计算机组成原理-详细第3章习题参考答案

1、第 3 章习题参考1、设有一个具有 20 位地址和 32 位字长的器，问(1)(2)(3)该器能多少字节的信息？如果器由 512K8 位SRAM组成，需要多少片？需要多少位地址作选择？解：(1) 该器能：D16D23和D24D31，其余同名引脚互连)，需要低14位地址(A0A13)作为模块内各单元地址分成行、列地址两次由A0A6引脚输入；然后再由4个组进行的器容量扩展，用高两位地址A14、A15通过2：4译实现4组中选择一组。画出逻辑框图如下。字单元数扩展：4 组 RAM，使用一片 2:4 译，各组除片选信号外，其余信号线公用。其器结构010顺序器和交叉器连续读出 8 个字所需的时间分别是：t

2、1 = mT = 8100ns = 810-7st2 = T+(m-1)= 100ns+750ns = 450 ns= 4.510-7 s器和交叉顺序器的带宽分别是：W1=q/t1=512/(810-7)=64107位/s W2=q/t2=512/(4.510-7)=113.8107 位/s9、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存系统的效率和平均周期为 40ns，主存时间。周期为 240ns，求 cache主解：cache中率：解：设取指周期为 T，总线传送周期为，每条指令的执行时间相等，并设为 t0，器采用四体

3、交叉器，且程序存放在连续的单元中，故取指令操作采用流水线存取方式，两种情况程序运行的总的时间分别为：(1) t = (T+5+6t0)*80 = 80T+400+480 t0 (2) t = (T+7+8t0)*60 = 60T+420+480 t0所以不相等12、一个由主存和 Cache 组成的二级系统，参数定义如下：Ta 为系统平均存取时间，T1 为Cache的存取时间，T2 为主存的存取时间，H为 Cache，请写出Ta 与T1、T2、H 参数之间的函数关系式。解：432 位大小传送数据，请确定直接解：方式的有关参数，并画出主存地址格式。由已知条件可知Cache 共有注：红色标注的页是未

4、命中的共6次20. 主存容量为 4MB，虚存容量为 1GB，则虚拟地址和物理地址各为多少位?如页面大小为 4KB，则页表长度是多少?解：主存容量为 4MB，物理地址 22 位虚存容量为 1GB，虚拟地址 30 位页表长度，即页面数=1GB/ 4KB=218=256K21.(1)(2)设某系统采用页式虚拟管理，页表存放在内存中。如果一次内存使用 50ns，一次主存需用多少时间?如果增加TLB，忽略查找页表项占用的时间，并且 75%的页表命中TLB，内存的有效时间是多少？解：(1) 若页表存放在主存中，则要实现一次主存需两次主存：一次是页表，确定所存取页面的物理地址；第二次才根据该地址存取页面数据

5、。故一次主存的时间为 502=100(ns)(2) 75%50+(1-75%) 250=62.5(ns)22.某计算机的系统由 cache，主存和磁盘。cache 的时间为 15ns；如果被的单元在主存中但不在cache 中，需要用 60ns 的时间将其装入cache，然后再进行；如果被的单元不在主存中，则需要 10ms 的时间将其从磁盘中读入主存，然后再装入cache 中并开始。若cache中率为 90%，主存中率为 60%，求该系统中一个字的平均时间。解：被的字在cache 中的概率为 0.9不在cache 中但在主存中的概率为：(1-0.9)0.6=0.06不在cache 也不在主存中的

6、概率为：(1-0.9)(1-0.6)=0.04所以， 一个字的时间为：150.9+(15+60)0.06+(15+60+10106) 0.04=13.5+4.5=400021(ns)23.某页式管理，页大小为 2KB，逻辑地址空间包含 16 页，物理空间共有 8页，逻辑地址应用多少位？主存物理空间有多大？解：逻辑地址空间包含 16 页，页大小为 2KB，所以逻辑地址空间为 32KB，逻辑地址应用 4+11=15 位d222222222222222各计数器的值a01012345012340101012b0120123401012340120c01201230123012301d010123401

7、234567物理空间共有 8 页，页大小为 2KB，所以主存物理空间 16KB24.在一个分页虚存系统中，用户虚地址空间为 32 页，页长 1KB，主存物理为16KB。已知用户程序有 10 页长，若虚页 0、1、2、3 已经被调入到主存 8、7、4、10 页中，请问虚地址 0AC5 和 1AC5(十六进制)对应的物理地址是多少？解：页长 1KB，所以页内地址为 10 位。主存物理页面数：16 页，共 14 位地址码(其中页面号 4 位，页内地址 10 位)用户虚地址空间：32 页，页面号为 031；共 15 位地址码(其中页面号 5 位，页内地址 10 位)0AC5H=00010，101100

8、0101B，页面号为 2，已被调入到主存页 4，所以，物理地址中的页面号为 4，页内地址与虚地址的页内地址相同，所以是： 0100， 1011000101=12C5H1AC5H=00110，1011000101B，页面号为 6，未被调入到主存页中，所以无物理地址，会发生缺页中断。25.段式虚拟器对程序员是否透明？请说明原因。解：虚拟管理是由作系统)和硬件共同完成，由于的介入，虚存对实现管理系统程序不透明。而段是按照程序的自然分界划分的长度可以动态改变的区域。通常，程序员把子程序、操作数和常数等不同类型的数据划分到不同的段中，并且每个程序可以有多个相同类型的段。由于分段是由程序员完成的，所以段式

9、虚拟器对程序员而言不是透明的，但虚存到实存的地址是由系统辅助完成的，故对应用程序而言，段式虚拟器是“半透明”的。26.在一个进程的执行过程中，是否其所有页面都必须处在主存中？解：在有虚拟管理系统中，程序不是一次整体装入内存才运行，所以不是所有页面都必须处在主存中，而是根据程序的局部性，有的页面在主存，有的页面在辅存。27.为什么在页式虚拟器地址变换时可以用物理页号与页内偏移量直接拼接成物理地址，而在段式虚拟能得到物理地址？器地址变换时必须用段起址与段内偏移量相加才解：由于物理页与虚拟页的页面大小相同，且为 2 的整数次幂，所以页式虚拟存储器地址变换时可以用物理页号与页内偏移量直接拼接成物理地址。而段式虚拟器的各段大小不同，且段起始地址任意，所以必须用段起址与段内偏移量相加才能得到物理地址。28.在虚存实现过程中，有些页面会在内存与外存之间被频繁地换入换出，使系统效率急剧下降。这种现象称为颠簸。请解释产生颠簸的原因，并说明防止颠簸的办法。解：产生颠簸的原因主要有二：一是分配的页面数太少，二是替