计算机组成原理作业1-10章答案(唐朔飞)1 下载本文

主存字块标记(7位) Cache字块地址(9位) 字块内地址(5位) 在四路组相联映射方式下,主存字块标记为21-7-5=9位,主存地址格

式为:

主存字块标记(9位) 组地址(7位) 字块内地址(5位) 在全相联映射方式下,主存字块标记为21-5=16位,主存地址格式为:

主存字块标记(16位) 字块内地址(5位)

29. 假设CPU执行某段程序时共访问Cache命中4800次,访问主存200次,已知Cache的存取周期为30ns,主存的存取周期为150ns,求Cache的命中率以及Cache-主存系统的平均访问时间和效率,试问该系统的性能提高了多少倍? 解:Cache被访问命中率为:4800/(4800+200)=24/25=96%

则Cache-主存系统的平均访问时间为:ta=0.96*30ns+(1-0.96)*150ns=34.8ns Cache-主存系统的访问效率为:e=tc/ta*100%=30/34.8*100%=86.2% 性能为原来的150ns/34.8ns=4.31倍,即提高了3.31倍。

30. 一个组相连映射的CACHE由64块组成,每组内包含4块。主存包含4096块,每块由128字组成,访存地址为字地址。试问主存和高速存储器的地址各为几位?画出主存地址格式。

解:cache组数:64/4=16 ,Cache容量为:64*128=213字,cache地址13位

主存共分4096/16=256区,每区16块

主存容量为:4096*128=219字,主存地址19位,地址格式如下: 主存字块标记(8组地址(4位) 字块内地址(7位) 位)

31. 设主存容量为1MB,采用直接映射方式的Cache容量为16KB,块长为4,每字32位。试问主存地址为ABCDEH的存储单元在Cache中的什么位置? 解:主存和Cache按字节编址,

Cache容量16KB=214B,地址共格式为14位,分为16KB/(4*32/8B)=210块,每块4*32/8=16B=24B,Cache地址格式为: Cache字块地址(10位) 字块内地址(4位) 主存容量1MB=220B,地址共格式为20位,分为1MB/(4*32/8B)=216块,每块24B,采用直接映射方式,主存字块标记为20-14=6位,主存地址格式为:

字块内地址(4主存字块标记(6位) Cache字块地址(10位) 位) 主存地址为ABCDEH=1010 1011 1100 1101 1110B,主存字块标记为101010,Cache字块地址为11 1100 1101,字块内地址为1110,故该主存单元应映射到Cache的101010块的第1110字节,即第42块第14字节位置。或者在Cache的第11 1100 1101 1110=3CDEH字节位置。

32. 设某机主存容量为4MB,Cache容量为16KB,每字块有8个字,每字32位,

设计一个四路组相联映射(即Cache每组内共有4个字块)的Cache组织。

(1)画出主存地址字段中各段的位数。

(2)设Cache的初态为空,CPU依次从主存第0,1,2,…,89号单元读出90个字(主存一次读出一个字),并重复按此次序读8次,问命中率是多少?

(3)若Cache的速度是主存的6倍,试问有Cache和无Cache相比,速度约提高多少倍? 解:(1)根据每字块有8个字,每字32位(4字节),得出主存地址字段中字块内地址为3+2=5位。

根据Cache容量为16KB=214B,字块大小为8*32/8=32=25B,得Cache地址共14位,Cache共有214-5=29块。

根据四路组相联映射,Cache共分为29/22=27组。

根据主存容量为4MB=222B,得主存地址共22位,主存字块标记为22-7-5=10位,故主存地址格式为: 主存字块标记(10位) 组地址(7位) 字块内地址(5位) (2)由于每个字块中有8个字,而且初态为空,因此CPU读第0号单元时,未命中,必须访问主存,同时将该字所在的主存块调入Cache第0组中的任一块内,接着CPU读第1~7号单元时均命中。同理,CPU读第8,16,…,88号时均未命中。可见,CPU在连续读90个字中共有12次未命中,而后8次循环读90个字全部命中,命中率为:

90?8?12?0.984 90?8(3)设Cache的周期为t,则主存周期为6t,没有Cache的访问时间为6t*90*8,有Cache的访问时间为t(90*8-12)+6t*12,则有Cache和无Cache相比,速度提高的倍数为:

6t?90?8?1?5.54

(90?8?12)t?6t?1233.简要说明提高访存速度可采取的措施。 答:提高访存速度可采取三种措施:

(1)采用高速器件。即采用存储周期短的芯片,可提高访存速度。

(2)采用Cache。CPU最近要使用的信息先调入Cache,而Cache的速度比主存快得多,这样CPU每次只需从Cache中读写信息,从而缩短访存时间,提高访存速度。

(3)调整主存结构。如采用单体多字或采用多体结构存储器。

38. 磁盘组有6片磁盘,最外两侧盘面可以记录,存储区域内径22cm,外径33cm,道密度为40道/cm,内层密度为400位/cm,转速3600转/分,问:

(1)共有多少存储面可用? (2)共有多少柱面?

