计算机组成原理教程课后答案市公开课金奖市赛课一等奖课件

1、计算机组成原理教程第二章习题选解第1页2.1 说明存放器存取时间与存取周期之间联络与区分。解: (参见P62) 存取时间TA是指存放器从接收到CPU发来读写相关信号开始，到读出/写入数据所需时间。而存取周期TW是指连续两次读写存放器所需最小时间间隔。 存取时间和存取周期都是反应存放器存取速度指标，存取周期大于存取时间。在存放器进行读写操作时，因为存放元件本身性能，做完一次存或取之后，不能马上进行另外存或取，需要一段稳定和恢复时间。存取周期就是存取时间加上存放单元恢复稳定时间。第2页2.2 存放器带宽有何物理意义?存放器总线宽度为32位，存取周期为250nS,这个存放器带宽是多少?解：存放器带宽

2、是指每秒钟访问二进制位数目。其物理意义是一个以存放器为中心机器能够获取信息传输速度。 若存放周期为250ns，则工作速度=1/ 250ns , 所以，存放器带宽=工作速度总线宽度 =1/250ns*32bit =1/250X10-9 32 bps =32X109 /250 bps =128X106 bps =128M bps第3页2.3 ROM与RAM二者差异是什么? 解：ROM、RAM都是主存放器一部分，但它们有很多差异： (1)RAM是随机存取存放器，ROM是只读存取存放器； (2)RAM是易失性，一旦掉电，则全部信息全部丢失；ROM是非易失性，其信息能够长久保留，惯用于存放一些固定用数据

3、和程序，比如计算机自检程序CMOS、BIOS、汉字库等。2.4 指出以下存放器哪些是易失性? 哪些是非易失性? 哪些是读出破坏性? 哪些是非读出破坏性? 动态RAM，静态取RAM，ROM，Cache，磁盘，光盘。 解: 动态RAM、静态RAM、Cache是易失性，ROM、磁盘、光盘是非易失性。动态RAM是读出破坏性，其余均为非读出破坏性。第4页2.5 术语：存放元、存放单元、存放体、存放单元地址，有何联络和区分？存放元：存放一位二进制信息基本单元电路。存放单元：由若干存放元组成。一台机器全部存放单元长度相同，普通由8整数倍个存放元组成。存放体：是存放单元集合，它由许多存放单元组成，用来存放大量

4、数据和程序。存放器单元地址：计算机在存取数据时，以存放单元为单位进行存取。为区分不一样单元，给每个存放单元赋予地址，每个存放单元都有一条唯一字线与存放单元地址编码对应。第5页2.6 下面关于存放器描述，请选则正确叙述。(1)CPU访问存放器时间是由存放体容量决定，存放容量越大，访问存放器所需时间就越长；(2)因为动态存放器是破坏性读出，必须不停地刷新；(3)随机半导体存放器(RAM)中任何一个单元都能够访问；(4)固定存放器(ROM)中任何一个单元不能随机访问.(5)普通情况下，ROM和RAM在存放体中是统一编址.(6)因为半导体存放器加电后才能存放数据，断电后数据就丢失了，所以，用EPROM

5、做存放器，加电后必须重写原来内容。第6页解：(1)F。主存是随机存放器，CPU访问任何单元时间都是相同，同容量大小没相关系。 (2)F。刷新不但仅是因为存放器是破坏性读出，还在于动态存放器在存放数据时，存放器不做任何操作时，电荷也会泄漏，为确保数据正确性，必须使数据周期性地再生，即刷新。 (3)T。 (4)F。ROM只是把信息固定地存放在存放器中，而访问存放器依然是随机。 (5)T。在计算机设计中，往往把RAM和ROM整体作主存，所以，RAM和ROM普通是统一编址。 (6)F。EPROM是只读存放器，与半导体随机存放器制作工艺不一样，不会因掉电丢失数据。第7页 2.7 某计算机系统字长为32位

