组成原理习题指导.pdf

组成原理习题指导 组成原理习题 第三次作业 4 3 4 6 4 12 4 14 第五次作业 4 20 4 24 4 29 4 32 4 38 第七次作业 7 12 7 17 第十次作业 补充1 补充2 第十一次作业 补充1 补充2 4 3 存储器的层次结构主要体现在什么地方 为什么要分这些层次 计算机如何管理这些层 次 解 新书 新书P71P71 存储系统层次结构主要体现在缓存 主 存和主存 辅存折两个存储层次上 缓存 主存层次主要解决CPU和主存速 度不匹配的问题 主存和缓存之间的数 据调动是由硬件自动完成的 主存 辅存层次主要解决存储系统的容 量问题 主存和辅存之间的数据调用时 由硬件和操作系统共同完成的 4 6 某机字长32位 其存储容量是64KB 按字 编址其寻址范围是多少 若主存以字节编址 试画出主存地址和字节地址的分配情况 解 存储容量是64KB时 按字节编址的寻址范围是64KBKB 按字寻址范围 64K x 8 32 16K K字字 按字节编址是的主存地址分配图如下 字地址 字节地址 0 0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 4 5 5 6 6 7 7 8 65528 65532 6553265532 6553365533 6553465534 6553565535 4 12 画出用10241024 4 4位位的存储芯片组成一个容量为 64K64K 8 8位位的存储器的逻辑框图 要求将64K分成4 4个个 页面页面 每个页面分1616组组 共需多少存储芯片 解 设采用SRAM芯片 总片数总片数 64K 8位 1024 4位 64 2位 128128片片 本题设计的存储器结构上分为总体 页面 组三级 因此画图时也应该分三级画 首 先确定各级的容量 页面容页面容量量 总容量 页面数 64K 8位 4 16K16K 8 8位位 组容组容量量 页面容量 组数 16K 8位 16 1K1K 8 8位位 组内片数组内片数 组容量 片容量 1K 8位 1K 4位 2 2片片 地址分配 页面号页面号 组号组号 组内地址组内地址 2 4 10 组逻辑图如下 位扩展位扩展 D D7 7D D6 6D D5 5D D4 4 D D3 3D D2 2D D1 1D D0 0 WEWE A A9 0 9 0 1K 4 SRAM 1K 4 SRAM 1K 8 CSCSi i 页面逻辑图如下 字扩展字扩展 组 译 码 器 4 16 A A10 10 A A11 11 A A12 12 A A13 13 1K 8 组0 1K 8 组1 1K 8 组2 1K 8 组15 CSCS0 0 CSCS1 1 CSCS2 2 CSCS15 15 CECEi i WEWE A A9 0 9 0 D D7 0 7 0 16K 8 存储逻辑图如下 字扩展字扩展 页 面 译 码 器 2 4 16K 8 页面0 CECE0 0 16K 8 页面0 CECE0 0 16K 8 页面0 CECE0 0 16K 8 页面0 CECE0 0 A A13 0 13 0 WEWE D D7 0 7 0 A A14 14 A A15 15 4 14 某8位微型计算机地址码为18位 若使用 4K 4位的RAM芯片组成模块板结构的存储器 试问 1 该机所允许的最大主存空间是多少 2 若每个模块板为32K 8位 共需几个馍 板块 3 每个模板块内共有几片RAM芯片 4 共有多少片RAM 5 CPU如何选择各模板块 解 1 218 256K 则该机所允许的最大主 存空间是256K256K 8 8位位 256KB256KB 模板块总数 256K 8 32K 8 8 8块块 板内片数 32K 8位 4K 4位 8 2 1616片片 总片数 16片 8 128128片片 CPU通过最高3位地址译码选板 次高3位地 址译码选片 地址格式分配如下 板地址 片地址 片内地址 3 3 12 4 20 欲传送的二进制代码为1001101 用奇校 验来确定其对应的海明码 若在第6位出错 说 明纠错过程 解 参考例4 5 2k n k 1 k 4k 4 跟据配奇原则配置海明码 C1 b7 b6 b4 b3 b1 1 C2 b7 b5 b4 b2 b1 0 C4 b6 b5 b4 0 C8 b3 b2 b1 1 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 名称 C1 C2 b7 C4 b6 b5 b4 C8 b3 b2 b1 数值 1 0 0 1 1 0 1 故奇校验对应的海明码为10100111011010011101 若第6位出错 则错误海明码为 101001 111101 P1 C1 b7 b6 b4 b3 b1 0 P2 C2 b7 b b5 5 b4 b2 b1 1 P4 C4 b6 b b5 5 b4 1 P8 C8 b3 b2 b1 0 出错位为 P8P4P2P1 0110 2 6 6 故正确的海明码为10100011101 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 数值 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 错误 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 4 24 一个4体低位交叉的存储器 假设存取周期为 T CPU每隔1 4个存储周期启动一个存储体 