1、南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风,1,第一次作业(2003/04/18),思考题(1). 为什么传统的RAM采用位片式芯片，而ROM采用字片式芯片？zA(2). 为什么要在位片式芯片中设置片选信号？ 作业题(1). 解释下列名词：存储单元 记忆单元 编址方式 编址单位易失性存储器 随机存取存储器 相联存取存储器 存取周期 刷新 再生(2). 书上习题1(3). 书上习题2(4). 书上习题3,南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风,2,第一次作业解答,思考题 (1)为什么传统的RAM采用位片式芯片，而ROM采用字片式芯片？因为一般来说，RAM的容量要求大，而位片式芯片可在字方向上
2、扩充，用来组成容量很大的RAM。此外，位片式芯片引脚数少，因而更可靠。ROM的容量一般不大，用1到2个字片式芯片就可构成，成本低。 (2)地址线复用时，只需用一半的信号线。你认为这是以时间为代价的吗？如果不是，请说明理由。目前的技术而言，是以时间为代价的。（参看时序图） (3)为什么要在位片式芯片中设置片选信号？便于在字方向上扩充。 作业题： (1) 解释下列名词：存储单元 记忆单元 编址方式 易失性存储器 随机存取存储器 相联存取存储器 存取周期 EPROM EEPROM 刷新 再生 答：(略),南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风,第一次作业解答,(2) 书中习题1（某机主存储器有1
3、6位地址，字长为8位，用1K4位的RAM芯片构成该存储器） 参考答案： 1）存储器有16位地址，所以容量为64K单元，每单元8位。因此需要的芯片数为：（64K/1K）（8/4）=642=128（片）。 2）该存储器能存放64K字节的信息。 3）芯片地址为10位，存储器共16位地址，所以片选逻辑需要6位地址。 (3) 书中习题2（用8K8位的静态RAM芯片构成64K字节的存储器 ） 参考答案： 1）所需芯片数为：（64K/8K）（8/8）=8（片），只在字方向上扩展。 2）存储器逻辑框图,南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风,4,第一次作业解答,存储器逻辑框图,南京大学计算机系 多媒体技术
4、研究所 袁春风,5,第一次作业解答,(3) 书中习题3（用64K1位的DRAM芯片构成256K8位的存储器。假定一次刷新操作要一个读/写周期） 参考答案：1）该存储器的逻辑框图（见下页）2）所需芯片数：（256K/64K）（8/1）=32（片）。3）64K1的芯片，假定内部结构为256256。所以存储器刷新一遍至少需要256次刷新操作。若采用分散刷新方式，则刷新信号周期应为：存储周期的2倍。（若采用异步刷新方式，则刷新信号周期应为： 2ms/2567.8s。4）若采用集中刷新方式，则存储器刷新一遍最少用256个读/写周期。注1：DRAM芯片的内部结构可从手册中查出。如不知芯片的内部结构，按惯例
5、可将芯片按nn的结构处理，本例是64 K1的芯片，则存储器刷新一遍需要256次刷新操作。注2：若由四个128128的矩阵构成，则刷新时4个存储矩阵同时对128个元素操作。刷新一遍只需要128次刷新操作。,南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风,6,第一次作业解答,存储器逻辑框图,64K=28x28 (采用地址线复用技术，只要用8位地址线),南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风,7,第二次作业(2003/4/18),(1) 解释下列名词：奇偶校验 多模块存储器 程序访问的局部性直接映射 组相联映射 Cache FIFO LRU (2)书中习题4 (3)书中习题5 (4)书中习题7 (5
6、)书中习题8 (6)书中习题9,南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风,8,第二次作业解答,解释下列名词 参考答案（略） (2)书中习题4 (用8K8位的EPROM芯片组成32K16位的只读存储器 ) 参考答案：1) 数据寄存器16位。2) 32K存储器至少应有15位地址,故地址寄存器采用15位或更多。3) 共需8片EPROM芯片。4) 只读存储器的逻辑框图（略） (3)书中习题5(已配有0000H-3FFFH的ROM区域，现再用8K8位的RAM芯片形成32K8位的存储区域，CPU地址总线为A0-A15，数据总线为D0-D7，控制信号为R/W(读/写)、MREQ(访存)参考答案：给出地址译
7、码方案，并实现ROM、RAM和CPU的连接。（图见下页）ROM：0000H-3FFFH(0214 -1),所以要用两个8Kx8位ROM芯片。RAM：实际安装的32Kx8位存储器总共要用4个8Kx8位芯片，因此还要两个RAM芯片。16位地址线构成64K物理存储空间，因此另外四个芯片的位置还可插入4个芯片。,南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风,9,第二次作业解答,对MEMQ和R/W信号（或80486的M/IO,W/R）进行译码后可得MEMR和MEMW信号，然后直接连到存储器芯片的读写控制端。,CPU通过控制器与芯片相连,南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风,10,第二次作业解答,(4
