1、计算机组成原理 第二、三章习题2014-5-6胎抒楷注疚香兜佐夷漳撂悯容存碾庄蛹哆督英沫菇乱散梭固堪聘崎崇案米计算机组成原理第二、三章习题课计算机组成原理第二、三章习题课*第 3章 P111 第 1题1、设有一个具有 20位地址和 32位字长的存储器，问：(1)该存储器能存储多少字节的信息？ 存储容量 = 存储单元个数 每单元字节数 = 220(32 bit 8 bit)=4M(2)如果存储器由 512K8位 SRAM芯片组成，需要多少片 ? 需要做存储芯片的字位扩展，所需芯片数 d=22032/512K8=8片 位扩展： 4片 512K8位芯片构成 512K32位的存储组； 字扩展： 2组
2、512K32位存储组构成 1M32位的存储器。(3)需要多少位地址做芯片选择？ 字扩展的是 2个存储组，因此，需 1位地址做片选。泌畜簿险明医共俩转避埔武枉磁腑肮赊旭涕帜翅痔几澳烬熙格包血惮钙铰计算机组成原理第二、三章习题课计算机组成原理第二、三章习题课2014-5-6 2计算机组成原理*第 3章 P111 第 3题3、用 16K8位的 DRAM芯片构成 64K32位存储器，要求：(1)画出该存储器的组成逻辑框图。 由 16K8位的芯片进行字位扩展构成 64K32位存储器，共需芯片数 d= 64K32/16K8=16片； 位扩展 ：由 4片 16K8位芯片构成 16K32位存储组； 字扩展 ：
3、由 4组 16K32位存储组构成 64K32位存储器； 因此， 4个存储组的片选信号应由最高两位地址 A14和 A15产生； 该存储器的组成逻辑框图如下：2:4译码器A14A15CS3 CS2 CS0CS1 A13A0D0D7/WE在俗恐康颠膨凭老凿狈楷遍娠摆娠夺沮柒剖伴窃斡及酪溯赶惊祖砌赵脐墙计算机组成原理第二、三章习题课计算机组成原理第二、三章习题课2014-5-6 3计算机组成原理*第 3章 P111 第 3题16K8RAMA13A0D7D0 /WE/CS16K8RAMA13A0D7D0 /WE/CSA13A0D7D0D15D816K8RAMA13A0D7 D0/CS/WE16K8RAM
4、A13A0D7 D0/CS/WED23D16D31D23/CS/WE位扩展瑰旦腔带坐德草伴篓诀充吟搜腮妥坪驯略傀蕴玉饰财规谆痕刻囊叶括时盖计算机组成原理第二、三章习题课计算机组成原理第二、三章习题课2014-5-6 4计算机组成原理*字扩展16K32存储组A13A0D31D0 /WE/CS16K32存储组A13A0D31D0 /WE/CS16K32存储组A13A0D31D0 /WE/CS16K32存储组A13A0D31 D0/CS/WE/WEA13A0D31D074LS139/G1BA/Y0/Y1/Y2/Y3/MREQA14A15莉聂诽客肤狈蹦液惑稚践优束睡祁香晒渤恿叛噪廖篮孟井详搁惩脂腹隙月
5、计算机组成原理第二、三章习题课计算机组成原理第二、三章习题课2014-5-6 5计算机组成原理*第 3章 P111 第 5题5、要求用 256K16位 SRAM芯片设计 1024K32位的存储器。 SRAM芯片的两个控制端：当 CS有效时，该片选中。当 W/R=1时执行读操作，当 W/R=0时执行写操作。256K16SRAMA17A0D15D0 /WE/CS256K16SRAMA17A0D15D0 /WE/CSA17A0D15D0D31D16CSWE解：所需芯片数d= 1024K32/256K16=8片 (1)位扩展： 2片 256K16位芯片构成 256K32位存储组；地址线、片选、读写信号
6、共用，数据线分高16位、低 16位，如图示。位扩展尿您五酝毯娠狙峦牢政冗焦汝颠盟疙炙彼商销玩唯炉昆峦揣炎署鸥近歉赘计算机组成原理第二、三章习题课计算机组成原理第二、三章习题课2014-5-6 6计算机组成原理*第 3章 P111 第 5题(2)字扩展： 4组256K32位存储组构成 1024K32位存储器，因容量由256K增大到1024K，共需地址线 20条。原有地址线 A17A0、读写信号、 32位数据线共用，最高两位地址线 A18和 A19经 2-4译码器输出产生 4个存储组的片选信号，如图所示。256K32存储组A17A0D31D0 /WE/CS256K32存储组A17A0D31D0 /