6、，主存以字节编址，试画出存放器中字地址和字节地址分配情况。 解：存放器中字地址和字节地址分配情况以下列图所表示000102字节编址000204字编址010305第8页2.8 设计一个用64K x 1位芯片组成256K x 16位存放器，画出组织结构图。解: (1)要用64K x l芯片结构256K x l6位存放器，需要字、位同时扩展，共需芯片 256/64 x 16/1=64 (片)； (2)主存容量为256KB=218B，即共需地址线 18根，可用其中A0A15 16根接到芯片组， 余下两根A16、A17 接到片选译码器。 (3)组织结构图:第9页 A15 D.A14 64K1 A0DDD

7、DDDD.16片A15A14A0 A15 D.A14 64K1 A0DDDDDDD.16片A15A14A0地址总线D0D2D4D15D1D3D5数据总线 A15 D.A14 64K1 A0DDDDDDD.16片A15A14A0 A15 D.A14 64K1 A0DDDDDDD.16片A15A14A0片选译码A16A17第10页2.9 2114是排列成64 x 64阵列六管存放芯片，试问组成4K x l6位存放器，共需少片2114? 画出逻辑框图。 解：Intel 2114芯片一片容量为1Kx4位，要组成4KXl6位存放器，需要2114芯片 4K/l x l6/4=16（片）。 片内地址需要10

8、根地址线，用A0A9，片选需要2位地址线，用A10A11。 组织结构图： 第11页 1Kx4 CS 地址总线D0D2D15D1D3D14数据总线A0A1A9 1Kx4 CS A0A1A9 1Kx4 CS A0A1A9 1Kx4 CS A0A1A9片选译码A11A10第12页2.10 在2.9题中，假如存放器以字节编址，CPU用一根控制线指明所寻址是字还是字节，试设计这根控制线连接方法。 解：若以字节编址，则存放容量增加了1倍，所以需要增加一根地址线A12。另外每一芯片上除了有片选端CS外，还须有一个字/字节选择端WB。接线示意图：第13页 1Kx4 CS WB 地址总线D0D2D15D1D3D

9、14数据总线A0A1A9 1Kx4 CS WB A0A1A9 1Kx4CS WB A0A1A9 1Kx4 CS WB A0A1A9片选译码A11A10WB第14页 2.11 设某机采取1Kx4位动态RAM芯片（片内是64x64结构)组成16Kx8位存放器。请回答： (1)设计该存放器共需几片RAM芯片? (2)画出存放体组成框图? 解： (1) 存放器共需16/1 x 8/432片 (2) 存放器组成框图（略）。第15页2.12 已知某8位机主存采取半导体存放器，其地址码为18位，若使用4Kx4位静态RAM芯片组成该机所允许最大主存空间，并选取模板块结构，问： (1)若每个模板块为32KX8位

10、，共需几个模板块? (2)每个模板内共有多少片RAM芯片? (3)主存共需多少RAM芯片? CPU怎样选择各模板?解：该机地址码为18b，字长8b，故该机主存容量为218X8b28 X 210 X 8 b 256KB， (1)若每个模板块为32K X 8b， 则需要256K / 32K8(块)。 (2)每个模板块需要32/4X8/48X2=16片。 (3)主存共需16X8=128片。CPU可用3位地址码选择8个模板块。第16页2.13 某计算机存放容量是64KB，若按字节寻址，则寻址范围为 (1) ，需要地址线 (2) 根，数据线 (3) 根；若字长为32位,按字编址,寻址范围 (4)。 (1

11、)A64K B32K C16K D8K (2)A64 B16 C8 D6 (3)A32 B16 C 8 D4 (4)A64K B32K C16K D8K解：(1)A。计算机存放容量为64KB，按字节寻址，其范围就是主存容量。 (2)B。64KB需要216个状态来表示，即需16根地址线.(3)C。按字节寻址，每个数据长度为8位，所以需要8根数据线。(4)C。字长32位，按字寻址，每个数据长度为32位=4B，主存总容量为64KB，则共有单元个数为64K/416K。第17页2.14 某存放器容量4K，其中ROM 2KB，选取EPROM 2Kx8/片，RAM 2KB，选取芯片RAM 1Kx8/片；地址

