计算机组成原理复习例题

1、计算机组成原理例题计算机组成原理例题安康学院成典勤第三章系统总线例1 假设总线的时钟频率为33MHz，且一个总线时针周期为一个总线传输周期。 若在一个总线传输周期可并行传送 4个字节的数据，求该总线的带宽，并分析哪 些因素影响总线的带宽。解：总线的带宽是指单位时间内总线上可传输的数据位数，通常用每秒传送信息的字节数来衡量，单位可用 MBps (兆字节每秒)表示。由时针频率f=33MHz，可得时钟周期T=1/f,根据题目假设的条件，一个总 线传输周期为一个时钟周期，且在一个总线传输周期传输4个字节数据，故总线 带宽为4B/T =4B f =4B 33 106 Hz : 132MBps(1M =

2、220)影响总线带宽的因素有：总线宽度、传输距离、总线发送和接收电路工作频 率的限制以及数据传输形式等。例2在一个16位的总线系统中，若时针频率为 100MHz，总线传输周期为5 个时钟周期，每一个总线传输周期可传送一个字，试计算总线的数据传输率。解：根据时钟频率为100MHz，得一个时钟周期为1/(100MHz) =0.01s 数据传输率为 16b/0.05 乓=320 106bps= 40 106 Bps第四章存储器例3设CPU共有16根地址线和8根数据线，并用MREQ作为访存控制信号， WR作为读/写命令信号(高电平读，低电平写)。设计一个容量为32KB、地址范 围为0000H7FFFH

3、且采用低位交叉编址的四体并行存储器。要求：(1) 采用下图所列芯片，详细画出 CPU和存储芯片的连接图。(2) 指出图中每个存储芯片的容量及地址范围(用十六进制表示)。解：32KB四体结构的存储器可由4片8K 8位存储芯片组成，由于采用低位交 叉编址，因此需用末两位地址 A1、Ao控制片选信号，用13根地址线A4A2与 存储芯片的地址线相连。满足地址范围为 0000H7FFFH的存储器与CPU的连 接如图所示，图中各片存储芯片的地址范围是：第 0 片0, 4,，7FFCH;第 1 片 1, 5,，7FFDH;第 2 片 2, 6,，7FFEH;第 3 片3, 7,，7FFFH;例4.用一个51

4、2K 8位的闪存存储芯片组成一个4M 32位的半导体只读存储 器。试回答：(1) 该存储器的数据线数是多少？(2) 该存储器的地址线数是多少？(3) 共需几片这种存储芯片？(4) 说明每根地址线的作用。解：(1) 对于4M 32位的存储器，数据线为32位。(2) 对于4M 32的的存储器，按字寻址的范围是222，按字节寻址的范围是224 , 故该存储器的地址线为24位A23A0(3) 4片512K 8位的闪存可组成512K 32位的存储器，4M 32位的存储器 共需32片512K 8位的闪存。(4) CPU的24根地址线中，最低2位地址A1A0为字节地址，A20A2这19根地址线与闪存的地址线

5、相连，最高3位地址A23A22A21可通过3线-8线译码器形 成片选信号。每一个片选信号同时选中4片闪存，以满足32位的数据线要求。例5定量分析n体低位交叉存储器连续读取n个字所需的时间。解：连续读取n个字所需的时间为T（n-1）.，如下图所示字旳11M'二I11%1 11111r时间例6 设有8个模块组成的八体存储器结构，每个模块的存取周期为 400ns,存 储字长为32位。数据总线宽度为32位，总线传输周期为50ns,试求顺序存储（高位交叉）和交叉存储（低位交叉）的存储器带宽。解： 八体存储器连续读出8个字的信息量为32b 8 = 256b顺序存储存储器连续读出交叉存储存储器连续读

6、出高位交叉存储器的带宽是 低位交叉存储器的带宽是8 个字的时间是 400 ns 8=3200 ns=32 10s8个字的时间是400ns (8-1) 50ns=750ns =7.5 10 s256 /(32 10”)bps=8 107bps256 /(7.5 10 ”)bps= 34 107bps例7假设CPU执行某段程序时，共访问缓存命中 3800次，访问主存200次, 已知缓存存取周期为50ns，主存存取周期为250n&求缓存-主存系统的效率和 平均访问时间。解：（1）缓存的命中率为 3800/（3800 200） =0.95（2） 由题可知，访问主存的时间是访问缓存时间的5倍（2

7、50/50=5）设访问缓存的时间为t，访问主存的时间为5t，缓存-主存系统的效率为e，则访问缓存的时间平均访存时间100%100%0.95 t (1-0.95) 5t100% =83.3%1.2(3) 平均访问时间=50ns 0.95250ns (10.95) = 60ns例8 设某机主存容量为16MB，缓存的容量为16KB。每字块有8个字，每个 字32位。设计一个四路组相联映射(即缓存每组内共有4个字块)的缓存组织， 要求：(1) 画出主存地址字段中各段的位数。(2) 设缓存初态为空，CPU依次从主存第0、1、2、99号单元读出100个 字(主存一次读出一个字)，并重复此次序读8次，问命中率