8、)书中习题7 (主存8M字节, 分成4096页, Cache 64K字节, 和主存分成同样大小的页.采用直接映象方式. ) 参考答案：1) 每页2K字节=8MB/4096，故 Cache有64KB/2KB=32页（槽） 。2) 由于每页大小为2KB，故Cache 的页内地址为11位。3) 因为采用直接映射技术，共有32槽，故Cache 的页面地址(槽号)为5位 。4) * 地址 6807FFH 即 1101000 00000 11111111111映射到Cache 的0页该地址高7位1101000与Cache第0页的标记相等，故命中。* 地址 2D07FFH 即 0101101 00000 1
9、1111111111映射到Cache 的0页该Cache页的标记11010000101101，故不能命中。* 地址7F1057H 即 1111111 00010 00001010111映射到Cache 的2页高7位与相应的Cache页面标记相符，故命中。* 地址000000H 即 0000000 00000 00000000000映射到Cache 的0页高7位与相应的标记不符，故不能命中。,南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风,11,第二次作业解答,(5)书中习题8 (一个组相联高速缓存由64块（每块256字）组成，分为8组，主存有4096块。) 参考答案：1） Cache容量：64块x
10、256字=8组x8页/组x256字/页主存容量：4096块x256字=212+8字，故主存地址为20位。2） 主存容量为：220字=29组群x23块/组群x28字/块主存地址划分：块内地址：8位组号：3 位标志位： 9位所以，Cache的每个页面其标志位有9位。,南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风,12,第二次作业解答,(6)书中习题9(64KB的主存和4KB的Cache，Cache每组4块，每块64字。若Cache起始为空，CPU依次从0号单元顺序访问到4344号单元，然后重复此序列访存15次，采用LRU算法。若访问Cache的时间为20ns，访存时间为200ns，试估计CPU访存的
11、平均时间。)参考答案：(假设每字为一个字节)1） Cache容量：4KB=16组x4页/组x64B/页主存容量：64KB=64组群x16块/组群x64B/块，主存地址为16位。主存地址划分：块内地址：6位组号：4位标志位： 6位所以，Cache的每个页面其标志位有6位。,南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风,13,第二次作业解答,因为每块为64字，4345/64=67.89 67x64=4288 所以04344单元应该对应前68块，也即处理器的访问过程是对前68块连续访问16次。,0,63,1,4344,128,4288,4352,64,16次,1#,2#,67#,0#,65,68#,总
12、访存次数：16x4345=69520 Cache共有16组，每组4页（槽），各槽的替换情况如下图：,南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风,14,第二次作业解答,0组 1组 2组 3组 4组 15组,0 槽,1 槽,2 槽,3 槽,0/64/48 1/65/49 2/66/50 3/67/51 4 15,16/0/64 17/1/65 18/2/66 19/3/67 20 31,32/16 33/17 34/18 35/19 36 47,48/32 49/33 50/34 51/35 52 63,LRU算法：第一次循环,对于每一块只有第一字未命中,其余都命中; 以后15次循环,有20块的第
13、一字未命中,其余都命中. 所以,命中率p为（69520-68-15x20)/69520=99.47% 平均访存时间：ta= ptc+(1-p)tm=20xp+200x(1-p)=19.89+1.06=20.95ns,南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风,15,第二次作业解答,1） (假设每字为两个字节)Cache容量：4KB=8组x4页/组x64字/页x2B/字主存容量：64KB=64组群x8块/组群x64字/块x2B/字=32K字x2B/字主存地址为15位。主存地址划分：块内地址：6位组号：3位标志位： 6位所以，Cache的每个页面其标志位有6位。,南京大学计算机系 多媒体技术研究所
14、 袁春风,16,第二次作业解答,因为每块为64字，4345/64=67.89 67x64=4288 所以04344单元(字)应该对应前68块，也即处理器的访问过程是对前68块连续访问16次。,0,63,1,4344,128,4288,4352,64,16次,1#,2#,67#,0#,65,68#,总访存次数：16x4345=69520 Cache共有8组，每组4页（槽），各槽的替换情况如下图：,南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风,17,第二次作业解答,0组 1组 2组 3组 4组 5组 6组 7组,0 槽,1 槽,2 槽,3 槽,0/32/64/24 1/33/65/25 2/34/6
15、6/26 3/35/67/27 4/36/28 5/37/29 6/38/30 7/39/31,8/40/0 9/41/1 10/42/2 11/43/3 12/44/4 13/45/5 14/46/6 15/47/7,16/48/8 17/49/9 18/50/10 19/51/11 20/52/12 21/53/13 22/54/14 23/55/15,24/56/16 25/57/17 26/58/18 27/59/19 28/60/20 29/61/21 30/62/22 31/63/23,LRU算法：对于每次循环, 每一块只有第一字未命中,其余都命中; 所以,命中率p为（69520-68x16)/69520=98.43% 平均访存时间：ta= ptc+(1-p)tm=20xp+200x(1-p)=19.69+3.14=22.83ns,
