计算机组成原理复习题

1．已知某64位机主存采用半导体储存器，其地址码为26位，若使用4M*8位的DRAM芯片组成该机所允许的最大贮存空间，并选用内存条结构形式，问：（1）若每个内存条为16M*64位，共需几个内存条？（2）每个内存条内共有多少个DRAM芯片？（3）主存共需多少个DRAM芯片？CPU如何选择各内存条？

2.用16K*8位的DRAM芯片构成64K*32位存储器，要求：（1）画出改储存器的组成逻辑图。（2）设储存器读/写周期为0.5us，CPU在1us内至少要访问一次。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？对全部储存单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少？

3.有一个1024K*32位的储存器，由128K*8位的DRAM芯片构成。问：（1）总共需要多少DRAM芯片？（2）设计此存储体组成框图。（3）采用异步刷新方式，如单元刷新间隔不超过8ms，则刷新信号周期是多少？

4.设储存器容量为64M，字长为64，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t=50ns。求：顺序存储器和交叉存储器的带宽各是多少？

解：顺序存储器和交叉存储器连续读出m = 8个字的信息总量都是：

q = 64位*8 = 512位

顺序存储器和交叉存储器连续读出8个字所需的时间分别是：

t1 = mT = 8*100ns = 8*10s

-7

t2?T?(m?1)??100ns?7*50ns?450ns?4.5*10?7ns

顺序存储器和交叉存储器的带宽分别是：

W1?q/t1?512?(8*10?7)?64?107[位/s] W2?q/t2?512?(4.5*10?7)?113.8?107[位/s]

5.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存取周期为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。

解：cache的命中率

H?Nc2420??0.968

Nc?Nm2420?80r?Tm240??6 Tc40 cache/主存系统效率e为

e?11*100%?*100%?86.2%

r?(1?r)H6?(1?6)*0.968 平均访问时间Ta为

Ta?Tc40ns??46.4ns e0.862ns6.已知cache主存周期为40ns，主存存储周期为200ns，cache/主存系统平均访问时间为50ns，求cache的命中率?

解： ∵ ta = tc× h +tr×(1-h)

∴ h =(ta-tr)/(tc-tr)=(50-200)/(40-200)=15/16=0.94 7.指令格式结构如下图所示，试分析格式及寻址方式特点。

15 10 7 4 3 0

OP _ 目标寄存器 源寄存器

8. 指令格式结构如下图所示，试分析格式及寻址方式特点。

解：指令格式及寻址方式特点如下： ① 双字长二地址指令； ② 操作码OP可指定

=64条指令；

③ RS型指令，两个操作数一个在寄存器中（16个寄存器之一），另一个在存储器中； ④ 有效地址通过变址求得：E=（变址寄存器）± D，变址寄存器可有16个。 9. 指令格式结构如下图所示，试分析格式及寻址方式特点。

10．一种单地址指令格式如

下所示，其中I为间接特征，X为寻址模式，D为形式地址。I，X，D组成该指令的操作数有效地址E。设R为变址寄存器，R1 为基值寄存器，PC为程序计数器，请在下表中第一列位置填入适当的寻址方式名称。

解： ① 直接寻址 ② 相对寻址 ③ 变址寻址 ④ 基址寻址 ⑤ 间接寻址 ⑥ 基址间址寻址

11.某机字长为32位，主存容量为1KB，单字长指令，有50种操作码，采用寄存器寻址、寄存器间接寻址、立即、直接等寻址方式。CPU中有PC、IR、AR、DR和16个通用寄存器。问：（1）指令格式如何安排？（2）能否增加其他寻址方式？.

解：(1)50种操作码占6位，3种寻址方式占2位

OP（6） X（2） D（24） X = 00 页面寻址方式 E = PCH-D X = 01 立即寻址方式 X = 10 直接寻址方式 E = D (2)PC高8位形成主存256个页面，每页

1M?4K个单元 256(3)寻址模式X = 11尚未使用，故可增加一种寻址方式。由于CPU中给定的寄存器中尚可使用PC，故可增加相对寻址方式，其有效地址E = PC+D，如不用相对寻址，还可使用间接寻址，此时有效地址E = （D）。当位移量变成23位时，寻址模式变成3位，可有更多的寻址方式。 12.根据操作数所在位置，指出其寻址方式。 （1）操作数在寄存器中，为（A）寻址方式 （2）操作数地址在寄存器中，为（B）寻址方式 （3）操作数在指令中，为（C）寻址方式

