1 1,2 2,8989号单元读出号单元读出9090个字(主存
15、一次读出一个字),个字(主存一次读出一个字),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? (3 3)若)若CacheCache的速度是主存的的速度是主存的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)根据每字块有)根据每字块有8 8个字,每字个字,每字3232位(位(4 4字字节),得出主存地址字段中字块内地址为节),得出主存地址字段中字块内地址为3+2=53+2=5位。位。 根据根据CacheCache容量为容量为16KB=216KB=21414B B,字块大
16、小为,字块大小为8 8* *32/8=32=232/8=32=25 5B B,得,得CacheCache地址共地址共1414位,位,CacheCache共有共有2 214-514-5=2=29 9块。块。 根据四路组相联映射,根据四路组相联映射,CacheCache共分为共分为2 29 9/2/22 2=2=27 7组。组。根据主存容量为根据主存容量为4MB=24MB=22222B B,得主存地址共,得主存地址共2222位,主存字位,主存字块标记为块标记为22-7-5=1022-7-5=10位,故主存地址格式为:位,故主存地址格式为: 主存字块标记(主存字块标记(10位)位)组地址(组地址(7
17、位)位)字块内地址(字块内地址(5位)位) (2 2)由于每个字块中有)由于每个字块中有8 8个字,而且初态为空,因个字,而且初态为空,因此此CPUCPU读第读第0 0号单元时,未命中,必须访问主存,同时号单元时,未命中,必须访问主存,同时将该字所在的主存块调入将该字所在的主存块调入CacheCache第第0 0组中的任一块内,组中的任一块内,接着接着CPUCPU读第读第1717号单元时均命中。同理,号单元时均命中。同理,CPUCPU读第读第8 8,1616,8888号时均未命中。可见,号时均未命中。可见,CPUCPU在连续读在连续读9090个字个字中共有中共有1212次未命中,而后次未命中,
18、而后8 8次循环读次循环读9090个字全部命中,个字全部命中,命中率为:命中率为:984. 089012890 (3 3)设)设CacheCache的周期为的周期为t t,则主存周期为,则主存周期为6t6t,没有,没有CacheCache的访问时间为的访问时间为6t6t* *9090* *8 8,有,有CacheCache的访问时间为的访问时间为t t(9090* *8-128-12)+6t+6t* *1212,则有,则有CacheCache和无和无CacheCache相比,速度相比,速度提高的倍数为:提高的倍数为:54. 5112t6t )12890(890t6 38. 磁盘组有磁盘组有6片
19、磁盘,最外两侧盘面可以记录,存片磁盘,最外两侧盘面可以记录,存储区域内径储区域内径22cm,外径,外径33cm,道密度为,道密度为40道道/cm,内,内层密度为层密度为400位位/cm,转速,转速3600转转/分,问:分,问: (1)共有多少存储面可用?)共有多少存储面可用? (2)共有多少柱面?)共有多少柱面? (3)盘组总存储容量是多少?)盘组总存储容量是多少? (4)数据传输率是多少?)数据传输率是多少? 解:(解:(1)共有:)共有:62=12个存储面可用。个存储面可用。 (2)有效存储区域)有效存储区域=(33-22)/ 2 = 5.5cm (3)内层道周长)内层道周长= 22=69
20、.08cm 道容量道容量=400位位/cm69.08cm= 3454B 面容量面容量=3454B220道道=759,880B 盘组总容量盘组总容量=759,880B 12面面= 9,118,560B柱面数柱面数 = 40道道/cm 5.5= 220道道 (4)转速)转速 = 3600转转 / 60秒秒 = 60转转/秒秒 数据传输率数据传输率 = 3454B 60转转/秒秒 = 207,240 B/S 4.42 4.42 有一个有一个(7(7,4)4)码,生成多项式码,生成多项式x x3 3+x+1+x+1,写,写出代码出代码10011001的循环冗余校验码的循环冗余校验码 解:解: 代码为:
21、代码为:3( )10011M xx743k 3( )11011G xxx 由由(7(7,4)4)得:得: 生成多项式为:生成多项式为: 将代码左移将代码左移3 3位后再被生成多项式模位后再被生成多项式模2 2处,即:处,即:3( )1001000M xx3( )10010001101010( )10111011M xxG x 故故CRCCRC码为:码为:3( )( )1001000 1101001110M xxR x第第5 5章章 输入输出系统输入输出系统 32. 设磁盘存储器转速为设磁盘存储器转速为3000转转/分,分分,分8个扇区,每扇区个扇区,每扇区存储存储1K字节,主存与磁盘存储器数据
22、传送的宽度为字节,主存与磁盘存储器数据传送的宽度为16位位(即每次传送(即每次传送16位)。假设一条指令最长执行时间是位)。假设一条指令最长执行时间是25 s,是否可采用一条指令执行结束时响应,是否可采用一条指令执行结束时响应DMA请求的请求的方案,为什么?若不行,应采取什么方案?方案,为什么?若不行,应采取什么方案?29 29 结合结合DMADMA接口电路说明工作过程。看书接口电路说明工作过程。看书解:先算出磁盘传送速度,然后和指令执行速度进行比解:先算出磁盘传送速度,然后和指令执行速度进行比较得出结论。较得出结论。道容量道容量= 1K 8 8 位位= 8KB = 4K字字数传率数传率=4K
23、字字3000转转/分分=4K字字50转转/秒秒 =200K字字/秒秒 一个字的传送时间一个字的传送时间=1/200K=1/200K秒秒 5 5 s s (注:在(注:在此此1K=10241K=1024,来自数据块单位缩写。),来自数据块单位缩写。) 因为因为5 5 s25s25 s s,所以不能采用一条指令执行,所以不能采用一条指令执行结束响应结束响应DMADMA请求的方案,应采取每个请求的方案,应采取每个CPUCPU机器周期机器周期末查询及响应末查询及响应DMADMA请求的方案(通常安排请求的方案(通常安排CPUCPU机器周机器周期期=MM=MM存取周期)。存取周期)。第第6 6章章 计算机
24、的运算方法计算机的运算方法 9. 9. 当十六进制数当十六进制数9B9B和和FFFF分别表示为原码、补码、反码、分别表示为原码、补码、反码、移码和无符号数时,所对应的十进制数各为多少(设移码和无符号数时,所对应的十进制数各为多少(设机器数采用一位符号位)?机器数采用一位符号位)? 解:真值和机器数的对应关系如下:解:真值和机器数的对应关系如下:9BH原码补码反码移码无符号数对应十进制数-27-101-100+27155FFH原码补码反码移码无符号数对应十进制数-128-1-0+12825612. 12. 设浮点数格式为:阶码设浮点数格式为:阶码5 5位(含位(含1 1位阶符),尾数位阶符),尾
25、数1111位(含位(含1 1位数符)。写出位数符)。写出51/12851/128、-27/1024-27/1024、7.3757.375、- -86.586.5所对应的机器数。要求如下:所对应的机器数。要求如下: (1 1)阶码和尾数均为原码。)阶码和尾数均为原码。 (2 2)阶码和尾数均为补码。)阶码和尾数均为补码。 (3 3)阶码为移码,尾数为补码。)阶码为移码,尾数为补码。 解:据题意画出该浮点数的格式解:据题意画出该浮点数的格式 阶符阶符1位位阶码阶码4位位数符数符1位位尾数尾数10位位 将十进制数转换为二进制:将十进制数转换为二进制: x1= 51/128= 0.0110011B=
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