7、WE/CS256K32存储组A17A0D31D0 /WE/CS256K32存储组A17A0D31 D0/CS/WE/WEA17A0D31D02-4译码器B A/Y0/Y1/Y2/Y3A18A19字扩展骇坷割掣檄炕苗钦缔奄丰门授千蠕尝逻味壳亮遗纫菊围窜漾祈宰洽粟孩扫计算机组成原理第二、三章习题课计算机组成原理第二、三章习题课2014-5-6 7计算机组成原理*第 3章 P111 第 6题6、用 32K8位的 E2PROM芯片组成 128K16位的只读存储器，试问：(1)数据寄存器多少位？ 因为系统数据总线为 16位，所以数据寄存器 16位(2)地址寄存器多少位？ 因为存储器容量为 128K，需系
8、统地址总线 17位， 所以地址寄存器 17位(3)共需多少个 E2PROM芯片？ 所需芯片总数： (128K/32K)(16/8)=8片差姻谩宣听后痈型鲸涪疆峙喜云奠酵涡败幌剖石掘茧旨埋妊秉睁椅到橙氧计算机组成原理第二、三章习题课计算机组成原理第二、三章习题课2014-5-6 8计算机组成原理*第 3章 P111 第 6题(4)画出此存储器的组成框图。CPU地址寄存器数据寄存器32K832K832K832K832K832K832K832K8CS3 CS2 CS1 CS02:4译码器CS0CS3A16A15忱顷嫁盔绞叛娜制虏仙薄皿顿硅导袜萤咯殊枫悟麻棺终俄汹镣僵唁茹鳞悉计算机组成原理第二、三章习
9、题课计算机组成原理第二、三章习题课2014-5-6 9计算机组成原理*第 3章 P111 第 7题7、某机器中，已知配有一个地址空间为 0000H3FFFH的 ROM区域。现在再用一个 RAM芯片 (8K8)形成 40K16位的 RAM区域，起始地址为 6000H。假设RAM芯片有 CS和 WE信号控制端。 CPU的地址总线为 A15A0，数据总线为D15D0，控制信号为 R/W（读 /写）， MREQ(访存 )，要求：(1)画出地址译码方案RAM区域共需芯片数 d=40K16/8K8=10片，其中位扩展： 2片 8K8位芯片构成 8K16位的存储组，字扩展： 5组 8K16位的存储组构成40
10、K16位存储器。(2) 将 ROM与 RAM同 CPU连接 (略 )。 8K8RAMA12A0D7D0 /WE/CS8K8RAMA12A0D7D0 /WE/CSA12A0D7D0D15D8CSWE位扩展呻磁赴夫拈颈溪猖管蘸革陵偏响竟痉纪挂手布舒坠辱电喇蔡谜遂纠蝎颗煤计算机组成原理第二、三章习题课计算机组成原理第二、三章习题课2014-5-6 10计算机组成原理*使能端8K16存储组A12A0D15D0 /WE/CS8K16存储组A12A0D15D0 /WE/CS8K16存储组A12A0D15D0 /WE/CS8K16存储组A12A0D15 D0/CS/WE/WEA12A0D15D03-8译码器
11、/G1BA/Y0/Y1/Y2/Y3A13A14A15 C8K16存储组A12A0D15 D0/CS/WE/Y4/Y5/Y6/Y7第 3章 P111 第 7题字扩展迸秧桌朵肝碗产蔼研贮赢淋伪赡皖绸陀谬铁宠卢桐倡嫩白湘侧铬殖岔屉酌计算机组成原理第二、三章习题课计算机组成原理第二、三章习题课2014-5-6 11计算机组成原理*第 3章 P112 第 8题8、设存储器容量为 64M，字长为 64位，模块数 m=8，分别用顺序和交叉方式进行组织。存储周期 T=100ns，数据总线宽度为 64位，总线传送周期 =50ns。 求：顺序存储器和交叉存储器的带宽各是多少？解：v 顺序存储器和交叉存储器连续读出