8、是多少？(3) 若缓存的速度是主存速度的6倍，试问有缓存和无缓存相比，速度提高多 少倍？解：(1)根据每个字块有8个字，每个字32位，得出主存地址字段中字块内地 址字段为5位。根据缓存容量为16KB =214B，字块大小为25B，得缓存共有29块, 故c=9。根据四路组相联映射2r =4，得r=2，则q=c-r = 7。根据主存容量为 16MB = 2 24 B，得出主存地址字段中主存字块标记位数为 24-7-5=12主存地址字段各段格式如图所示：宅存字块标记组地址字块内地址二-1 维 f一他J(2)由于每个字块中有8个字，而且初态缓存为空，因此CPU读第0号单元时， 未命中，必须访问主存，同

9、时将该字所在的主存块调入缓存第 0组中的任一块内， 接着CPU读17号单元时，均命中。同理 CPU卖第& 16、96号单元时均 未命中。可见CPU在连续读100个字中共有13次未命中，而后7次循环读100个字全部命中，命中率为100 8-13100% =98.375%100 8(3)根据题意，设主存存取周期为6t，缓存的存取周期为t，没有缓存的访问时间为6t 800，有缓存的访问时间为t(800 -13) 6t 13，则有缓存和没有缓存相比，速度提高倍数为6M800t(800 -13) 6t 13-V 4.5例9.一个采用直接映射方式的16KB缓存，假设块长为8个32位的字，试问 地址

10、为FDA459H的主存单元在缓存中的什么位置(指出块号和块内地址，均用十进制表示）？解:根据缓存容量为16KB，得出缓存的地址为14位。由于每字32位，块长为 8个字，则缓存的块内地址为5位（高3位为字地址，末2位为字节地址）。地址为FDA459H的主存单元，其二进制地址为 1111 1101 1010 0100 01011001，对应缓存第10 0100 010 （即十进制170）块中的第6个字的第1字节。例10.假设缓存的工作速度为主存的 5倍，缓存的命中率为90%，试问采用缓 存后，存储器的性能提高多少？解：设主存的存取周期为tm，则缓存的存取周期为 垢/5=0.2.，故平均访存时间为

11、0.2tm 0.90 tm 0.10=0.28tm采用缓存后，存储器性能为原来的tm/0.28tm = 357倍，即提高了 2.57倍。例11.已知缓存-主存系统的效率为85%，平均访问时间为60ns，缓存比主存快4倍，求主存的存取周期和缓存的命中率。解：设缓存-主存系统的效率为e平均访问时间为ta，缓存的取周期为tc，命中 率为h，主存的存取周期为tm。根据e二主100%得tc二tae=6 0ns 0.85 = 51 ns 一ta由于缓存比主存快 4倍，则tm =tc （4T） = 51 ns 5 = 255ns根据 ta = htc （1 -h）tm，其中 ta = 60ns， tc =

12、51ns， tm = 255ns，得 h = 95.6%例12.设CPU共有16根地址线，8根数据线，并用MREQ作为访存控制信号（低 电平有效），用WR作为读/写控制信号（高电平读，低电平写）。现有芯片及各种 门电路（门电路自定），如下图所示。画出CPU与存储器的连接图，要求：fitATROMPDProgrCSWERAMG.-QG;HTROM: 2KX8fe 8KXS& S2KX8fiRAM: 12KXSU8KX砸16KX|ft4KX4 位Mt鹑译码辭g1>G2aAh控制瑞C&A対变显轴入端v7,- - XAUffl端（1）存储芯片地址空间分配:02047为系统程序区；

13、20488191为用户程序区。（2）指出选用的存储芯片类型及数量(3) 详细画出片选逻辑。解：根据主存地址空间分配，02047为系统程序区，选用1片2KX 8位ROM芯 片；20488191为用户程序区，选用2KX 8位RAM芯片，即A15An00000 000000 100001000001 100010 000010 100011 0000111*A 卞 * *0 0 0 0 01II1I00000111110000011111000001ii110 - 20472*8 位 ROM0 0 0 0 0111110 0 0 0 0111110 0 0 0 0111112048 -81912Kx

14、8 位 RAM存储芯片与CPU的连接如图所示例13.一个磁盘存储器共有6个盘片，假设最上、下两个面不可用，每面有 204 条磁道，每条磁道有12个扇段，每个扇段有512B，磁盘机以7200r/min速度旋 转，平均定位(寻道)时间为8ms。(1) 计算该磁盘存储器的存储量。(2) 计算该磁盘存储器的平均寻址时间。解：(1) 6个盘片共有10个记录面，磁盘存储器的总容量为512B X 12X 204X 10=12533760B(2)磁盘存储器的平均寻址时间=平均寻道时间+平均等待时间平均等待时间=60s/(7200r/min) X 0.5 4.165ms平均寻址时间=8ms+4.165ms=12.165ms 例14. 一个磁盘组共有11片，假设最上、下两个面不用，每片有 203道，数据 传输率为983040Bps,磁盘组转速为3600r/min，