试问 依次访问64个字需多少个存储周期 解 参考例4 6前面的内容 地位交叉编址的多体模块中 低地址用于表示体 号 高地址为体内地址 访问连续的64字时采用 流水线方式存取 依次访问64个字需要的时间为 t T n 1 T 64 1 T 4 T T 4 29 假设CPU执行某段程序时共访问Cache命中 4800次 访问主存200次 已知Cache的存取周 期是30ns 主存的存取周期是150ns 求Cache 的命中率以及Cache 主存系统的平均访问时间 和效率 试问该系统的性能提高了多少 解 参考例4 7 Cache的命中率为 4800 4800 200 0 960 96 平均访问时间为 0 96 30ns 1 0 96 150 Cache 主存系统的访问效率 访问 的时间 平均访问时间 100 30 34 8 100 系统性能提高了 150 34 8 34 8 倍 4 32 设某机主存容量为4MB Cache容量 为16KB 每字块有8个字 每字32位 设 计一个四路组相联映射 即Cache每组内 共有4个字块 的Cache组织 1 画出主存地址段中各段的位数 2 设Cache的初态为空 CPU依次从主存第 0 1 2 89号单元读出90个字 主存一 次读出一个字 并重复按此次序读8次 问 命中率是多少 3 若Cache的速度是主存的6倍 试问有 Cache和无Cache相比 速度约提高多少倍 解 参考例4 11 1 根据每个字块有8个字 每个字32位 得主存地址字段中字块内地址字段为5位 其 中3位为字地址 2位为字节地址 根据Cache 容量为16KB 214B 得Cache共有29块 故c 9 根据四路组相连映射2r 4 得r 2 则q c r 9 2 7位 根据贮存容量4MB 222B 得主存 地址字段中主存字块标记为22 7 5 10位 主 存地址段格式为 主存字块标记 组地址 字块内地址 10位 7位 5位 2 由于每个字块中有8个字 而且初态 Cache为空 因此CPU读第0号单元时 未 命中 必须访问主存 并将该字所在的块 调入第0组中的任一块内 但接着CPU读 1 7号单元时均命中 同理 CPU读第8 16 88号单元时均未命中 可见CPU 在连续读90字中 共有12次未命中 而后 7次循环读90个字全部命中 共有13个块 Cache共有128组 命中率为 90 8 12 90 8 98 3 有Cache速度提高 6 90 8 720 12 6 12 1 4 54 4 38 磁盘组有6片磁盘 最外两最外两侧盘面可以记录侧盘面可以记录 存 储区域内径22cm 外径33cm 道密度为40道 内层密度 为400400位位 cm cm 转速为3600转 分 1 共有多少存储面可用 2 共有多少柱面 3 磁盘总存储容量是多少 4 数据传输率是多少 解 1 可用存储面有6 2 12个 2 有效存储区域 33 22 2 5 5cm 柱面数 40道 5 5 220道 3 内层道长 22 69 11 道容量 400位 cm 69 11 27644 面容量 27644 220道 6081680 盘组总容量 6081680 12 72980160 9122520 4 数据传输率 27644 3600 60 1658640 1658640 8 1024 202 47 7 12 画出执行SUB R1指令对操作数的寻址及减法过 程的流程图 设被减数和结果存于ACC中 表示间接 寻址 R1寄存器的内容为2074H 7 17 举例说明哪几种寻址方式在指令的执行阶 段不访问存储器 哪几种寻址方式在指令的执 行阶段只需访问一次存储器 完成什么样的指 令 包括取指令在内共访问存储器4次 答 寻址方式有 立即寻址立即寻址 0 0 直接寻址直接寻址 1 1 隐含寻址隐含寻址 0 0 间接寻址 2 寄存器寻址寄存器寻址 0 0 寄存器间接寻址寄存器间接寻址 1 1 基址寻址基址寻址 1 1 变址寻址变址寻址 1 1 相对寻址相对寻址 1 1 堆栈寻址堆栈寻址 0 1 0 1 其中红色加粗的寻址方式在执行阶 段不访存 蓝色加粗的在执行阶段访存一 次 略 补充1 理想流水线加速比 IPC 影响其性 能发挥的因素有哪些 可以采用哪些手段减 小这些因素的影响 解 假设流水线有m段 每段执行时间为 连续 处理n条指令 1 1 1 1 当 时 Sp 即理想流水线加速比为m IPC 1 从这几个方面考虑 详略 影响流水线性能的因素 包括结构相关 数据相关 控制相关 提高流水线吞吐率的方法 补充2 典型的流水线的多发技术有哪些 典型的流水线的多发技术有 超标量技超标量技术术 在指令的每个周期内可同时并发多条独 立指令 即以并行操作方式将两条或两条以上指令编 译并执行 超流水线技超流水线技术术 超流水线技术是将一些流水线寄存器 插入到流水线段中 好比流水线再分段 超长指令及技超长指令及技术术 超长指令字技术和超标量技术都是 采用多条指令在多个处理部件中并行处理的体系结构 在一个时钟周期内能流出多条指令 但超标量的指令 来自同一标准的指令流 VLIW则是由编译程序在编译 时挖掘出指令间潜在的并行性后 把多条能并行操作 的指令组合成一条具有多个操作码字段的超长指令 有这条超长指令控制VLIW机种多个独立工作的功能部 件 有每一个操作码字段控制一个功能部件 相当于 同时执行多条指令 补充1 立即数如何处理 lui s1 100 s1 100 216 addi s1 s2 100 s1 s2 100 o解 都是I Type操作 执行步骤为 1 取指和PC 1 2 读取立即数和SrcReg