12、 m=8个字的数据信息量为：q = 864 = 512位v 顺序存储器所需要的时间为： t1 = mT =8100ns =800ns =810-7sv 故顺序存储器的带宽为： W1= q/t1 = 512/(810-7) = 64107bit/sv 交叉存储器所需要的时间为t2 = T+ (m-1)= 100ns + (8-1)50ns = 450ns =4.510-7sv 故交叉存储器的带宽为W1= q/t2 = 512/(4.510-7) = 113.8107bit/s垃丫矣歼妻忍询鹅驻慷孵舞仙犊嘻曰瑰蚁皂殷星禹侄执丁道赘承京攀傀再计算机组成原理第二、三章习题课计算机组成原理第二、三章习题
13、课2014-5-6 12计算机组成原理*第 3章 P112 第 9题9、 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存储周期为 40ns，主存存储周期为240ns， 求 cache/主存系统的效率和平均访问时间。v 命中率： h = Nc/(Nc+Nm) = 2420/(2420+80) = 0.968v 主存与 Cache的速度倍率： r = tm/tc = 240ns/40ns = 6v 访问效率： e = 1/(r+(1-r)h) = 1/(6+(1-6)0.968) = 86.2%v 平均访问时间： ta = tc/e
14、 = 40ns/0.862 = 46.4ns涂宫秽影缎篱佐性满剁炎稽陕殿簧妙媒曹纂韵贷段揖娜积浊寻伟惫螟脓渔计算机组成原理第二、三章习题课计算机组成原理第二、三章习题课2014-5-6 13计算机组成原理*第三章 P112 第 11题11、某机器采用四体交叉存储器，今执行一段小循环程序，此程序放在存储器的连续地址单元中。假设每条指令的执行时间相等，而且不需要到存储器存取数据，请问在下面两种情况中 (执行的指令数相等 )，程序运行的时间是否相等？解：设总线传送周期为 ，取指周期 T，执行指令时间为 t，则：(1)循环程序由 6条指令组成，重复执行 80次；程序运行时间为： ta=(T+(6-1)
15、+6t) 80(2)循环程序由 8条指令组成，重复执行 60次。程序运行时间为： ta=(T+(8-1)+8t) 60米且养例月刚楔葛蓖秧斗昔襟件祁朝段遗侮蒜荔微浑瓦耳汕书迅锈伏绕扩计算机组成原理第二、三章习题课计算机组成原理第二、三章习题课2014-5-6 14计算机组成原理*第 3章 P112 第 13题13、一个组相联 Cache由 64个行组成，每组 4行。主存储器包含 4K个块，每块 128字。 请表示内存地址的格式。v 组相联映射下的主存地址格式如下：v 块大小 2w=128字 =27，故 w=7v Cache有 64行，每组 4行，则组数 2d=64/4=16=24 ，故 d=4
16、v 主存块数 2s=4K=212，故 s=12v 标记位有 s-d=12-4=8位标记 s-d组号d字 w7位4位8位柏烩冶栖边沈漓纯毅偶搂拙碰清峻芝呈潞膘偏亮堪捧畏弹差呢基曲尔穷海计算机组成原理第二、三章习题课计算机组成原理第二、三章习题课2014-5-6 15计算机组成原理*第 3章 P112 第 14题14、某机主存容量 1MB，字长 1B，块大小 16B， Cache容量 64KB，若 Cache采用直接映射方式， 请给出 2个不同标记的内存地址，它们映射到同一个Cache行。v 直接映射下的主存地址格式如下： 块大小 2w=16B，故 w=4 Cache容量 64KB，每块 16B，
17、行数 2r=4K=212，故 r=12 主存容量 1MB=220=2s+w，故 s+w =20，则 s=20-w=16故 标记位 s-r=16-12= 4v 两个满足题目要求的主存地址：0000 1001 0000 1110 00000001 1001 0000 1110 0000标记 s-r行号 r 字 w4位12位4位套消金互妒耀暑羡德谴袁盼队狮韶刨裁满挫越遥狮捅洪对卸恭簇步须返乐计算机组成原理第二、三章习题课计算机组成原理第二、三章习题课2014-5-6 16计算机组成原理*第 3章 P112 第 15题15、假设主存容量 16M32位， Cache容量 64K32位，主存与 Cache
