计算机组成原理3-7章作业答案

第3章习题参考答案

2、已知某64位机主存采用半导体存储器，其地址码为26位，若使用4M ×8位的DRAM 芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用内存条结构形式，问；

(1) 若每个内存条为16M ×64位，共需几个内存条? (2) 每个内存条内共有多少DRAM 芯片?

(3) 主存共需多少DRAM 芯片? CPU 如何选择各内存条? 解：

(1) 共需

条464

1664

226=⨯⨯M 内存条 (2) 每个内存条内共有

328

464

16=⨯⨯M M 个芯片

(3) 主存共需多少

1288

464

648464226=⨯⨯=⨯⨯M M M 个RAM 芯片， 共有4个内存条，故CPU 选择内存条用最高两位地址A 24和A 25通过2：4译码器实现；其余的24根地址线用于内存条内部单元的选择。

3、用16K ×8位的DRAM 芯片构成64K ×32位存储器，要求： (1) 画出该存储器的组成逻辑框图。

(2) 设存储器读/写周期为0.5μS ，CPU 在1μS 内至少要访问一次。试问采用哪种刷新方式比较合理?两次刷新的最大时间间隔是多少?对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少? 解：

(1) 用16K ×8位的DRAM 芯片构成64K ×32位存储器，需要用

16448

1632

64=⨯=⨯⨯K K 个芯片，其中每4片为一组构成16K ×

32位——进行字长位数扩展(一组内的4个芯片只有数据信号线不互连——分别接D 0~D 7、D 8~D 15、D 16~D 23和D 24~D 31，其余同名引脚互连)，需要低14位地址(A 0~A 13)作为模块内各个芯片的内部单元地址——分成行、列地址两次由A 0~A 6引脚输入；然后再由4组进行存储器容量扩展，用高两位地址A 14、A 15通过2：4译码器实现4组中选择一组。画出逻辑框图如下。

(2) 设刷新周期为2ms ，并设16K ⨯8位的DRAM 结构是128⨯128⨯8存储阵列，则对所有单元全部刷新一遍需要128次(每次刷

新一行，共128行) 若采用集中式刷新，则每2ms 中的最后128⨯0.5μs=64μs 为集中刷新时间，不能进行正常读写，即存在64μs 的死时间 若采用分散式刷新，则每1μs 只能访问一次主存，而题目要求CPU 在1μS 内至少要访问一次，也就是说访问主存的时间间隔越短越好，故此方法也不是最适合的

比较适合采用异步式刷新：

采用异步刷新方式，则两次刷新操作的最大时间间隔为

s ms

μ625.15128

2=，可取15.5μs ；对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间为：15.5μs ⨯128=1.984ms ；采用这种方式，每15.5μs 中有0.5μs 用于刷新，其余的时间用于访存(大部分时间中1μs 可以访问两次内存)。

6、用32K ×8位的E 2PROM 芯片组成128K ×16位的只读存储器，试问： (1) 数据寄存器多少位? (2) 地址寄存器多少位? (3) 共需多少个E 2PROM 芯片? (4) 画出此存储器组成框图。

解：(1) 系统16位数据，所以数据寄存器16位

(2) 系统地址128K ＝217，所以地址寄存器17位 (3)共需

片8248

3216

128=⨯=⨯⨯K K ，分为4组，每组2片

(4) 组成框图如下

32K ⨯8 CPU

A 0~A 14

D 0~7

A 15 W/R

2-4 译码

A 16

32K ⨯8

32K ⨯8

32K ⨯8

32K ⨯8 32K ⨯8 32K ⨯8 32K ⨯8

D 0~7

CS

Y 0

CS

CS

CS

Y 1

Y 2

Y 3

A 0~A 14

D 0~D 7

D 8~15 数据 寄存器 地址 寄存器

D 8~15

W/R

W/R

9、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 存储周期为40ns ，主存存储周期为240ns ，求cache ／主存系统的效率和平均访问时间。 解：cache 的命中率：

%8.9680

24202420

=+=+=

m c c N N N h

主存慢于Cache 的倍率：

640

240===

c m t t r Cache/主存系统的效率：

%2.86968

.0561

)1(1=⨯-=-+=

h r r e

平均访问时间：

ns e t t c a 4.46862

.040===

14、有一个处理机，内存容量1MB ，字长1B ，块大小16B ，cache 容量64KB ，若cache 采用直接映射式，请给出2个不同标记的内存地址，它们映射到同一个cache 行。 解： Cache 共有

个行1221664=B

KB

，行号为12位

内存块数：1MB/16B=216；块号为16位 内存地址长20位

采用直接映射方式，所以cache 的行号i 与主存的块号j 之间的关系为：

m j i mod =，m 为cache 的总行数

20位的内存地址格式如下：

4位

12位

4位

两个映射到同一个cache 行的内存地址满足的条件是：12位的行号相同，而4位的标记不同即可，例如下面的两个内存地址就

满足要求：

0000 000000000000 0000=00000H 与 0001 000000000000 0000=10000H

15、假设主存容量16M ⨯32位，cache 容量64K ⨯32位，主存与cache 之间以每块4⨯32位大小传送数据，请确定直接映射方式的有关参数，并画出主存地址格式。 解：

由已知条件可知Cache 共有

个行位

位

1423243264=⨯⨯K ，行号为14位

主存共有

个块位

位

2223243216=⨯⨯M ，块地址为22位，由行号和标记组成

cache 的行号i 与主存的块号j 之间的关系为：

m j i mod =，m 为cache 的总行数

设32位为一个字，且按字进行编址，则