《计算机组成原理》习题课：提高题章

7.1A若对磁表面存储器写入代码10011，请画出NR-1制、PE制、FM制、MMF制记录方式的写入电流波形。设点流初始方向为-I。7.2B假设在一个采用组相联映象方式的Cache种，主存有B0~B7共8块组成，Cache有C0~C4共4块，组内块数为2块。每块位32个字节。求：1）写出主存地址的格式，并标出各字段的长度。2）写出Cache地址的格式，并标出各字段的长度。3）画出主存与Cache字间各个块的映象对应关系。7.3B一个由Cache与主存组成的二级存储系统。已知主存容量为1MB,缓存容量为32KB,采用组相联方式进行地址映象与变换，主存与缓存的每一块为64B,缓存共分8组。求：1）写出主存与缓存的地址格式。（地址码长度及各字段名称与位数）2）假定Cache的存取周期为20ns,命中率位0.95，希望采用Cache后的加速比大于10，那么要求主存的存取速度应大于多少？1

7.4A某计算机系统的内存系统中，已知cache存取周期为45ns，主存存取周期为200ns。CPU执行一段程序时，CPU访问内存系统共4500次，其中访问主存的次数为340次，问：1．Cache命中率H是多少？，2．CPU访问内存的平均访问时间Ta是多少？3．Cache/主存系统的访问效率e是多少？解：1、Cache命中率HH=Nc/(Nc+Nm)=(4500-340)/4500=0.922、CPU访存的平均时间Ta=H*Tc+(1-H)（Tm+Tc）=0.92*45+(1-0.92)*（200+45）=61ns3、Cache/主存系统的访问效率e=Tc/Ta*100%=45/61*100%=0.74*100%=74%2

7.5某计算机，如果所有的Cache访问都命中的话，它的CPI（每条指令执行的周期数）时2.0。唯一的数据访问指令是Store和Load,它们占总数指令的40%，不命中的损失是25个时钟周期，不命中率是2%。如果所有的指令访问Cache都命中的话，那么机器的速度是存在Cache不命中的多少倍？答：设机器执行的总指令条数为100；设在所有存储器访问都在Cache命中时，所需时钟周期数为T1;设在一般Cache命中率下，执行上述指令的时钟周期为T2，则：T1=指令条数×平均Cache=100×2.0=200T2=∑指令条数×CPI=指令总条数×平均CPI+Cache不命中指令条数×引起的延迟=100×2.0+100×40%×2%×25=220则加速比S=T2/T1=1.1,则在Cache全部命中情况下的机器速度是在Cache有缺失情况下的1.1倍。3

7.6某计算机的存储系统是由Cache、贮存和磁盘组成的虚拟存储系统。若一字在Cache中，访问它需要T1ns;若字不在主存中，将其从磁盘装入主存需要时间T2ns,主存字访问周期为T3ns,若Cache的命中率为P1,主存命中率为T2，求出该存储系统的平均字访问时间。解：平均字访问时间：在Cache+在内存+不再内存即P1T1+（1-P1)P2T3+(1-P1)(1-P2)(T2+T3)4

7.7有一主存-Cache层次的存储器，其主存容量1MB,Cache容量是64KB,每块8KB,若采用直接映像方式，请问主存的地址格式？若主存地址为25301H,那么它在主存的哪一块？映射到Cache的哪一块？解：主存地址格式为：区号+主存块号+块内地址其中，主存分了1MB/64K=16个区，所以区号是4位，主存每个区中的块和Cache中的块相同，是64K/8K=8块，所以主存块号是3位，块内地址是13位。即4位区号3位块号13位块内地址。地址为25301H,就是00100101001100000001B,也就是它在主存2区的第2块，映像到Cache的第2块。7.8某计算机的Cache采用4路组相连映射，已知Cache容量为16KB，主存容量为2MB，每块有8个字，每个字32位。请回答：a)主存地址多少位（按字节编址），各字段如何划分（个需多少位）？b)设Cache初始时为空，CPU从主存单元0，1，……，100连续读出101个字（主存一次读出一个字），并重复按此次序读11次，问命中率为多少？若Cache速度是主存速度的5倍，则采用Cache与无Cache速度提高多少倍？5

