计算机组成原理复习例题
更新时间:2024-01-05 08:51:01 阅读量: 教育文库 文档下载
《计算机组成原理》例题
《计算机组成原理》例题
安康学院 成典勤
第三章 系统总线
例1.假设总线的时钟频率为33MHz,且一个总线时针周期为一个总线传输周期。若在一个总线传输周期可并行传送4个字节的数据,求该总线的带宽,并分析哪些因素影响总线的带宽。 解:总线的带宽是指单位时间内总线上可传输的数据位数,通常用每秒传送信息的字节数来衡量,单位可用MBps(兆字节每秒)表示。
由时针频率f=33MHz,可得时钟周期T=1/f,根据题目假设的条件,一个总线传输周期为一个时钟周期,且在一个总线传输周期传输4个字节数据,故总线带宽为
4B/T?4B?f?4B?33?106Hz?132MBps(1M?220) 影响总线带宽的因素有:总线宽度、传输距离、总线发送和接收电路工作频率的限制以及数据传输形式等。
例2.在一个16位的总线系统中,若时针频率为100MHz,总线传输周期为5个时钟周期,每一个总线传输周期可传送一个字,试计算总线的数据传输率。 解:
根据时钟频率为100MHz,得一个时钟周期为1/(100MHz)?0.01?s 数据传输率为16b/0.05?s?320?106bps?40?106Bps
第四章 存储器
例3.设CPU共有16根地址线和8根数据线,并用MREQ作为访存控制信号,WR作为读/写命令信号(高电平读,低电平写)。设计一个容量为32KB、地址范围为0000H~7FFFH且采用低位交叉编址的四体并行存储器。要求: (1)采用下图所列芯片,详细画出CPU和存储芯片的连接图。 (2)指出图中每个存储芯片的容量及地址范围(用十六进制表示)。
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解:32KB四体结构的存储器可由4片8K?8位存储芯片组成,由于采用低位交叉编址,因此需用末两位地址A1、A0控制片选信号,用13根地址线A14~A2与存储芯片的地址线相连。满足地址范围为0000H~7FFFH的存储器与CPU的连接如图所示,图中各片存储芯片的地址范围是: 第0片 0,4,…,7FFCH; 第1片 1,5,…,7FFDH; 第2片 2,6,…,7FFEH; 第3片 3,7,…,7FFFH;
例4.用一个512K?8位的闪存存储芯片组成一个4M?32位的半导体只读存储器。试回答:
(1)该存储器的数据线数是多少? (2)该存储器的地址线数是多少? (3)共需几片这种存储芯片?
(4)说明每根地址线的作用。 解:
(1)对于4M?32位的存储器,数据线为32位。 (2)对于4M?32的的存储器,按字寻址的范围是222,按字节寻址的范围是224,故该存储器的地址线为24位A23~A0
(3)4片512K?8位的闪存可组成512K?32位的存储器,4M?32位的存储器共需32片512K?8位的闪存。
(4)CPU的24根地址线中,最低2位地址A1A0为字节地址,A20~A2这19根
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地址线与闪存的地址线相连,最高3位地址A23A22A21可通过3线---8线译码器形成片选信号。每一个片选信号同时选中4片闪存,以满足32位的数据线要求。
例5.定量分析n体低位交叉存储器连续读取n个字所需的时间。 解:
连续读取n个字所需的时间为T?(n?1)?,如下图所示
例6.设有8个模块组成的八体存储器结构,每个模块的存取周期为400ns,存储字长为32位。数据总线宽度为32位,总线传输周期为50ns,试求顺序存储(高位交叉)和交叉存储(低位交叉)的存储器带宽。 解:
八体存储器连续读出8个字的信息量为32b?8?256b
顺序存储存储器连续读出8个字的时间是400ns?8?3200ns?32?10?7s 交叉存储存储器连续读出8个字的时间是
400ns?(8?1)?50ns?750ns?7.5?10?7s
高位交叉存储器的带宽是256/(32?10?7)bps?8?107bps 低位交叉存储器的带宽是256/(7.5?10?7)bps?34?107bps
例7.假设CPU执行某段程序时,共访问缓存命中3800次,访问主存200次,已知缓存存取周期为50ns,主存存取周期为250ns。求缓存---主存系统的效率和平均访问时间。 解:
(1)缓存的命中率为3800/(3800?200)?0.95
(2)由题可知,访问主存的时间是访问缓存时间的5倍(250/50=5)
设访问缓存的时间为t,访问主存的时间为5t,缓存---主存系统的效率为e,则
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《计算机组成原理》例题
e?访问缓存的时间t1?100%??100%??100%?83.3%
平均访存时间0.95?t?(1?0.95)?5t1.2(3)平均访问时间?50ns?0.95?250ns?(1?0.95)?60ns
例8.设某机主存容量为16MB,缓存的容量为16KB。每字块有8个字,每个字32位。设计一个四路组相联映射(即缓存每组内共有4个字块)的缓存组织,要求:
(1)画出主存地址字段中各段的位数。
(2)设缓存初态为空,CPU依次从主存第0、1、2、…、99号单元读出100个字(主存一次读出一个字),并重复此次序读8次,问命中率是多少?