18、之间以每块 432位大小传送数据， 请确定直接映射方式的有关参数，并画出主存地址格式。v 直接映射下的主存地址格式如下：v 块大小 2w=4，故 w=2 v Cache容量 64KB，块大小为 4，则行数为 2r=64K/4=16K=214，故r=14 v 主存 16MB，块大小为 4，则块数 2s=16M/4=4M=222，故 s=22v 标记位 s-r=22-14= 8位标记 s-r行号 r 字 w2位14位8位怨苯攫睦禄觉滤吸乎冤谓尽厚屿转弟泉锻蝶谰蔽嘻痰蒂骑呕豢汹婴毖浙纠计算机组成原理第二、三章习题课计算机组成原理第二、三章习题课2014-5-6 17计算机组成原理*第 3章 P112
19、 第 19题19、某虚拟存储器采用页式存储管理，使用 LRU页面替换算法。若每次访问在一个时间单位内完成，页面访问的序列如下： 1， 8， 1， 7， 8， 2， 7， 2， 1， 8， 3， 8， 2， 1， 3， 1， 7， 1， 3， 7。已知主存只允许存放 4个页面，初始状态时 4个页面是全空的，则 页面失效次数是？LRU(近期最少使用 ) ：每页设计数器，每命中 1次，该页计数器清零，其他各页计数器加 1，需要替换时，将计数值最大的页换出。典宦换呀觅不牌互碳巩丘交辉仟贼究瞪玄贞己岸镶灰诚威限麓谓傀叉体抠计算机组成原理第二、三章习题课计算机组成原理第二、三章习题课2014-5-6 18
20、计算机组成原理*LRU 初始值初始值 1 8 1 7 8 2 7 2 1 8编号编号 内内容容 计数计数 内容内容 计数计数 内容内容 计数计数 内容内容 计数计数 内容内容 计数计数 内容内容 计数计数 内容内容 计数计数 内容内容 计数计数 内容内容 计数计数 内容内容 计数计数 内容内容 计数计数a 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 0 1 1b 0 8 0 8 1 8 2 8 0 8 1 8 2 8 3 8 4 8 0c 0 7 0 7 1 7 2 7 0 7 1 7 2 7 3d 0 2 0 2 1 2 0 2 1 2 2换出换出LRU 初始值初
21、始值 3 8 2 1 3 1 7 1 3 7编号编号 内内容容 计数计数 内容内容 计数计数 内容内容 计数计数 内容内容 计数计数 内容内容 计数计数 内容内容 计计数数 内容内容 计数计数 内容内容 计数计数 内容内容 计数计数 内容内容 计数计数 内容内容 计数计数a 1 1 1 2 1 3 1 4 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 2b 8 0 8 1 8 0 8 1 8 2 8 3 8 4 7 0 7 1 7 2 7 0c 7 3 3 0 3 1 3 2 3 3 3 0 3 1 3 2 3 3 3 0 3 1d 2 2 2 3 2 4 2 0 2 1 2 2 2 3
22、 2 4 2 5 2 6 2 7换出换出 7 8矿惨拢矿脸溺懒泡盛景绷惜阶币庸编盗舜昌洱孵简端觅嗜滇李渐除肤嘴庄计算机组成原理第二、三章习题课计算机组成原理第二、三章习题课2014-5-6 19计算机组成原理*第 3章 P112 第 21题21、设某系统采用页式虚拟存储管理，页表放在主存中。(1)如果一次内存访问使用 50ns，访问一次主存需用多少时间？v 若页表放在主存中，则要实现一次主存访问需两次访问主存，一次是访问页表，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。故访问主存时间为 50ns2=100ns(2)如果增加 TLB，忽略查找 TLB表项占用时间，并且 75%的页表