12、线A11A0。写出全部片选信号逻辑式。解：依据要求ROM容量为2KB，故只需1片EPROM而RAM容量为2KB， RAM芯片容量为1KB，故需2片。对于ROM片内地址为11位，用地址线A10 A0 这11根地址线，RAM片地址为10位，用地址线A9A0这10根地址线。主存中有3片芯片，最少需要2位地址信号加以区分，按其总容量需要12根地址线，能够考虑用1根地址线A11作为区分。 EPROM和RAM片选信号，对于2片RAM芯片可利用A10来区分其片选信号。设EPROM片选信号为CS0，两片RAM片选信号为CS1, CS2，由此可得到以下逻辑式：CS0 =A10CS1 =A10 A11，CS2 =

13、A10 A11第18页地址总线数据总线控制总线CPUA11A10A09D07RDA09, 10 ROM2K8位D07A091K8位D07A091K8位D07CS0RR/WR/WCS1CS2第19页 2.15 请画出八体交叉主存系统中编址方式。 解：在多体交叉主存系统中能够采取两种编址方式低位交叉和高位交叉。 低位交叉编址: M008.8n-8M119.8n-7M2210.8n-6M3311.8n-5M4412.8n-4M5513.8n-3M6614.8n-2M7715.8n-1M002.n-1M1nn+1.2n-1M22n2n+1.3n-1M33n3n+1.4n-1M44n4n+1.5n-1M

14、55n5n+1.6n-1M66n6n+1.7n-1M77n7n+1.8n-1高位交叉编址:第20页2.16 在八体交叉主存系统中，若每体并行读出两个字，每字长两个字节，主存周期为T，求该存放器最大带宽。 解：存放器带宽是指单位时间内能读出二进制位数。若每体能并行读出2个字，八体交叉存放器在1个周期内最多可读出16个字，每个字长为2个字节，即16bit，则此存放器带宽16X16bit/T256bit/T。第21页2.17 欲将10011101写入磁表面存放器中：(1) 分别画出归零制、不归零制和调频制写入电流波形。(2)改进不归零制(NRZl)统计标准是见“1”就翻。即当统计“1”时写电流要改变

15、方向；统计“0”时不改变方向。画出它电流波。 (3)改进调频制(MFM)与调频制方式区分在于：FM在信息元交界处写电流总要改变一次方向；而MFM仅当连续统计两个“0”时，信息交界处翻转一次；其它情况不翻转。画出MFM写电流波形。 第22页解：各种不一样方式写入电流波形图如图所表示。1001101归零制不归零制调相制调频制第23页改进不归零制1001101改进调频制第24页2.18 对活动头磁盘来讲，磁盘地址是由 、 和 组成，每个区存放一个 。沿盘半径方向磁道数称为 ，而磁道单位长度上统计二进制代码位数称为 ，二者总称为 。 解：统计面号(磁头号)、磁道号(柱面号)、扇区号、统计块、道密度、位

16、密度、存放密度。第25页 2.19 某磁盘组有4个盘片，5个统计面。每个统计面内磁道直径为22cm，外磁道直径为33cm，最大位密度为1600位/cm，道密度为80道cm，转速为3600r/min。求： (1)磁盘组总存放容量是多少位(非格式化容量)? (2)最大数据传输率是每秒多少字节? (3)请提供一个表示磁盘信息地址方案。解： (1)总容量每面容量X统计面数 每面容量某一磁道容量X磁道数 某磁道容量=磁道长X本道位密度，在本题中给出了最大位密度，即最内磁道密度，并给出了内径，所以可计算出最内磁道容量1600位/cm X22cmX3.14=110528B/道 磁道数=排列磁道半径长X道密度

17、 (33-22)cm/2X80道/cm=400道 最终得该磁盘组 容量110528B/道X400道X5221056000B第26页(2)最大数据传输率=转速X某柱面容量 =3600r/60s X 5 X某磁道容量 =331586400B/s(3)磁盘地址可参考32题，由磁盘面、柱面号、扇区号组成，扇区中又以数据块进行组织。由上述计算看出：盘面有5个，需3位，柱面有400个，需9位，扇区普通为9个，需要4位址，磁盘地址共由18位二进制组成。第27页2.20 某磁盘存放器转速为3000转/分，共有4个统计面，每毫米5道，每道统计信息为12288字节，最小磁道直径为230mm，共有275道。请回答：