（4）操作数地址（主存）在指令中，为（D）寻址方式

（5）操作数的地址，为某一寄存器内容与位移量之和，可以是（E,F,G）寻址方式

13. 参见下图（）的数据通路。画出存数指令\，(R2)\的指令周期

流程图，其含义是将寄存器R1的内容传送至（R2）为地址的主存单元中。标出各微操作信 号序列。

解：\，(R2)\指令是一条存数指令，其指令周期流程图如下图所示：

14. 某计算机有如下部件ALU 移位器，主存M，主存数据寄存器MDR，主存地址寄存器MAR，指令寄存器IR，通用寄存器R0---R3，暂存器C和D，

（1）请将各逻辑部件组成一个数据通路，并标明数据流动方向。 （2）画出“ADD ，R1 ，R2”指令的指令周期流程图

(1)将C，D两个暂存器直接接到ALU的A，B两个输入端上。与此同时，除C，D外，其余7个寄存器都双

向接到单总线上。

移位器IR+1R0R1MDRALUABPC+1MR2R3MARCD 取指M->MDR->IR,PC+1

测试R1->MDR取源操作数M->MDR->CR2->MDR取目的操作数M->MDR->D加存回修改送回继指令地址

C+D->MDRMDR->M,R2->DD+1->R2PC->MAR

15. 某机有8条微指令I1-I8，每条微指令所包含的微命令控制信号如下表所示。

a-j分别对应10种不同性质的微命令信号。假设一条微指令的控制字段为8位，请安排微指 令的控制字段格式。

解：经分析，（e ,f ,h）和（b, i, j）可分别组成两个小组或两个字段，然后进行译码，可得六个 微命令信号，剩下的a, c, d, g 四个微命令信号可进行直接控制，其整个控制字段组成如下：

16. 某磁盘存贮器转速为3000转 / 分，共有4个记录面，每毫米5道，每道记录信息为12288字节，最小磁道直径为230mm，共有275道。问： （1） 磁盘存贮器的容量是多少？ （2） 最高位密度与最低位密度是多少？ （3） 磁盘数据传输率是多少？ （4） 平均等待时间是多少？ （5） 给出一个磁盘地址格式方案。 解：

（1） 每道记录信息容量 = 12288字节 每个记录面信息容量 = 275×12288字节 共有4个记录面，所以磁盘存储器总容量为 ： 4 ×275×12288字节 = 13516800字节

（2） 最高位密度D1按最小磁道半径R1计算（R1 = 115mm）： D1 = 12288字节 / 2πR1 = 17字节 / mm 最低位密度D2按最大磁道半径R2计算：

R2 = R1 + （275 ÷ 5） = 115 + 55 = 170mm D2 = 12288字节 / 2πR2 = 11.5 字节 / mm （3） 磁盘传输率 C = r · N r = 3000 / 60 = 50 周 / 秒 N = 12288字节（信道信息容量）

C = r · N = 50 × 12288 = 614400字节 / 秒 （4）平均等待时间 = 1/2r = 1 / (2×50) = 10毫秒

（5）磁盘存贮器假定只有一台，所以可不考虑台号地址。有4个记录面，每个记录面有275个磁 道。假定每个扇区记录1024个字节，则需要12288 ÷1024字节 = 12个扇区。由此可得如 下地址格式：

17. 已知某磁盘存储器转速为2400转/分，每个记录面道数为200道，平均找道时间为60ms，每道存储容量为96kb，求磁盘的存储时间与数据传输率。

存取时间?平均查找时间?平均等待时间 160?60?**1000?72.5ms22400Dr?96*

2400?480KB/s 60

16. 某磁盘存贮器转速为3000转 / 分，共有4个记录面，每毫米5道，每道记录信息为12288字节，最小磁道直径为230mm，共有275道。问： （1） 磁盘存贮器的容量是多少？ （2） 最高位密度与最低位密度是多少？ （3） 磁盘数据传输率是多少？ （4） 平均等待时间是多少？ （5） 给出一个磁盘地址格式方案。 解：

（1） 每道记录信息容量 = 12288字节 每个记录面信息容量 = 275×12288字节 共有4个记录面，所以磁盘存储器总容量为 ： 4 ×275×12288字节 = 13516800字节

（2） 最高位密度D1按最小磁道半径R1计算（R1 = 115mm）： D1 = 12288字节 / 2πR1 = 17字节 / mm 最低位密度D2按最大磁道半径R2计算：

R2 = R1 + （275 ÷ 5） = 115 + 55 = 170mm D2 = 12288字节 / 2πR2 = 11.5 字节 / mm （3） 磁盘传输率 C = r · N r = 3000 / 60 = 50 周 / 秒 N = 12288字节（信道信息容量）

C = r · N = 50 × 12288 = 614400字节 / 秒 （4）平均等待时间 = 1/2r = 1 / (2×50) = 10毫秒

（5）磁盘存贮器假定只有一台，所以可不考虑台号地址。有4个记录面，每个记录面有275个磁 道。假定每个扇区记录1024个字节，则需要12288 ÷1024字节 = 12个扇区。由此可得如 下地址格式：

17. 已知某磁盘存储器转速为2400转/分，每个记录面道数为200道，平均找道时间为60ms，每道存储容量为96kb，求磁盘的存储时间与数据传输率。

存取时间?平均查找时间?平均等待时间 160?60?**1000?72.5ms22400Dr?96*

2400?480KB/s 60

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