7.9某计算机采用直接映射Cache，已知容量为4096B。a)若CPU依次从主存单元0，1，……，99和4096，4097，……，4195交替取指令，循环执行10次，问命中率是多少？b)如Cache存取时间为10ns，主存存取时间为100ns，Cache命中率为95%，求平均存取时间。7.10已知某计算机系统共有2KBCache，采用组相连映射方式，分为16组，每组有4个Cache块。其地址长32位，最小编址单位为字节。a)内存地址000010AF16将映射到Cache中的哪一组？b)若内存地址000010AF16和FFFF7XYZ16可以同时被映射到Cache中的同一组，那么，xyz可能的取值为多少？7.11什么是虚拟存储器？它的存储介质有哪些？虚拟存储器主要要解决什么问题？分别是怎么解决的？7.12虚拟存储器是如何进行虚地址到内存实地址的转换的？说明段表的组成。哪些常用的指令寻址方式可用在虚实地址的转换中？6

8.1某活动磁头磁盘组的性能参数如下：转数6000转/分，每道容量20KB，平均寻道时间10ms。假定操作系统采用两种方式访问该磁盘组，第一种方式每次读取2KB，第二种方式每次读取8KB。已知操作系统访问磁盘的时间开销为5ms的额外开销和2KB/ms的传输开销。求;1.计算该次片组的数据传输率和平均寻址时间（即从磁头定位到目标磁道开始到寻找到目标扇区的平均时间）？2.如果要读取一个很大的磁盘文件，操作系统按第一种方式和第二种方式所需的时间比是多少？7

8.2设某磁盘有两个记录面，存储区内直径为2.36英寸，外直径为5英寸，道密度为1250TPI(TPI：磁道数/英寸)，内直径处的位密度为52，400bpi位/英寸)，转速为2400rpm(rpm：/分)。请解答：

①每面有多少磁道，每磁道能存储多少字节？②数据传输率是多少？③设找道时间在10ms~40ms之间，在一个磁道上写上8000字节数据，平均需要多少时间？解答：①已知道密度Dcylinder=1250TPI，内直径Diminner=2.36英寸，外直径Dimoutside=5英寸，则每面的磁道数N每面磁道数为：N每面磁道数为=Dcylinder×(Dimoutside-Diminner)/2=1250×1.32=1650根据位密度的楰，这样每道上存储的字节个数相同，则可存储的字节数可由下公式得到：Num磁道=2πRinner×Dbit=π×Diminner×Dbit+8=48562字节。

8②设数据传输率为f，则根据数据传输率的定义，由以下公式可以得到解：f=π×Diminner×(Dbit/8)×(2400/60)=1.94MB/s③设读取数据所需总的时间为T，平均找道时间为TSEEK，旋转延迟为TROTATE，数据读取时间为TREAD

，则解过程为：T=TSEEK+

TROTATE+

TREAD

=(10+40)/2+[1/(2400/60)+2+(8×1024)/(1.94106)]×103=41.7ms(36)8.3某磁盘存储器的平均找道时间为Ts，转速为每分r转，每磁道容量为N个字，每信息块为n个字。试推算读写一个信息块所需时间Tb的计算公式。解答：设平均等待时间为TWAIT，数据读取时间为TREAD，则一个信息块的时间为：Tb=Ts+TWAIT+TREAD=Ts+60/(2×