18、 (1)该磁盘存放器容量是多少? (2)磁盘数据传输率是多少? (3)平均等候时间是多少? 解： (1)磁盘容量4X12288B/道X275道13516800B (2)传输率=3000转/60sXl2288614400B/s (3)平均等候时间1/2 X 1/转速1/2 X 60/3000 0.01s10 ms第28页2.21 已知某软盘及驱动器规格为单面，77道，4条控制磁道，73条数据磁道，每磁道26个扇区，128B/扇区，转速为360r/min，平均旋转等候时间：83ms，平均查找时间为17ms，数据传输率为256Kbit/s。问： (1) 一张软盘数据存放容量约为 (1) 字节； (2

19、)若把平均访问时间定为“平均查找时间+平均等候时间+1个扇区数据传送时间”，则此软盘每个扇区平均访问时间是 (2) ms。 可供选择答案： (1) A.128K B.237K C250K D.47K E.512K (2) A.100 B.104 C128 D.600 E.612 第29页解：(1)B (2)B 因为： (1) 数据存放容量=数据磁道数X每磁道扇区数X每扇区字节数73X26X128/1024237K (2)对每个扇区平均访问时间平均查找时间+平均等候时间+1个扇区数据传送时间。前两个已在题中给出，只需计算1个扇区数据传送时间。在题目中已知数据传输率是256Kbit/s，一个扇区有

20、128B，即128X8bit，则一个扇区数据传送时间=128X8/256X1024=0.0039s3.9ms4ms，每个扇区平均访问时间83+17+4104ms。第30页 2.22 某磁盘存放器转速为3000r/min，共4个盘面，道密度5道/英寸，每道统计信息为12288字节，最小磁道直径为230mm，共有275道。求： (1)该磁盘存放器容量? (2)最高位密度和最低位密度? (3)磁盘数据传输率?解：(1)磁盘容量275道X12288B/道X4 =3516800B (2)最高位密度=12288B/道/最短磁道长度=12288B/道 /(3.14X230mm/道)=17B/m (3)最低位

21、密度=12288B/道/最长磁道长度 =12288B/道/(3.14X(275X25.4/5-230/2)mm/道=3.11B/mm (4)数据传输率=12288B=道X3000r/60s =614400B/s第31页2.23 IBMPC/XT采取5.25英寸双面磁盘，每面40磁道，每道9扇区，每扇区存放512个字节。试求其格式化容量。 解： 格式化容量 =2X40X9X512=368640B=360KB2.24 、 和 组成三级存放系统，分级目标是为了 。解：Cache、主存放器、虚拟存放器、提升存放器性能价格比。2.25 存放系统层次结构能够处理什么问题？ 实现存放器层次结构先决条件是什么

22、？用什么度量？解：存放器层次结构能够提升计算机存放系统性能价格比。即在速度方面靠近最高级存放器，在容量和价格方面靠近最低级存放器。实现存放器层次结构先决条件是程序对存放器访问局部性。其度量方法主要是存放系统命中率。第32页 2.26 在虚拟存放器中，术语物理空间和逻辑空间有何联络和区分?解：物理空间：实际地址对应空间，也称“实存空间”；逻辑空间：程序员编程时可用虚地址对应地址空间，也称“虚存空间”。普通情况下，逻辑空间远远大于物理空间。物理空间是在运行程序时，计算机能提供真正主存空间；逻辑空间则是用户编程时能够利用虚拟空间，程序运行时，必须把逻辑空间映射到物理空间。第33页2.27 已知某程序

23、中一条指令逻辑地址为01FEOH，该系统使用页式虚拟存放器，页面大小1KB，该程序页表起始地址为0011B；以下内存单元末4位内容如表1.3.2所表示。请指出该指令实地址码。 表2.5 内存单元末4位内容 地址末4位内容007H300H307H000100111100第34页解: 在页式存放器管理中，为每个程序建立一张页表，统计虚页在主存中对应实页号。程序中给出地址是虚地址，要转换成实地址，必须经过查找该程序对应页表，方可知对应实页号。详细转换过程以下： 虚地址=01FE0H=0001 1111 11100 000B，页面大小为1K，故页内地址为10位，虚地址低10位为页内地址11111000