(3)盘组总存储容量是多少? (4)数据传输率是多少? 解:(1)共有:6×2=12个存储面可用。

(2)有效存储区域=(33-22)/ 2 = 5.5cm 柱面数 = 40道/cm × 5.5= 220道

(3)内层道周长=?×22=69.08cm

道容量=400位/cm×69.08cm= 3454B 面容量=3454B×220道=759,880B

盘组总容量=759,880B ×12面= 9,118,560B (4)转速 = 3600转 / 60秒 = 60转/秒

数据传输率 = 3454B × 60转/秒 = 207,240 B/S

39. 某磁盘存储器转速为3000转/分,共有4个记录盘面,每毫米5道,每道记录信息12 288字节,最小磁道直径为230mm,共有275道,求: (1)磁盘存储器的存储容量。

(2)最高位密度(最小磁道的位密度)和最低位密度。 (3)磁盘数据传输率。 (4)平均等待时间。 解:(1)存储容量 = 275道×12 288B/道×4面 = 13 516 800B (2)最高位密度 = 12 288B/(?×230)= 17B/mm = 136位/mm(向下取整)

最大磁道直径=230mm+2×275道/(5道/mm) = 230mm + 110mm = 340mm

最低位密度 = 12 288B /(?×340)= 11B/mm = 92位 / mm (向下取整) (3)磁盘数据传输率= 12 288B × 3000转/分=12 288B × 50转/秒=614 400B/s (4)平均等待时间 = 1s/50 / 2 = 10ms

第5章 输入输出系统

1. I/O有哪些编址方式?各有何特点?

解:常用的I/O编址方式有两种: I/O与内存统一编址和I/O独立编址。

特点:I/O与内存统一编址方式的I/O地址采用与主存单元地址完全一样的格式,I/O设备和主存占用同一个地址空间,CPU可像访问主存一样访问I/O设备,不需要安排专门的I/O指令。

I/O独立编址方式时机器为I/O设备专门安排一套完全不同于主存地址格式的地址编码,此时I/O地址与主存地址是两个独立的空间,CPU需要通过专门的I/O指令来访问I/O地址空间。

2. 简要说明CPU与I/O之间传递信息可采用哪几种联络方式?它们分别用于什么场合? 答: CPU与I/O之间传递信息常采用三种联络方式:直接控制(立即响应)、 同步、异步。 适用场合分别为: 直接控制适用于结构极简单、速度极慢的I/O设备,CPU直接控制外设处于某种状态而无须联络信号。

同步方式采用统一的时标进行联络,适用于CPU与I/O速度差不大,近距离传送的场合。

异步方式采用应答机制进行联络,适用于CPU与I/O速度差较大、远距离传送的场合。

6. 字符显示器的接口电路中配有缓冲存储器和只读存储器,各有何作用? 解:显示缓冲存储器的作用是支持屏幕扫描时的反复刷新;只读存储器作为字符发生器使用,他起着将字符的ASCII码转换为字形点阵信息的作用。

8. 某计算机的I/O设备采用异步串行传送方式传送字符信息。字符信息的格式为1位起始位、7位数据位、1位校验位和1位停止位。若要求每秒钟传送480个字符,那么该设备的数据传送速率为多少? 解:480×10=4800位/秒=4800波特

波特——是数据传送速率波特率的单位。

10. 什么是I/O接口,与端口有何区别?为什么要设置I/O接口?I/O接口如何分类?

解:I/O接口一般指CPU和I/O设备间的连接部件,而端口是指I/O接口内CPU能够访问的寄存器,端口加上相应的控制逻辑即构成I/O接口。

I/O接口分类方法很多,主要有:

(1)按数据传送方式分有并行接口和串行接口两种;

(2)按数据传送的控制方式分有程序控制接口、程序中断接口、DMA接口三种。

12. 结合程序查询方式的接口电路,说明其工作过程。 解:程序查询接口工作过程如下(以输入为例):

1)CPU发I/O地址设备开始工作;地址总线?接口?设备选择器译码?选