r)+60n/rN99.猜1殃若寸需显带示一丛幅有脊25紫6种狂颜色犬10激24伙×7斑68叨像素扬的图真像。①显跑示系吉统的跨帧存四容量内为多亏少位羽？②如隔要在挪屏幕反上得淋到逼联真的叔动态习图像搜，假孝设每懒秒传甜送5颂0帧味(逐暑行扫握描)驼，则拌传送泥频率猪为多述少？③如素要显贤示汉艰字，很机器羡内设今置有滚RO币M汉转字库像，存共放一妙级和朝二级靠汉字捕，汉锦字采叶用1爆6×伙16搭点阵死，则赵汉字古库的鞠容量蕉是多却少？答：抢①馋显产示系额统的相帧缓乔冲容症量为梨：10嫂24夫×7江68执×㏒225册6追=6混29赔14钩56该位②鞠传供送频霸率为时：50洗×6搭29敞14艰56竖÷8侮=3哗9.舒32掏16嫂Mb大it泊/s③统一晃级汉掠字个跑数为羡37奖55睛个，疯二级询汉字公为3酷00其8个新，汉钻字库毅容量题为(37吐55若+3毙00但8)×1扫6×豆16怜÷8仿=2肠16由41番6字起节109.金2夏一个绵黑白霞CR师T，兼显示浆具有靠16屑级灰咳度的戚图片既，已外知C贞RT侦的分捡辨率自为8拉00岂×6纸00板，问勺显示渔RA谋M的池容量鄙为多酿少？银如帧堵同步丢脉冲尤的频运率为勤30默Mh概z，奇则视倾频脉怖冲的悄频率持应是点多少酬？答：备显患示R诱AM样容量节为：80射0×带60降0×组㏒216键=尚24复0k胆B视频仿脉冲膛的频序率是耍：80群0×虑60柿0×矛30园=1竿.4咽4M代hz9.辟3陕如果肺某计验算机筐显示业器的匙分辨能率为遗10王24趣×7丘68龄，6歌55盼35遗灰度的级，填则它弟显示蠢卡的舱刷新过存储历器至择少为苹多少爬kB侦？答：敢需火要容来量为砖：押10桂24单×7眯68膛×㏒265毛53幻玉5窝=1闹53担6k州B9.天4蔽某位神图终周端的定显示伪器分爷辩率旬为1夸02谅4*常76五8，象显示课器每滩秒钟痕刷新辜75假次。遇对应团于一伪个像懒素点嚼的刷悠新时惰间是裂多长甲？9.南5恳激介光打卸印机辞有哪酒些部屠件组持成？博它的奥工作斯原理雪是什僚么？1110接.1简答野题：娱什么炸是总遵线裁纳决有客哪几游种方拨式？竿集中晒式总死线裁痛决方陕式有位哪些恋？这教些总伯线裁会决方娘式各寺有哪钢些特赴点？,弦答卧：余总线屑裁决霞：当灭采用个非专锄用总带线时独，由役于既可能棉有多撑个设怀备或吃部件泽同时肿申请腰使用唤总线颜，就损应该疲由总奸线控拿制机鞭构来帆按照统某种查优先临次序凳裁决汽，以蛛保证冶在同柱一时晶间内缓只能费有一武个高初优先娇级的滤申请匆都以述得对膨总线然的使替用权践。有两粉种方学式：柏集中虑式总午线控使制和刻分布疏式总足线控趋制。集中停式总艘线裁仆决方伐式有钩3种规：串介行链揉、，垒定时当查询否、独副立请竭求。其特幅点分洋别是各：串恼行链眯接的击特点薪是逻内辑简羊单，畜扩充桶性好耻活性处差。定时何查询圆的特擦点是昏灵活晃性好弃，可茶靠性宿高；椒控制楼线多混，扩访展性查稍差晶。独立错请求余的特掘点是椒速度言快，装灵活馆性好详；控焰制线稳数量梁过大炊。1210废.2旨某妻计算湿机的点外部由设备柿具有廊三级蜜中断大功能稳，中朽断响咸应次挽序基席本上们由硬堆件排滴队电映路决还定，州但可浪利用禁各个全外部冰设备株控制猜中断挖屏蔽影控制蓬位来撇封锁哀本设葱备的宜中断圾请求推信号备。设夺所有毛中断衫处理病程序尼的执广行时裕间相装同，孩均为条T，催在5没T时蔬间内豪共发膨生5及次中唉断请卖求信粗号，驳如图产所示悄。请图惜示各鞭个中嘴断处添理程甜序占含用的裳时间该段及只中断泪程序释完成寄的次穿序。软件箱进行屯干预差，当乳执行元中断歌处理笔程序怎③穴时，牙屏蔽王二级积中断改。请果图示蠢各个伙中断惑处理科程序台占用胶的时创间段封及中欢断程污序完漂成的陪次序泼。解答予：①没赌有软叮件进螺行干咸预时料，实欺际响采应顺告序为齿：脱①→点②→喝③杰。所退以，货中断打处理玩程序缩慧占用柱的时甜间段凳及中桌断程承序完兔成的惹次序逃如图葱所示养。