4.4典型例题解析

4.4 典型例题解析
1、存储器带宽是什么意义？若一存储器的MDR为32位，存储周期为0.25ns，求该存储器的带宽。

解：存储器带宽是指存储器被连续访问时，可提供的数据传送率。

B= 32 / 0.25 （位/ns）=128 （位/ns）= 128×109 （位/秒）
2、说明存储器的存取周期T mc和存取时间T A的区别。

为什么存取周期T m大于存取时间T A？
答：存取时间TA为从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。

存储周期TMC为启动两次独立的存储器操作之间所需的最小时间间隔，即存储器完成一次完整的读写操作所需的全部时间。

因为任何一种存储器在读或写操作后总有一段内部状态恢复时间，才能进行下一次访问，所以必须存取周期T m大于存取时间T A。

3、DRAM为什么要刷新？一个16K×1位的DRAM芯片，如刷新周期为8ms，则相邻两行之间刷新间隔是多少？
答：DRAM存储单元电路是通过栅极电容上存储的电荷来记忆信息“1”或“0”的，时间长了，电荷要泄漏，信息会丢失，因此必须按一定规律给栅极电容充电（刷新）。

DRAM进行逐行刷新，刷新周期数只与单个DRAM芯片的矩阵结构中列数有关。

16K×1位芯片应是128×128个的矩阵，分为4个64×64的小矩阵，刷新时，根据6位行地址选中4个矩阵的同一行，即对64×4=256个存储单元刷新，共刷新64次才对芯片中所有单元刷新一遍。

时间间隔为8ms/ 64=0.125ms 。

4、设有一个系统具有20位地址和字长32位的存储器，问：
（1）该存储器能存储多少个字节的信息？
（2）如果存储器由64K×8位SRAM芯片组成，需要多少片？
（3）需要多少位地址作芯片选择？
解：（1）20位地址表示可有220个存储单元，字长32位表示1个单元存储32位二进制数，该存储器能存储的信息为：220×32位= 1M×32位=1M×4×8位=4MB
（2）需要的总片数= （220×32位）/ （64K×8位）= （220×32位）/ 216×8位=64（片）
其中采用位扩展方式，4片64K×8位扩展为64K×32位芯片组，
采用字扩展方式，16组64K×32位芯片组构成1M×32位的存储器。

（3）64K×8位芯片需要16位地址，系统有20位地址，所以还有4位高位地址作芯片选择，可从16组芯片组中选择1组芯片进行读写操作。

5、用32K×8位的EPROM芯片组成128K×16位的只读存储器，试问：
（1）芯片的数据寄存器多少位？
（2）芯片的地址寄存器多少位？
（3）共需多少片EPROM芯片？
（4）画出CPU和存储器的硬件接线图。

解：（1）32K×8位的只读存储器芯片内数据寄存器应为8位
（2）32K×8位的只读存储器应有32K个存储单元，32K= 215，所以有15位地址，芯片的地址寄存器应为15位。

（3）需要的芯片数= （128K×16位）/（32K×8位）=8（片）
其中采用位扩展方式，2片32K×8位扩展为32K×16位芯片组，
采用字扩展方式，4组32K×16位芯片组构成128K×16位的存储器。

（4）32K×8位的存储器芯片需要15位地址，128K×16位存储器需要17位地址，高2位地址进行译码产生4个片选信号，可选择4组芯片组一组进行操作。

CPU和存储器的硬件接线图如下：
6、CPU执行一段程序时，Cache完成存取的次数为2420次，主存完成存取的次数为80次，已知Cache的存储周期为40ns，主存存储周期为240ns，求Cache的命中率和Cache-主存系统的平均存储周期。

解：Cache的命中率N1
Hc = N1+N2= 2420 / （2420+80）=96.8% 平均存储周期T A= ( 40×2420+240×80)/ （2420+80）= 46.4ns
7、若主存MM为1MB，高速缓存Cache为2KB，按256B分块，Cache-MM层次采用全
项联映像，问：
（1）MM、Cache各分多少块？并画出MM、Cache的地址格式。

（2）若Cache存储周期为25ns，MM存储周期为250ns，平均命中率为98%，求平均存储周期。

解：（1）MM块数为1MB÷ 256B =4096 （块） =2 12 （块）
Cache块数为2KB÷ 256B = 8（块）= 2 3 （块）
每块256 B = 2 8 B
主存地址格式为：
Cache地址格式为：
（2）平均存储周期T A = 25ns ×98% + 250ns×2% = 29.5ns
8、一台计算机的主存容量为1MB，字长为32位，Cache的容量为512字，确定下列情况下主存和Cache的地址格式：
（1）直接映像的Cache，块长1字
（2）直接映像的Cache，块长8字
（3）组相联映像的Cache，块长1字，组内4块
解：(1) Cache块长为1字
主存为1MB, Cache的容量为512字= 512×4 B ，所以
区号=1MB / 512×4B = 512=2 9，区号用9位表示；
Cache的块长为1字，块号= 512字/ 1字= 512=2 9 ，块号用9位表示
主存容量为1MB表示有1M=220个字节地址，20-9-9=2位用来表示块内1个字（4字节）的字节地址。

因此
主存的地址格式
区号块号块内字节地址
9位9位2位
Cache的地址格式
块号块内字节地址
9位2位
(2) Cache块长为8字
主存为1MB, Cache的容量为512字= 512×4 B ，所以
区号=1MB / 512×4B = 512=2 9，区号用9位表示；
Cache的块长为8字，块号= 512字/ 8字=64 =26, 块号用6位表示。

主存容量为1MB表示有1M=220个字节地址，20-9-6=5位用来表示块内8个字（4
字节）的字节地址。

因此
主存的地址格式
区号块号块内字节地址
9位6位5位
Cache的地址格式
块号块内字节地址
6位5位
（3）组相联映像的Cache，块长1字，组内4块
Cache的容量为512字，块长1字，每组4块，每组4字Cache的组数为512字/4字=128组=27 ，组号用7位表示，一组4块=22 ，块号用2位表示；
主存为1MB, Cache的容量为512字= 512×4 B ，所以区号=1MB / 512×4B = 512=2 9，区号用9位表示；主存容量为1MB表示有1M=220个字节地址，20—9-7-2=2位用来表示块内1个字（4字节）的字节地址。

因此
主存的地址格式
区号组号组内块号块内字节地址
9位7位2位2位
Cache的地址格式
组号组内块号块内字节地址
7位2位2位。