6. 设某流水线计算机有一个指令和数据合一的cache，已知cache的读写时间为10ns，主

存的读写时间为100ns，取指的命中率为98%，取数据的命中率为95%，在执行程序时，有1/5的指令需要存取一个操作数。为简化起见，假设指令流水线在任何时候都不阻塞。问设置cache后，与无cache比较，计算机的运算速度可提高多少倍？ 解答： Ta = Tc*h+Tm*(1-h) Ta指= 10*0.98+100*0.02 = 11.8 Ta数= 10*0.95+100*0.05 = 14.5 Ta = 11.8*1+14.5*0.2 = 14.7 (100*6/5)/14.7 = 8

8-1 = 7 所以，提高7倍。

7. 设有一个Cache的容量为2K字，每块16字，在直接映象方式下，求:

(1) 该Cache可容纳多少个块?

(2) 如果主存的容量为256K字,则有多少个块? (3) 主存的地址格式? Cache的地址格式?

(4) 主存中的第032AB单元映象到Cache中哪一块? 解：(1) Cache可容纳的块数为:2K/16=27=128(块)

(2) 主存的可容纳的块数为: 256K/16=214(块) (3) 主存地址格式为:

区号(7位) 区内块号(7位) Cache地址格式为:

块内地址(4位)

区内块号(7位) 块内地址(4位)

(4) 主存中的032ABH单元:

032ABH=(0000 0011 0010 1010 1011)2

6区 42块 11字

8. 在一个采用组相联映射方式的Cache系统中，主存和Cache均按字节编址，按字访问，

字长为64位。Cache的容量为256KB，主存的容量为64MB。Cache的每一组有8块，每块有8个字。要求采用按地址访问方式构成相联目录表，实现主存地址到Cache地址的变换，并采用8个相等比较电路。

(1) 给出主存和Cache的地址格式，并标出各字段长度.

(2) 计算相联目录表的个数。

解：相联目录表的地址个数是29＝512个

(2) 设计每个相联目录表所存内容的格式，并标出每一个字段的长度。

(4) 计算每个比较电路的位数。 解：每个比较电路的位数是11位。

(5) Cache地址的哪些字段可从主存地址直接得到？哪些字段必须从相联目录表得到？ 解：Cache地址组号g字段和块内地址w可从主存地址直接得到，组内块号b字段必须从相联目录表得到。

9. 一个程序共有5个页面组成，在程序执行过程中，页面地址流如下，P1、 P2、 P1、 P5、

P5、 P1、 P3、 P4、 P3、 P4，假设在程序执行过程中分配给这个程序的主存储器只有3个页面。

（1）给出用FIFO、LRU、OPT三种页面替换算法对这3个主存的调度情况表，并统计页面命中次数。

（2）计算LRU页面替换算法的页面命中率。

10. 已知某8位机的主存采用半导体存贮器，地址码为18位，若使用4K×4位RAM芯片

组成该机所允许的最大主存空间，并选用模块条的形式，问： （1）若每个模块为32K×8位，共需几个模块条？ （2）每个模块内共有多少片RAM芯片？ （3）主存共需多少RAM芯片？

18

解：（1）由于主存地址码给定18位，所以最大存储空间为2 = 256K，主存的最大容量为256KB。现每个模块条的存储容量为32KB，所以主存共需256KB / 32KB = 8个模块条。 （2）每个模块条的存储容量为32KB，现使用4K×4位的RAM芯片拼成4K×8位（共8组），用地址码的低12（A0——A11）直接接到芯片地址输入端，然后用地址的高3位（A14——A12）通过3 ：8译码器输出分别接到8组芯片的选片端。共有8×2 = 16个RAM芯片。 （3）据前面所得，共需8个模块条，每个模条上有16片芯片，故主存共需8×16 =128片RAM芯片。

11. 已知某16位机的主存采用半导体存贮器，地址码为18位，若使用8K×8位SRAM芯

片组成该机所允许的最大主存空间，并选用模块条结构形式。问： （1）若每个模块条为32K×16位，共需几个模块条? （2）每个模块内共有多少片RAM芯片? （3）主存共需多少RAM芯片？ 解： （1）由于主存地址码给定18位，所以最大空间为218=256K，主存的最大容量为256K*16位。现在每个模块条的存贮容量为32K×16位，所以主存共需256K/32K=8块模块条。

（2）每个模块板的存贮容量为32K×16位，现用8K×8位的SRAM 芯片。每块模块条采用位扩展与字扩展相结合的方式：即用2片SRAM芯片拼成8K×16位（共4组），用地址码的低13位（A0 ~ A12）直接接到芯片地址输入端，然后用地址码的高2位（A13 ~ A14）通过 2：4 译码器输出分别接到4组芯片的片选端。共 4×2=8个SRAM

（3）根据前面所得，共虚8个模块条，每个模块条上有8片芯片，故主存共需8×8=64片芯片（SRAM）。

12. 用16K × 1位的DRAM芯片构成64K × 8位的存贮器。要求：

（1）画出该寄存器组成的逻辑框图。

（2）设存贮器读 / 写周期均为0.5μs，CPU在1μs内至少要访存一次。试问采用哪种刷

新方式比较合理？两次刷新的最大时间间隔是多少？对全部存贮单元刷新一遍，所需实际刷新时间是多少？ 解：（1）根据题意，存贮器总量为64KB，故地址线总需16位。现使用16K×1位的动态RAM芯片，共需32片。芯片本身地址线占14位，2位经过译码形成4个片选逻辑。所以采用位扩展与字扩展结合的方法来组成整个存贮器，其组成逻辑框图如图10-1，其中使用一片2 ：4译码器。

图 10-1

（2）根据已知条件，CPU在1μs内至少需要访存一次，所以整个存贮器的平均读/ 写周期

与单个存贮器片的读 / 写周期相差不多，应采用异步刷新比较合理。

对动态MOS存贮器来讲，两次刷新的最大时间间隔是2ms。RAM芯片读/ 写周期为0.5μs，假设16K ×1位的RAM芯片由128 × 128矩阵存贮元构成，刷新时只对128行进行异步方式刷新，则刷新间隔为2m / 128 = 15.6μs，可取刷新信号周期15μs。

13. 设CPU共有16根地址线，8根数据线，并用MREQ作访存控制信号（低电平有效），

用R/W作读写控制信号（高电平为读，低电平为写），现有下列芯片及各种门电路（自定），如图。画出CPU与存储器的连接图。要求： （1）存储芯片地址空间分配

Ak Ao 为：最大4K空间为系统程序区，Am A0 相邻的4K为系统程序工作区，最小16K为用户程序区；

Cs ROM Cs RAM （2）指出选用的存储芯片类

RD 型及数量； WE （3）详细画出片选逻辑。 解：（1）存储芯片地址空间分配：

Dn Do Dn Do ? 最大4K空间为系统程序区;

2K×8位 ? 相邻的4K为系统程序工作区; 1K×4位 8K×8位 ? 最小16K为用户程序区； 2K×8位 32K×8位 8K×8位 0 空闲（RAM(16K) 40K） 16K×1位 74LS138 4K×4位

RAM(4K)

16

2=64k ROM(4K)