白中英计算机组成原理第三章答案

9、CPU执行一段程序时，cache完成存取的次数为 、 执行一段程序时， 完成存取的次数为2420 执行一段程序时 完成存取的次数为 主存完成存取的次数为80次 次，主存完成存取的次数为 次， 已知cache存储周期为 存储周期为40ns，主存存储周期为 已知 存储周期为 ，主存存储周期为240ns， ， 主存系统的效率和平均访问时间。 求cache/主存系统的效率和平均访问时间。 主存系统的效率和平均访问时间
6、用32K×8位的 、 位的EPROM芯片组成 芯片组成128K×16 × 位的 芯片组成 ×
位的只读存储器，试问： 位的只读存储器，试问：
数据寄存器多少位？ ① 数据寄存器多少位？ 因为系统数据总线为16位 所以数据寄存器 位 因为系统数据总线为 位，所以数据寄存器16位 地址寄存器多少位？ ② 地址寄存器多少位？ 因为存储器容量为128K，需系统地址总线17位， ，需系统地址总线 位 因为存储器容量为 所以地址寄存器17位 所以地址寄存器 位 共需多少个EPROM芯片？ 芯片？ ③ 共需多少个 芯片 所需芯片总数： 所需芯片总数： (128K/32K)×(16/8)=8片 × 片
直接映射下的主存地址格式如下： 直接映射下的主存地址格式如下： 主存标记 Cache行号 Cache行号 块内地址
8位
每块4字 每块 字 Cache容量 容量64KB 容量 主存16MB 主存
14位 14位
2位
块内的字地址需要2位 块内的字地址需要 位 Cache共包含 共包含16K个块 共包含 个块 Cache块号需要 位 块号需要14位 块号需要 主存地址为24位 主存地址为 位 主存标记位有24－ － 主存标记位有 －14－2 = 8位 位
命中率 h = Nc/(Nc+Nm) = 2420/(2420+80) = 0.968 主存与Cache的速度倍率 的速度倍率 主存与 r = tm/tc = 240ns/40ns = 6 访问效率 e = 1/(r+(1-r)h) = 1/(6+(1-6)×0.968) = 86.2% × 平均访问时间 ta = tc/e = 40ns/0.862 = 46.4ns
10、已知 、已知cache存储周期 存储周期40ns，主存存储周期 存储周期 ， 200ns，cache/主存系统平均访问时间为 ， 主存系统平均访问时间为50ns，求 ， 主存系统平均访问时间为 cache的命中率是多少？ 的命中率是多少？ 的命中率是多少 由 ta = htc+(1-h)tm，可得
A15
8、设存储器容量为 、设存储器容量为64M，字长为 位，模块数 ，字长为64位 模块数m=8，分 ， 别用顺序和交叉方式进行组织。存储周期T=100ns，数 别用顺序和交叉方式进行组织。存储周期 ， 据总线宽度为64位，总线传送周期τ=50ns。求：顺序存 据总线宽度为 位 总线传送周期 。 储器和交叉存储器的带宽各是多少？ 储器和交叉存储器的带宽各是多少？
t a − t m 50 − 200 h= = = 93.75% t c − t m 40 − 200
13、一个组相联 、一个组相联Cache由64个行组成，每组 行。 个行组成， 由 个行组成 每组4行 主存储器包含4K个块 每块128字。请表示内存地 个块， 主存储器包含 个块，每块 字 址的格式。 址的格式。
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6、用32K×8位的 、 位的EPROM芯片组成 芯片组成128K×16位的只读存储器， 位的只读存储器， × 位的 芯片组成 × 位的只读存储器 试问：（ ：（4）画出此存储器的组成框图。 试问：（ ）画出此存储器的组成框图。
CPU 地址 寄存器 32K ×8 数据 寄存器 CS3 A16 2:4 译码器 CS0 ~ CS3 CS2 32K ×8 CS1 32K ×8 CS0 32K ×8 32K ×8 32K ×8 32K ×8 32K ×8
组相联映射下的主存地址格式如下： 组相联映射下的主存地址格式如下： 主存标记 组号 块内地址
8位
块内的字地址需要7位 块内的字地址需要 位
4位
7位
每块128字，假定主存以字进行组织 字 每块 Cache由64个行组成，每组 行 由 个行组成 每组4行 个行组成， Cache中共包含 组，需4位组号 中共包含16组 中共包含 位组号 主存包含4K个块 主存包含 个块 主存块号为12位 主存块号为 位 主存标记位有12－4=8位 主存标记位有 － 位
直接映射下的主存地址格式如下： 直接映射下的主存地址格式如下： Cache行号 主存标记 Cache行号 块内地址
4位
每块16B 每块 Cache容量 容量64KB 容量 主存容量1MB 主存容量
12位 12位
共包含4K行 共包含 行
4位
Cache块号 位 块号12位 块号
块内的字节地址需要4位 块内的字节地址需要 位 主存地址20位 主存地址 位 主存标记位20－ － 主存标记位 －12－4 = 4位 位
16K×32 × 存储组
16K×32 × 存储组
16K×32 × 存储组
16K×32 × 存储组
D31 ~D0/WE
D31~D0 /WE D31~D0 /WE D31~D0 /WE
D31~D0 /WE