24、00，虚地址剩下位则为虚页号，其页表地址为页表起始地址与虚页号连接=001100000111307H，在内存单元307H中存放字节中，后4位就是对应实页号，这条指令对应实地址就是实页号与页内地址连接11001111100000=33E0H。第35页2.28 设主存放器容量为4MB，虚拟存放器容量为1GB(109B)，则虚拟地址和物理地址各为多少位? 依据寻址方式计算出来有效地址是虚拟地址还是物理地址?解：虚拟存放容量= 1GB= 230B，所以虚地址需要30位；主存容量4MB22X220B，所以实地址需要22位。程序中寻址方式计算出有效地址是虚地址。第36页2.29 假设可供用户程序使用主存容

25、量为100KB，而某用户程序和数据所占主存容量超出100KB，但小于逻辑地址所表示范围，请问含有虚拟存放器与不含有虚拟存放器对用户有何影响? 解：假如无虚拟存放器，用户就要对程序进行准确分段，并要考虑哪段存放在主存，哪段放在辅存，何时从辅存调入主存，何时从主存调入辅存，主存空间怎样分配，地址怎样编写等，用户编程负担很重。如有虚拟存放器，用户就可不考虑上述问题，编程任务变得简化。2.30 在上题中，假如页面大小为4KB，页表长度为多少?解：若页面大小为4KB，则主存容量100KB便可分为25页，页表长度应该有25个字。第37页 2.31 从以下相关存放器描述中选出正确答案。 (1)多体交叉存放器

26、主要处理扩充容量问题。 (2)在计算机中，存放器是数据传送中心，但访问存放器请求是由CPU或I/O发。 (3)在CPU中通常都设置若干个存放器，这些存放器与主存统一编址。访问这些存放器指令格式与访问存放器是相同。 (4)Cache与主存统一编址，即主存空间某一部分属于Cache。 (5)机器刚加电时，Cache无内容，在程序运行过程中CPU首次访问存放器某单元时，信息由存放器向CPU传送同时传送到Cache；当再次访问该单元时即可从Cache取得信息(假设没有被替换)。 第38页(6)在虚拟存放器中，辅助存放器与主存放器以相同方式工作，所以允许程序员用比主存空间大得多辅存空间编程。(7)Cac

27、he功效全由硬件实现。(8)在虚拟存放器中，逻辑地址转换成物理地址是由硬件实现，仅在页面失效时才由操作系统将被访问页面从辅存调到主存，必要时还要先把被淘汰页面内容写入辅存。(9)内存与外存都能直接向CPU提供数据。 第39页解： (2)、(5)、(7)正确，其余是错误。 (1)多体交叉存放主要是为了提升存取速度，增加存放器带宽。 (3) 机器中存放器经常是独立编址，所以访问存放器指令格式与访问存放器指令格式不一样。 (4) Cache是单独编址，它不是主存一部分，比主存存取速度要快一个数量级。 (6) 在虚拟存放器中，之所以允许程序员用比主存空间大得多辅助空间编程，并不是因为辅助存放器与主存工作方式相同，而是因为在主存与辅存之间加了一级存放管理机制，由机器自动进行主辅存信息调度。 (8)在虚拟存放器中，主要经过存放管理软件来进行虚实地址转换。 (9)外存不能直接向CPU提供数据，CPU需要数据时，向主存发出请求，若主存中无此数据，由存放管理软件从辅存中调入，然后再提供给CPU。第40页 2.32 使用高速缓冲存放器是为了处理 问题，存放管理主要由 实现。使用虚拟存放器是为了处理 问题，存放管理主要由 实现。后者在执行程序时，必须把映射到主存放器 空间上，这个过程称为 。 解：速度 硬件 容量 软件 逻辑地址 物理地址与虚实地址转换。第