组成原理复习试题

1、3.14 设总线的时钟频率为设总线的时钟频率为8MHz，一个总线周，一个总线周期等于一个时钟周期。如果一个总线周期中并期等于一个时钟周期。如果一个总线周期中并行传送行传送16位数据，试问总线带宽是多少？位数据，试问总线带宽是多少？解：一秒有解：一秒有8M个时钟周期，即总线周期。个时钟周期，即总线周期。总线带宽：总线带宽： 8M*16b=128Mbps=16MBps3.15 在一个在一个32位的总线系统中，总线的时钟频率为位的总线系统中，总线的时钟频率为66MHz，假设总线最短传输周期为，假设总线最短传输周期为4个时钟周期，试个时钟周期，试计算总线的最大数据传输率。若想提高数据传输率，计算总线的

2、最大数据传输率。若想提高数据传输率，可以采取什么措施？可以采取什么措施？解：一秒有解：一秒有66M个时钟周期，又已知最短总线传输周个时钟周期，又已知最短总线传输周期为期为4个时钟周期，则一秒最多有个时钟周期，则一秒最多有66M/4个总线周期。个总线周期。总线宽度为总线宽度为32位，位，4个字节。个字节。最大数据传输率：最大数据传输率： （66M/4）*4B=66MBps=528Mbps若想提高数据传输率，可以：增加总线宽度、提高时若想提高数据传输率，可以：增加总线宽度、提高时钟频率钟频率3.16 异步串行传送系统中，字符格式为：异步串行传送系统中，字符格式为：1个起始位、个起始位、8个数据位、

3、个数据位、1个校验位、个校验位、2个终值位。若要求每秒传送个终值位。若要求每秒传送120个字符，试求传送的波特率。个字符，试求传送的波特率。解：传送一个字符需要解：传送一个字符需要1+8+1+2=12位。位。又已知一秒传送又已知一秒传送120个字符，个字符，波特率：波特率：120*12=1440bps4.15 设设CPU共有共有16根地址线，根地址线，8根数据线，并用根数据线，并用MREQ (低电平低电平有效有效)作为访存控制信号，作为访存控制信号，R/W作读作读/写命令信号写命令信号(高电平为读，高电平为读，低电平为写低电平为写)。现有存储芯片：。现有存储芯片：ROM（2K*8位，位， 4K

4、*4位，位， 8K*8位），位）， RAM（1K*4位，位， 2K*8位，位， 4K*8位）及位）及74138译译码器和其他门电路（门电路自定义）。码器和其他门电路（门电路自定义）。试从上述规格中选用合适的芯片，画出试从上述规格中选用合适的芯片，画出CPU和存储芯片的连接和存储芯片的连接图。要求如下：图。要求如下：(1)最小最小4K地址为系统程序区，地址为系统程序区，409616383地址范围为用户程序地址范围为用户程序区。区。(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)详细画出片选逻辑。详细画出片选逻辑。解：（解：（1）地址空间分配图：）地址空间分配图： 用户程序

5、区用户程序区RAM12K*8系统程序区系统程序区ROM4K*8选片：选片： ROM：选择：选择4K4位芯片位芯片2片，位并联片，位并联 RAM：选择：选择4K8位芯片位芯片3片，字串联片，字串联 (RAM1地址范围为地址范围为:1000H-1FFFH, RAM2地址范围为地址范围为2000H-2FFFH, RAM3地址范围为地址范围为:3000H-3FFFH) 另一种方法：ROM选择2片2K*8的芯片4.16 CPU 假设同上题，现有假设同上题，现有8片片8K*8位的位的RAM芯片与芯片与CPU相连。相连。(1) 用用74138译码器画出译码器画出CPU与存储芯片的连接图。与存储芯片的连接图。

6、(2) 写出每片写出每片RAM的地址范围。的地址范围。(3) 如果运行时发现不论往哪片如果运行时发现不论往哪片RAM写入数据，以写入数据，以A000H为起始地址的芯片都有与其相同的数据，为起始地址的芯片都有与其相同的数据，分析故障原因。分析故障原因。(4) 根据根据(1)的连接图，若出现地址线的连接图，若出现地址线A13与与CPU断线，断线，并搭接到高电平上，将会出现什么后果？并搭接到高电平上，将会出现什么后果？（2）地址空间分配图：）地址空间分配图： RAM0:0000H-1FFFH RAM1:2000H-3FFFH RAM2:4000H-5FFFH RAM3:6000H-7FFFH RAM

7、4:8000H-9FFFH RAM5:A000H-BFFFH RAM6:C000H-DFFFH RAM7:E000H-FFFFH(3)如果运行时发现不论往哪片如果运行时发现不论往哪片RAM写入数据后，写入数据后，以以A000H为起始地址的存储芯片为起始地址的存储芯片(RAM5)都有都有与其相同的数据，则根本的故障原因为：该与其相同的数据，则根本的故障原因为：该存储芯片的片选输入端很可能总是处于低电存储芯片的片选输入端很可能总是处于低电平。假设芯片与译码器本身都是好的，可能平。假设芯片与译码器本身都是好的，可能的情况有：的情况有： 1）该片的）该片的CS端与端与WE端错连或短路；端错连或短路；