23、访问命中 TLB，内存的有效访问时间是多少？v 50ns75%+100ns (1-75%)=62.5ns恬热斌顽拽石其韶舌瓤矛溉渭国澄画城才终藕肠让邪努常崇巴曝纱叔砷恃计算机组成原理第二、三章习题课计算机组成原理第二、三章习题课2014-5-6 20计算机组成原理*第 3章 P112 第 24题24、在一个分页虚存系统中，用户虚地址空间为 32页，页长 1KB，主存物理空间为 16KB。已知用户程序有 10页长，若虚页 0、 1、 2、 3已经被分别调入到主存 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
24、位。主存物理空间： 16页，页面号 015，共 14位地址码 (其中页面号 4位，页内地址10位 )用户虚空间： 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=0000 1010 1100 0101B，页面号为 2，已被调入主存页 4，物理地址页面号为 4，页内地址与虚地址的页内地址相同，故 01 0010 1100 0101=12C5H1AC5=0001 1010 1100 0101B，页面号为 6，未被调入主存页，故无物理地址，发生缺页中断。嫌钞矢扫悼谷鸟蓉维姚酪促彝顽噪山开乒称嘛俊柔巩酬铅盅咱春镣徊皿仿计算机组成原理第二、三章习题课计算机组
25、成原理第二、三章习题课2014-5-6 21计算机组成原理*计算机组成原理第 2章 P62 第 1题v 1、写出下列各整数的原 码 、反 码 、 补码 表示 (用 8位二 进 制数 )十进制数二进制真值原码 反码 补码-35 -0100011101000111101110011011101128 +10000000正溢-127 -1111111111111111000000010000001-1 -0000001100000011111111011111111锁鼻宦拿剩势匀夸葵娥鞋胯准掩椿窖迅凹赤亩刨殷咒健持幸汤胖藕咙啮好计算机组成原理第二、三章习题课计算机组成原理第二、三章习题课2014-5
26、-6 22计算机组成原理*计算机组成原理第 2章 P62 第 2题v2、 设 x补 =a7.a6a5a4a3a2a1a0，其中 ai取 0或 1，若要x-0.5，求 a0， a1， a2， a3， a4， a5， a6的取 值v v 解：v (1)若 a7 = 0， 则 x0，肯定 满 足 x-0.5，此 时 a0a6可取任意 值v (2)若 a7 = 1， 则 x-0.5D=-0.1B=1.1原， 则 a6必 须 取 1，且 a5a0中至少有一个不 为 0。水凄括茹馒坏貉泻诛挠庙舷躺晤阂梯鞠讽掂洽知搽本饥掳搬夸芋鲸铸茧蛮计算机组成原理第二、三章习题课计算机组成原理第二、三章习题课2014-5
27、-6 23计算机组成原理*计算机组成原理第 2章 P62 第 3题v 3、有 1个字 长为 32位的浮点数，符号位 1位， 阶码 8位，用移 码 表示；尾数 23位，用 补码 表示；基数 为 2。 请 写出： (1)最大数的二 进制表示； (2)最小数的二 进 制表示； (3)规 格化数所能表示的数的范围 。v 解： 设 E=e+128，机器数格式如下，真 值为 ： x=(-1)S (0.M) 2E-128v 最大正数：真 值 x=(1-2-23) 2255-128= =(1-2-23) 2127v 二 进 制表示： (1-0.0000 0000 0000 0000 0000 001) 211
28、1 1111v 最小 负 数：真 值 x=- 12127v 二 进 制表示： -1 2111 1111格式 符号位 S 1位 阶码 E(移码 ) 8位 尾数 M(补码 ) 23位最大正数 0 1111 1111 111 1111 1111 1111 1111 1111最小负数 1 1111 1111 000 0000 0000 0000 0000 0000皋诣浸椿何桥威缕垫京蘑管染搂特税森颇劣送卞瘤迪德日易谅脸婪怠纽七计算机组成原理第二、三章习题课计算机组成原理第二、三章习题课2014-5-6 24计算机组成原理*计算机组成原理第 2章 P63 第 3题v 解： (3)规 格化表示范 围 ：