(3)若缓存的速度是主存速度的6倍,试问有缓存和无缓存相比,速度提高多少倍? 解:(1)根据每个字块有8个字,每个字32位,得出主存地址字段中字块内地址字段为5位。根据缓存容量为16KB?214B,字块大小为25B,得缓存共有29块,故c=9。根据四路组相联映射2r?4,得r?2,则q?c?r?7。
根据主存容量为16MB?224B,得出主存地址字段中主存字块标记位数为24-7-5=12
主存地址字段各段格式如图所示:
(2)由于每个字块中有8个字,而且初态缓存为空,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缓存第0组中的任一块内,接着CPU读1~7号单元时,均命中。同理CPU读第8、16、…、96号单元时均未命中。可见CPU在连续读100个字中共有13次未命中,而后7次循环读100
100?8?13个字全部命中,命中率为?100%?98.375%
100?8(3)根据题意,设主存存取周期为6t,缓存的存取周期为t,没有缓存的访问时间为6t?800,有缓存的访问时间为t(800?13)?6t?13,则有缓存和没有缓存相比,速度提高倍数为
6t?800?1?4.5
t(800?13)?6t?13
例9.一个采用直接映射方式的16KB缓存,假设块长为8个32位的字,试问地址为FDA459H的主存单元在缓存中的什么位置(指出块号和块内地址,均用
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十进制表示)?
解:
根据缓存容量为16KB,得出缓存的地址为14位。由于每字32位,块长为8个字,则缓存的块内地址为5位(高3位为字地址,末2位为字节地址)。 地址为FDA459H的主存单元,其二进制地址为1111 1101 1010 0100 0101 1001,对应缓存第10 0100 010(即十进制170)块中的第6个字的第1字节。
例10.假设缓存的工作速度为主存的5倍,缓存的命中率为90%,试问采用缓存后,存储器的性能提高多少?
解:设主存的存取周期为tm,则缓存的存取周期为tm/5?0.2tm,故平均访存时间为0.2tm?0.90?tm?0.10?0.28tm
采用缓存后,存储器性能为原来的tm/0.28tm?3.57倍,即提高了2.57倍。
例11.已知缓存---主存系统的效率为85%,平均访问时间为60ns,缓存比主存快4倍,求主存的存取周期和缓存的命中率。
解:设缓存---主存系统的效率为e平均访问时间为ta,缓存的取周期为tc,命中
t率为h,主存的存取周期为tm。根据e?c?100%得tc?ta?e?60ns?0.85?51ns
ta由于缓存比主存快4倍,则tm?tc?(4?1)?51ns?5?255ns
根据ta?htc?(1?h)tm,其中ta?60ns,tc?51ns,tm?255ns,得h?95.6%
例12.设CPU共有16根地址线,8根数据线,并用MREQ作为访存控制信号(低电平有效),用WR作为读/写控制信号(高电平读,低电平写)。现有芯片及各种门电路(门电路自定),如下图所示。画出CPU与存储器的连接图,要求:
(1)存储芯片地址空间分配:0~2047为系统程序区;2048~8191为用户程序区。
(2)指出选用的存储芯片类型及数量。
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