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23. 设CPU共有16根地址线,8根数据线,并用控制信号(高电平为访存,低电平为访I/O),
作为访问存储器或I/O的(低电平有效)为写命令,
(低电平有效)为读命令。设计一个容量为64KB的采用低位交叉编址的8体并
行结构存储器。现有下图所示的存储器芯片和138译码器。
画出CPU和存储器芯片(芯片容量自定)的连接图,并写出图中每个存储芯片的地址范围(用十六进制数表示)。
解:8体低位交叉并行存储器的每个存储体容量为64KB/8=8KB,因此应选择8KBRAM芯片,芯片地址线12根(A0-A12),数据线8根(D0-D7),用138译码器进行存储体的选择。图略
24. 一个4体低位交叉的存储器,假设存储周期为T,CPU每隔1/4存取周期启动一个存储体,试问依次访问64个字需多少个存取周期?
解:4体低位交叉的存储器的总线传输周期为τ,τ=T/4,依次访问64个字所需时间为:
t=T+(64-1) τ=T+63T/4=16.75T
25. 什么是“程序访问的局部性”?存储系统中哪一级采用了程序访问的局部性原理?
答:程序运行的局部性原理指:在一小段时间内,最近被访问过的程序和数据很可能再次被访问;在空间上,这些被访问的程序和数据往往集中在一小片存储区;在访问顺序上,指令顺序执行比转移执行的可能性大 (大约 5:1 )。存储系统中Cache-主存层次和主存-辅存层次均采用了程序访问的局部性原理。
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26. 计算机中设置Cache的作用是什么?能否将Cache的容量扩大,最后取代主存,为什么?
答:计算机中设置Cache的作用是解决CPU和主存速度不匹配问题。
不能将Cache的容量扩大取代主存,原因是:(1)Cache容量越大成本越高,难以满足人们追求低价格的要求;(2)如果取消主存,当CPU访问Cache失败时,需要将辅存的内容调入Cache再由CPU访问,造成CPU等待时间太长,损失更大。
27. Cache做在CPU芯片内有什么好处?将指令Cache和数据Cache分开又有什么好处?
答:Cache做在CPU芯片内主要有下面几个好处:
(1)可提高外部总线的利用率。因为Cache在CPU芯片内,CPU访问Cache时不必占用外部总线。
(2)Cache不占用外部总线就意味着外部总线可更多地支持I/O设备与主存的信息传输,增强了系统的整体效率。
(3)可提高存取速度。因为Cache与CPU之间的数据通路大大缩短,故存取速度得以提高。
将指令Cache和数据Cache分开有如下好处:
1)可支持超前控制和流水线控制,有利于这类控制方式下指令预取操作的完成。 2)指令Cache可用ROM实现,以提高指令存取的可靠性。
3)数据Cache对不同数据类型的支持更为灵活,既可支持整数(例32位),也可支持浮点数据(如64位)。 补充:
Cache结构改进的第三个措施是分级实现,如二级缓存结构,即在片内Cache(L1)和主存之间再设一个片外Cache(L2),片外缓存既可以弥补片内缓存容量不够大的缺点,又可在主存与片内缓存间起到平滑速度差的作用,加速片内缓存的调入调出速度。
28. 设主存容量为256K字,Cache容量为2K字,块长为4。 (1)设计Cache地址格式,Cache中可装入多少块数据?
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(2)在直接映射方式下,设计主存地址格式。 (3)在四路组相联映