8、2）该片的）该片的CS端与端与CPU的的MREQ端错连或短端错连或短路；路； 3）该片的）该片的CS端与地线错连或短路。端与地线错连或短路。 4) 74138的的Y5端始终输出低电平端始终输出低电平 。(4) 如果地址线如果地址线A13与与CPU断线，并搭接到高电断线，并搭接到高电平上，将会出现平上，将会出现A13恒为恒为“1”的情况。此时存的情况。此时存储器只能寻址储器只能寻址A13=1的地址空间的地址空间(奇数片奇数片)，A13=0的另一半地址空间（偶数片）将永远访的另一半地址空间（偶数片）将永远访问不到。若对问不到。若对A13=0的地址空间（偶数片）进的地址空间（偶数片）进行访问，只能错

9、误地访问到行访问，只能错误地访问到A13=1的对应空间的对应空间(奇数片奇数片)中去中去。RAM0 ,RAM2，RAM4，RAM6四片芯片始终无法输出。四片芯片始终无法输出。4.28 设主存容量设主存容量256K字，字，Cache容量容量2K字，块字，块长为长为4.(1) 设计设计Cache地址格式，地址格式，Cache中可装入多少中可装入多少数据块。数据块。(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) 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) 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，

10、设计主存地址格式。(5) 若存储字长为若存储字长为32位，存储器按照字节寻址，位，存储器按照字节寻址，写出上述三种映射方式下主存的地址格式。写出上述三种映射方式下主存的地址格式。解解: :（1 1）Cache 2KCache 2K字，每块字，每块4 4字，可装入字，可装入2 21111 /2 /22 2 = 2= 29 9=512=512块，则块，则Cache Cache 的地址格式的地址格式块号块号字块内地址字块内地址92（2）直接映射）直接映射 主存主存256K字，共字，共18位地址。主存的地址格式位地址。主存的地址格式主存字块标记主存字块标记Cache字块地址字块地址字块内地址字块内地址

11、792 （3）四路组相联映射。）四路组相联映射。 每组每组4块，块，Cache共共29 /4=27组，主存地址格式组，主存地址格式（4） 全相联映射全相联映射 主存的地址格式主存的地址格式主存字块标记主存字块标记字块内地址字块内地址162主存字块标主存字块标记记组地址组地址字块内地址字块内地址9724.29假设假设CPU执行某段程序时，共访问执行某段程序时，共访问Cache命中命中4800次，访问主存次，访问主存200次，已知次，已知Cache的存取周期是的存取周期是30ns，主存的存取周期是主存的存取周期是150ns，求，求Cache的命中率以及的命中率以及Cache-主存系统的平均访问时间

12、和效率，试问该系统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？的性能提高了多少？解：命中率解：命中率 ： 平均访问时间：平均访问时间： 效率：效率： 性能提高了性能提高了 倍倍4.30一个组相联映射的一个组相联映射的Cache由由64块组成，每组包含块组成，每组包含4块。主存包含块。主存包含4096块，每块由块，每块由128个字组成，访存地址个字组成，访存地址为字地址。试问主存和为字地址。试问主存和Cache的地址各为几位？画出主的地址各为几位？画出主存的地址格式。存的地址格式。主存字块标记主存字块标记组地址组地址字块内地址字块内地址847解：解：一块一块128个字，访存地址为字

13、地址，用个字，访存地址为字地址，用7位表示块位表示块内地址。内地址。主存主存4096块，共块，共212*27=219字，地址字，地址19位。位。Cahce 64块，共块，共26*27=213字，地址字，地址13位。位。Cahce 64块，每组块，每组4块，共块，共16组组。直接映射直接映射 主存字主存字块标记块标记Cache字字块地址块地址字块内字块内地址地址7 9 4四路组相联映射四路组相联映射 主存字主存字块标记块标记组地址组地址字块内字块内地址地址9 7 4全相联映射全相联映射 主存字主存字块标记块标记字块内字块内地址地址16 4（5）若一字）若一字32位位(4B)，访存地址为字节，则主

14、存地址，访存地址为字节，则主存地址20位位.其它条件没变，一块其它条件没变，一块4字，共字，共16B，块内地址，块内地址4位位4.31设主存容量为设主存容量为1MB，采用直接映射方式的，采用直接映射方式的Cache容容量为量为16KB,块长为块长为4，每字，每字32位。试问主存地址为位。试问主存地址为ABCDEH的存储单元在的存储单元在Cache中的什么位置？中的什么位置？主存字块标记主存字块标记Cache字块地址字块地址字块内地址字块内地址6104解：解：一块一块4个字，一字个字，一字32位位(4B)，则一块，则一块16B，用，用4位位表示块内地址。表示块内地址。主存主存1MB，地址，地址2