3、用16K×8的DRAM芯片构成 、 芯片构成64K×32位存储器，要求： 位存储器， × 的 芯片构成 × 位存储器 要求： (2)设储器读 写周期为 设储器读/写周期为 内至少要访问一次。 设储器读 写周期为0.5µs，CPU在1µs内至少要访问一次。试 ， 在 内至少要访问一次 问采用哪种方式比较合理？两次刷新的最大时间间隔是多少？ 问采用哪种方式比较合理？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？ 全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少？ 假定16K×8位的 × 位的 位的DRAM芯片的存储矩阵是 芯片的存储矩阵是128行×(128×8)列； 假定 芯片的存储矩阵是 行 × 列 若集中刷新，则有 的死时间， 若集中刷新，则有128行×0.5us=64us的死时间，不合适； 行 的死时间 不合适； 若分散刷新，则每访存一次需要 若分散刷新，则每访存一次需要1us，也不合适； ，也不合适； 所以，应采用异步式刷新方式。 所以，应采用异步式刷新方式。 假定DRAM芯片的刷新周期为2ms 芯片的刷新周期为 假定 芯片的刷新周期为 两行的刷新间隔为： 两行的刷新间隔为：2ms/128 = 0.015625ms=15.625us 若取15.5us作为实际的刷新间隔 作为实际的刷新间隔 若取 刷新存储体一遍实际所用时间为： 刷新存储体一遍实际所用时间为： 15.5us×128＝1984us = 1.984ms × ＝
A14 A15 CS3 2:4 译 码 器 D 0 ~D /WE
7
CS2
CS1
CS0
A13~A0
位扩展
/CS
A13~A0
A13~A0 /CS A13~A0 /CS A13~A0 /CS A13~A0 /CS
16K×8 × RAM
D7~D0 /WE
16K×8 × RAM
D7~D0 /WE
16K×8 × RAM
20
存储单元个数× 存储容量 = 存储单元个数×每单元字节数
需要做存储芯片的字位扩展； 需要做存储芯片的字位扩展； 位扩展： 片 位芯片构成512K×32位的存储组； 位的存储组； 位扩展：4片512K×8位芯片构成 × 位芯片构成 × 位的存储组 字扩展： 组 位存储组构成1M× 位的存储器 位的存储器； 字扩展：2组512K×32位存储组构成 ×32位的存储器； × 位存储组构成 因此，共需要 × 片给定的SRAM芯片 因此，共需要2×4=8片给定的 片给定的 芯片 ③需要多少位地址做芯片选择？ 需要多少位地址做芯片选择？
第3章 内部存储器 章
1、设有一个具有 位地址和 位字长 、设有一个具有20位地址和 位地址和32位字长 的存储器， 的存储器，问：
①该存储器能存储多少字节的信息？ 该存储器能存储多少字节的信息？
32 = 4M字节 2 * = 220×32 bit 8 ②如果存储器有512K×8位SRAM芯片组成，需要多少片? 如果存储器有 × 位 芯片组成，需要多少片 芯片组成
位的芯片字位扩展构成64K×32位的存储器； 位的存储器； 由16K×8位的芯片字位扩展构成 × 位的芯片字位扩展构成 × 位的存储器 位扩展： 位的芯片构成16K×32位的存储组； 位的存储组； 位扩展：由4片16K×8位的芯片构成 片 × 位的芯片构成 × 位的存储组 字扩展： 位存储组构成16K×32位的存储器； 位的存储器； 字扩展：由4组16K×32位存储组构成 组 × 位存储组构成 × 位的存储器 因此， 个存储组的片选信号应由最高两位地址 个存储组的片选信号应由最高两位地址A 产生； 因此，4个存储组的片选信号应由最高两位地址 14和A15产生； 该存储器的组成逻辑框图如下： 该存储器的组成逻辑框图如下：
顺序存储器和交叉存储器连续读出m=8个字的数据信息量为： 个字的数据信息量为： 顺序存储器和交叉存储器连续读出 个字的数据信息量为 q = 8×64 = 512位 × 位 顺序存储器所需要的时间为 t1 = m×T =8×100ns =800ns =8×10-7s × × × 故顺序存储器的带宽为 W1= q/t1 = 512/(8×10-7) = 64×107[bit/s] × × 交叉存储器所需要的时间为 t2 = T+ (m-1)×τ= 100ns + (8-1)×50ns = 450ns =4.5×10-7s × × × 故交叉存储器的带宽为 W1= q/t2 = 512/(4.5×10-7) = 113.8×107[bit/s] × ×
字扩展的是2个存储组，因此， 位地址做片选。 字扩展的是 个存储组，因此，需1位地址做片选。 个存储组 位地址做片选
1024K * 32 = 2 * 4 = 8片 512K * 8
3、用16K×8位的 、 位的DRAM芯片构成 芯片构成64K×32位存储器，问： 位存储器， × 位的 芯片构成 × 位存储器 （1）画出该存储器的组成逻辑框图。 ）画出该存储器的组成逻辑框图。
两个满足题目要求的主存地址： 两个满足题目要求的主存地址： 0000 1001 0000 1110 0000 0001 1001 0000 1110 0000
15、假设主存容量 、假设主存容量16M×32位，Cache容量 × 位 容量 64K×32位，主存与 之间以每块4× 位大 × 位 主存与Cache之间以每块 ×32位大 之间以每块 小传送数据，请确定直接映射方式的有关参数， 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。 画出主存地址格式。
D7 ~ D0 /WE
16K×8 × RAM
D7 ~ D0 /WE
D7~D0 D15~D8 D23~D16 D31~D23
/WE
字扩展
/MREQ A15 A14
/G1 B A /Y0 /Y1 /Y2 /Y3
74LS139
A13~A0
A13~A0 /CS A13~A0 /CS A13~A0 /CS A13~A0 /CS
14、某机主存容量 、某机主存容量1MB，字长 ，块大小 ，字长1B，块大小16B， ， Cache容量 容量64KB，若Cache采用直接映射方 容量 ， 采用直接映射方 请给出2个不同标记的内存地址 个不同标记的内存地址， 式，请给出 个不同标记的内存地址，它们映 射到同一个Cache行。 射到同一个 行