1314②由对于进岔行了谈软件详干预滴，实培际响陡应时剥发生议了变京化，晚虽然姑②的筑级别那高于轰③，伙但是句当多③先蚊到来验时，座②并懂不能友中断牲它。所以产，进吹行了此软件俱干预坑后，俯中断径处理报程序行占用妈的时尾间段画及中役断程华序完抓成的根次序态如图器所示亮。1510味.3授什么捉叫中浩断嵌莫套？泽CP脏U中孟断处卧理周根期完毕成哪野些工选作？答：恐中皇断嵌农套：序当已卵经有故中断斯发生判并转杏入服悲务程磨序，贞而且瓜并不婆禁止缎其他末中断鼠发生设时，治此时接又有患别的锈高级肆中断然源发唇生请皱求，竟因而斥被迫扮停止匆当前已的中仍断服呢务程睡序，适转去伐响应挣更高劈燕优先鹊权的司中断遥请求岸，这阅就形管成中隔断的登嵌套培。CP雄U中挡断处掠理周党期要鞋完成烘的工叹作：A)席关中孕断。叠防止配保存计现场润不完搁整。B)龟保存有断点肢和现赖场。柏保证绵今后形能正培确返明回中氧断点粱。C)谢判断附中断速源，疾转向柏中断谅服务裂程序拢。多附个中牵断源辉同时转请求抚，选程择最敢高优工先权践的中坛断源抵，并朵转入渡相应货的服斗务程环序入缎口。D)真开中思断。绪允许去更高隔级中摸断响洋应。E)聪执行斤中断撑服务芬程序肉。实袭际有润效的翅服务便工作倦。F)凡关中爸断。门防止宿恢复谅现场稍不完木整。G)训恢复期现场产，恢错复断寨点。渴返回荐中断上点。H)值开中若断。军此次古中断笋响应偶结束境，允猜许各侦种中群断响邀应。1610快.4盘简润述子树程序戏调用乒和中扣断转猎移指陷令的植执行养过程版与区吸别。答：尘子程凭序调衰用：A)霉保存桂当前餐地址寸。用膜于今佩后返趟回。B)鞭转移昨并执味行子类程序谣。C)瘦执行失子程姨序完圈毕，刊取出多返回皂地址姻，并蝴返回戚。中断倾转移汇指令闭：A)篮发生仆中断刊，并室响应进。B)刺关中柴断。供防止蜓保存价现场嫌不完伍整。C)侧保存联断点就和现弓场。养保证原今后也能正砍确返催回中故断点唐。D)潮判断赶中断趴源，嚼转向木中断茄服务解程序皱。多飘个中情断源奥同时铅请求甘，选版择最恢高优见先权芒的中控断源肝，并浓转入跟相应蒙的服基务程刷序入末口。E)集开中贺断。盟允许策更高畏级中险断响已应。F)络执行回中断缸服务打程序宗。实滋际有膜效的耗服务巴工作的。G)养关中狭断。捐防止纠恢复要现场武不完读整。H)陵恢复之现场母，恢堂复断生点。卫返回沫中断斜点。I)曾开中脏断。桃此次巾中断犬响应大结束秆，允趟许各蛮种中源断响汁应。子程技序调饭用和肥中断我转移胀指令傍都会做产生骗当前巧指令再地址根的跳仁转，羽并且交最终找都需漏要返呼回，服但是抚它们朋基于址不同瞧的目纤的，纯因而览执行躲过程确有很跨多不阅同。17子程两序调萍用虽筹然产吓生指齿令地旨址的踪蝶跳转纤，但闻它并且不会配停止迫当前殖程序冤的执嚼行，吐而且宣子程付序的更本身拔就属呈于当喜前执沸行程俭序的梦一部旧分；范而中揉断转斜移指首令产屿生的再指令赌地址关的跳繁转，往要求尽停止资当前吃程序蒜的执锦行，大而且树不属无于当枝前执我行程陵序的借一部同分。子程板序调蚂用可沉能只丢需保痰存返扭回地川址，零不必芝保存姥状态取寄存稼器等修机器币状态堵；而撞中断伍转移姜指令当不仅啄要保古存返咐回地麻址，圈还要粥保存词状态宏寄存婚器等杰机器董状态汉。子程棕序调拦用过垒程中差并不正在意临中断索的响哀应，态因而辆不需柱要靠隆开关投中断干来控汁制；父而中孩断转醋移指礼令中谁的某赏些阶巧段(哨保存消和恢端复现尝场)窃要防梳止中享断的凝响应祸，因愚而需痒要靠宣开关蹦中断桑来控蜡制，贩防止离发生胖错误伐。子程叉序调散用并凶不需桂要硬含件协熔助工柴作，蕉完全愈靠软耍件实高现；刺而中嗽断转症移指椒令不捆仅要利靠软仙件支丹持，倾还要卫硬件领协助此工作持。子程铁序调缘瑞用将悉继续茫保持步当前愚程序抬的状捡态(甜用户唉模式故、系洋统模凭式)努；而连中断粥转移我指令辽不管佣当前持程序伏的状蔑态都照将进幼入系卸统模页式。1810虹.5判断逼下列含概念畜的正绪确性宣：①屏章蔽所吩有的妻中断胡源，雷即为语关中爽断。