15、0位。位。主存主存 共共 220/24=216块。块。Cahce 16KB，地址，地址14位。位。Cache 共共 214/24=210块。块。直接映射方式下主存地址划分如下：直接映射方式下主存地址划分如下：主存地址为主存地址为ABCDEH写成二进制为：写成二进制为：1010 1011 1100 1101 1110最后最后4位为块内地址，位为块内地址，1110B=EH中间中间10位是其在位是其在Cache中的字块地址，中的字块地址，1111001101=3CDHABCDEH内存单元在内存单元在Cache中的中的3CDH块，块内块，块内地址为地址为EH。4.32 设某机主存容量为设某机主存容量为

16、4MB，Cache容量为容量为16KB，每字块有，每字块有8个字，每字个字，每字32位，设计一个位，设计一个四路组相联映象（即四路组相联映象（即Cache每组内共有每组内共有4个字块）个字块）的的Cache组织，要求：组织，要求：（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）设）设Cache的初态为空，的初态为空，CPU依次从主存第依次从主存第0、1、289号单元读出号单元读出90个字（主存一次读个字（主存一次读出一个字），并重复按此次序读出一个字），并重复按此次序读8次，问命中率次，问命中率是多少？是多少？（3）若）若Cache的速度是主存的的速度是主存的6倍，试

17、问有倍，试问有Cache和无和无Cache相比，速度提高多少倍？相比，速度提高多少倍？ 解解：（：（1）一块一块8个字，一字个字，一字32位（位（4B），则一块），则一块32B，用用5位表示块内地址。位表示块内地址。主存主存4MB，地址，地址22位。位。主存主存 共共 222/25=217块。块。Cache 16KB，地址，地址14位。位。Cache 共共 214/25=29块。块。四路组相连，一组四路组相连，一组4块，所以块，所以Cache共共29/4=27组。组。所以主存地址划分如下：所以主存地址划分如下：（2）由于每块有）由于每块有8个字，而且个字，而且Cache初始状态为空，初始状态为

18、空，因此因此CPU读第读第0号单元时，未命中，必须访问主存，同号单元时，未命中，必须访问主存，同时将该字所在的主存块调入时将该字所在的主存块调入Cache的第的第0组中的任意一组中的任意一块，接着块，接着CPU读读17号内存单元时均命中。同理，号内存单元时均命中。同理，CPU读第读第8、16、24、32、40、48、56、64、72、80、88号单元时均未命中。可见号单元时均未命中。可见CPU在连续读在连续读90个字中，个字中，共有共有12次未命中。而后次未命中。而后7次循环读次循环读90个字全部命中，命个字全部命中，命中率为：中率为：主存字块标记主存字块标记组地址组地址字块内地址字块内地址7

19、75（3）设）设Cache的访问周期为的访问周期为t，则主存的访问，则主存的访问周期为周期为6t，则有，则有Cache和无和无Cache相比，速度相比，速度提高的倍数为：提高的倍数为：4.38 磁盘组有磁盘组有6片磁盘，最外两侧盘面可以记录，存储区域内径片磁盘，最外两侧盘面可以记录，存储区域内径22cm，外径，外径33cm，道密度为，道密度为40道道/cm，内层密度，内层密度400位位/cm，转，转速速3600转转/分。分。 （1）共有存储面可用？）共有存储面可用？ （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

20、是多少？12个存储面可用个存储面可用（2）柱面个数：）柱面个数： (33-22)/2)*40=220（3）盘组总容量：）盘组总容量：*22cm*400b/cm*220*12=72948480b=9118560B=8.7MB（4）数据传输率：）数据传输率： 每道容量：每道容量：*22*400=27632b=3.8KB每分钟每分钟60转，一转读取一个磁道信息，所以数据传输率为：转，一转读取一个磁道信息，所以数据传输率为：解解：（：（1）每道容量每道容量*60=27632*60=1657920bps4.39 某磁盘存储器转速某磁盘存储器转速3000转转/分，共有分，共有4个记录盘面，每毫米个记录盘面，每毫米5道，道，每道记录信息每道记录信息12288字节，最小磁道直径字节，最小磁道直径230mm，共有，共有275道，求：道，求： （1）磁盘存储器的存储容量。）磁盘存储器的存储容量。 （2）最高位密度（最小磁道的位密度）和最低位密度。）最高位密度（最小磁道的位密度）和最低位密度。 （3）磁盘数据传输率。）磁盘数据传输率。 （4）平均等待时间。）平均等待时间。容量：容量：解解:(1)12288B*275*4=13516800B=13200KB=12.89MB (2) 最高位密度：最高位密度：12288*8b/(*230mm)=136b/mm 最低位密度：