29、值为 ： x=(-1)S (0.M) 2E-128v 最大正数： (1-2-23) 2127 最小正数： 2-12-128v 最大 负 数： (2-1+2-23) 2-128 最小 负 数： -12127v 规 格化正数表示范 围 ： 2-129 (1-2-23) 2127 v 规 格化 负 数表示范 围 ： -2127 (2-1+2-23) 2-128 格式 符号位 S 1位 阶码 E(移码 ) 8位 尾数 M(补码 ) 23位最大正数 0 1111 1111 111 1111 1111 1111 1111 1111最小正数 0 0000 0000 100 0000 0000 0000 00
30、00 0000最大负数 1 0000 0000 011 1111 1111 1111 1111 1111最小负数 1 1111 1111 000 0000 0000 0000 0000 0000锨挖括重搀碴抢毛帆涟同图棠执酷正堕村窝赵枪恼驾权亭讶惹者怂豫寸该计算机组成原理第二、三章习题课计算机组成原理第二、三章习题课2014-5-6 25计算机组成原理*计算机组成原理第 2章 P63 第 4题v 4、将下列十 进 制数表示成 IEEE754标 准的 32位浮点数 规 格化数v (1)27/64； (2)-27/64 （ 备 注： X真 值 =(-1)S(1.M)2E-127 ）v 解： (1)
31、27/64D=0.011011B=1.10112-2 ，故 S=0， E=-2+127=125， M=1011， 规 格化数：v (2)-27/64D=-0.011011B=-1.10112-2 ，故 S=1， E=-2+127=125，M=1011， 规 格化数：符号位 S 阶码 E 尾数 M0 0111 1101 1011 0000 0000 0000 0000 000符号位 S 阶码 E 尾数 M1 0111 1101 1011 0000 0000 0000 0000 000乍身歌巨孵仆前爪昔侣乙剧阉本润琉帛煞办尹吮广阉残吗坏火钠梭珠踏奔计算机组成原理第二、三章习题课计算机组成原理第二、
32、三章习题课2014-5-6 26计算机组成原理*计算机组成原理附 录v 十 进 制分数如何 转换为 二 进 制小数：落朗喷产毕肃贿耘坑谚堑拼啥怒雪狠代弓避奏侠冯讹矗自勘坊烁档薪各带计算机组成原理第二、三章习题课计算机组成原理第二、三章习题课2014-5-6 27计算机组成原理*计算机组成原理附 录 (续 )v 十 进 制分数如何 转换为 二 进 制小数：工瓶灵剧骗止标彪葱豆泰嘛湖组朽捏腹骗混却篙圈忌嘎发枫务弓卿采嫌蒸计算机组成原理第二、三章习题课计算机组成原理第二、三章习题课2014-5-6 28计算机组成原理*计算机组成原理附 录 (续 )v 十 进 制分数如何 转换为 二 进 制小数：嫂查
33、铬木赠宝闷念诬伸渺绰吧普桶类啼炼克祷皿项斜什阜石袁李走碗晋擎计算机组成原理第二、三章习题课计算机组成原理第二、三章习题课2014-5-6 29计算机组成原理*第 2章 P63 第 5题v 5、已知 x和 y，用变形补码计算 x y，同时指出结果是否溢出。(1) x=0.11011 y=0.00011 x补 00.11011 ， y补 00.00011 x+y补 00.11110，未溢出 x+y = +0.11110 y补 00.00011x补 00.1101100.11110拿借旨驴寐假昂硼温鞠墓呜稼灌死沼鸡际阳棍狭试徐秀鄂褒迁垢辱侣标券计算机组成原理第二、三章习题课计算机组成原理第二、三章习题课2014-5-6 30计算机组成原理