②I绢/O签设备隶的编炼址方域式分逐为单勿独编卡址方蜓式和数存储印器映忧射方贝式。答：盏①某正确卫。关中音断，此即为亭要屏讽蔽所淡有的究中断月源。②正强确。这正丹是铅I/耍O设搅备的寻编址迫的两疤种方眨式。10慨.6掠是非宴题：①C脖PU摆在响龟应中吸断后秃可以铸立即望响应认更高田优先奥级的战中断勤请求姿(不狱考虑怀中断猎优先灾级的晴动太焰分配尚)。②连茶接到员计算塌机单移总线屋上的晚设备雷称为弟主设胶备。答：疗①牲错误筝。必须询要在嫌完整吹保存贼现场拢之后谱，才伴能去碑响应匠更高榆级别乓的中息断，塔否则博会造芒成现昨场保马存不君完整粉，从础而今敞后无筑法返纯回断队点。②错许误。主、胞从设璃备都奇可连僚接到帜单总炸线上捡。1910膏.7矛是真非题程，并政简单锤说明映其原爸因。①C井PU樱可任瞒选C杀PU昨停止圾法、掠总线糖周期鲜挪用吼法或背总线改周期接分时餐法来迫实现米DM求A。②D劈燕MA查是主摆存与百外设销间交储换数被据的刊方式祖，它漠也可排用于尽主存将与主瞒存之雀间的犹数据害交换汉。答：少①正塞确。默这是筝DM翠A处播理的语3种驱方法爸。②错腰误。灶DM古A是舱主存鹿与外那设间晶交换妹数据烘的方省式，隔它不东可用陆于主封存与笋主存毒之间尸的数期据交抗换。10裹.8感在一撤个8诱级中乏断系孤统中瓶，硬博件中睛断响刷应从漆高到罗底优英先顺棵序是套：1→蝴2→悬3→虹4→减5→响6→抓7→钻8，设置火中断拒屏蔽总寄存笛器后辫，中披断响击应的春优先隐顺序扔变为1→命3→续5→扛7→番2→本4→孟6→帝8，如果现CP客U在次执行先一个放应用美程序垄时有怕5、送6、需7、脑8级爬4个妖中断娘同时计到达堪，C献PU市在按归优先吹顺序锦处理爽到第靠3个矿中断裕请求瓦的过辟程中盲又有秧一个锯3级污中断响请求因到达腔CP赌U，这试画愈出C犹PU扩响应练这些乔中断弄的顺毯序示唯意图贱。答：板CP挪U响壤应中眉断的早顺序拍示意面图如蜂下图虑所示愈。202110望.8扎何谓畅DM顽A？屈DM征A操没作可零以分击几个修主要湿步骤悄？解答舌：即帆直接听内存购访问距方式鸟，完事全由条硬件巧执行删I/晃O交洪换的裂工作跳方式邻。在完这种柏方式陆下，笑DM鱼A控检制器峡从C钱PU旋完全嫌接管钻对总刚线的恭控制醒，数浙据交顷换不渗经过元CP念U，氧而直塌接在搬内存凉与设肾备之咏间进丘行。DM轰A操汗作可别以分泽为3坡个主绣要步偿骤：即传窄送前异的预铲处理些、正养式传蹲送、辰传送缝后处晕理阶择段。①预缩慧处理健阶段庭：由微CP偿U执栗行几扮条输秧入输择出指阵令、漫测试桌设备俘状态仰。向喝DM卫A控待制器责的设绿备地中址寄同存器焦中送控入设澡备号两，并键启动霞设备起。向棒内存蹦地址莲计数首器中侮送入织起始润地址悬。向档字计阴数器嘉中送奶入交爱换的岭数据银字个玻数。②正径式传焦送阶研段：类外设弓准备个好发脚送数哈据(屋输入劳)或匀接收君数据既(输夫出)堆时，始发出父DM贝A请压求，煤由D躺MA阶控制谁器向栗CP附U发潜出总赞线使拌用权朋的请绵求(坡HO吓LD降)。岗CP领U在驻本机兼器周叨期执惠行完砌毕后开响应肺该请逗求并偷使C搂PU修的总费线驱胖动器丘处于俱高阻侮状态币，然彼后与史系统捞总线闯相脱则离，睡DM志A控凶制器瓦接管炒数据匆总线棚和地滚址总福线的鉴控制灵，并初向内岗存提落供地墨址。员在内祥存和跟外围恭设备铅之间撞进行策数据锁交换询。每临交换还一个越字则返地址弟计数替器和奔字计推数器扁加1忘，当握记数楚值到粗0时驶，D倘MA快操作喘结束牌并向碗CP舱U提针出中走断报渡告。③D写MA至后处侍理工呆作：此一旦解DM屿A的豪中断哀请求克得到陈响应贸，C颗PU逃将停阵止主蜻程序挽的执锣行，教转去绍执行盖中断智服务圣程序塔进行气DM蓝A操挽作的径后处锋理。永包括柔校验娃送入卸内存纺的数昨据是计否正般确；靠决定碰使用唯DM去A方偶式传爪送数砖据还但是结器束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