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1、第4章 习题解答,3.存储器的层次结构主要体现在哪？为什么要分这些层次？计算机如何管理这些层次？缓存-主存，主存-辅存这两个层次；缓存-主存解决速度问题；主存-辅存解决容量问题；主存与CACHE之间的信息流动由硬件自动完成；主存与辅存层次的调度目前广泛采用虚拟存储技术实现，即将主存与辅存的一部分通过软硬结合的技术组成虚拟存储器，程序员可使用比主存实际物理地址空间大得多的虚拟地址空间编程，当程序运行时，再由软、硬件自动配合完成虚拟地址空间与主存实际物理空间的转换。这两个层次上的调度或转换操作对于程序员来说是透明的。,4.说明存取周期和存取时间的区别。存取时间仅为完成一次操作的时间，而存取周期不仅
2、包含操作时间，还包含操作后线路的恢复时间。存取周期=存取时间+恢复时间,6.某机字长为32位，存储容量是64KB，按字编址它的寻址范围是多少？若主存以字节编址，试画出主存字地址和字节地址的分配情况。字长32位 32/8=4B 4字节 容量为64KB时按字节编址，其寻址范围就是64K；按字编址，其寻址范围为：64KB/4B=16K,字节地址,字地址,7.一个容量为16K32位的存储器，其地址线和数据线的总和是多少？当选用下列不同规格的存储芯片时，各需要多少片？1K4位，2K8位，4K4位，16K1位，4K8位，8K8位。地址线 16K=21414根数据线 32位32根 总和14+32=46根 选
3、择不同的芯片时，各需要的片数为：1K4：（16K32）/（1K4）=168=128片2K8：（16K32）/（2K8）=84=32片4K4位：32；16K1：32片；4K8：16片；8K8：=8片,11.一个8K8位的动态RAM芯片，其内部结构排列成256256形式，存取周期为0.1s。试问采用集中刷新、分散刷新和异步刷新三种方式的刷新间隔各为多少？采用集中刷新方式刷新间隔为:2ms，其中刷新死时间为：2560.1s=25.6s；采用分散刷新方式刷新间隔为：256（0.1s+0.1s）=51.2s，无死时间；采用异步刷新方式刷新间隔为:2ms，死时间0.1s；,12.画出用10244位的存储芯
4、片组成一个容量为64K8位的存储器逻辑框图。要求将64K分成4个页面，每个页面分16组，指出共需多少片存储芯片。总片数=(64K8位)/(1K4位)=642=128确定各级的容量：页面容量=总容量/页面数=64K8/4=16K8位组容量=页面容量/组数=16K8位/16=1K8位组内片数=组容量/片容量=1K8位/1K4位=2地址分配：,存储器逻辑框图：（字扩展）,16K8（页面0）,16K8（页面1）,16K8（页面2）,16K8（页面3）,页面译码器2:4,A14A15,CE0,CE1,CE2,CE3,A130 WE D70,页面逻辑框图：（字扩展）,1K8（组0）,1K 8（组1）,1K
5、8（组2）,1K8（组15）,组译码器4:16,CS0,CS1,CS2,CS15,A90 WE D70,A10A11A12A13,CEi,16K8,G,组逻辑图如下：（位扩展）,13.设有一个64K8位的RAM芯片，试问该芯片共有多少个基本单元电路？欲设计一种具有上述同样多存储基元的芯片，要求对芯片字长的选择应满足地址线和数据线的总和为最小，试确定这种芯片的地址线和数据线，并说明有几种解答。存储基元总数=64K8位=512K位=219位；设地址线根数为a，数据线根数为b，片容量为：2ab=219；b=19a；若a=19，b=1，总和 19+1=20；a=18，b=2，总和 18+2=20；a=
6、17，b=4，总和 17+4=21；这种芯片的引脚分配方案有两种：地址线=19根，数据线=1根；或地址线=18根，数据线=2根。,14.某8位微型机地址码为18位，若使用4K4位的RAM芯片组成模块板结构的存储器，试问：（1）该机所允许的最大主存空间是多少？（2）若每个模块板为32K8位，共需几个模块板？（3）每个模块板内共有几片RAM芯片？（4）共有多少片RAM？（5）CPU如何选择各模块板？最大主存空间是：218 8位=256K8位=256KB模块板总数=256K8/32K8=8块板内片数=32K8位/4K4位=82=16片总片数=16片8=128片CPU通过最高3位地址译码输出选择模板，
7、次高3位地址译码输出选择芯片,低12位为片内地址。,15.设CPU共有16根地址线，8根数据线，并用（低电平有效）作访存控制信号，作读写命令信号（高电平为读，低电平为写）。现有下列存储芯片：ROM（2K8位，4K4位，8K8位），RAM（1K4位，2K8位，4K8位），及74138译码器和其他门电路（门电路自定）。从上述规格中选用合适芯片，画出CPU和存储芯片的连接图。要求：（1）最小4K地址为系统程序区，409616383地址范围为用户程序区；（2）指出选用的存储芯片类型及数量；（3）详细画出片选逻辑。,地址空间分配系统程序区（ROM共4KB）：0000H-0FFFH用户程序区（RAM共12
8、KB）：1000H-3FFFH确定芯片的数量及类型ROM：选择4K4位芯片2片，位并联RAM：选择4K8位芯片3片，字串联RAM1地址范围为:1000H-1FFFHRAM2地址范围为:2000H-2FFFHRAM3地址范围为:3000H-3FFFH分配地址线A0A11 对应片内地址A12A14 片选信号A15 对应G2A，G2BMREQ对应G1,ROM,1,RAM,1,RAM,2,RAM,3,74138,ROM,2,A,B,C,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,+5V,17.写出1100、1101、1110、1111对应的汉明码,前两位按偶校验，后两位
9、奇校验。有效信息均为n=4位，假设有效信息用b4b3b2b1表示校验位位数k=3位，（2k=n+k+1），为c1、c2、c4汉明码共4+3=7位，即：c1 c2 b4 c4 b3 b2 b1奇校验c1=357=b4b3b1c2=367=b4b2b1c4=567=b3b2b1当有效信息为1100时，c1c2c4=100,汉明码为1010100。当有效信息为1101时，c1c2c4=011,汉明码为0111101。偶校验c1=357=b4b3b1c2=367=b4b2b1c4=567=b3b2b1当有效信息为1110时，c1c2c4=000,汉明码为0010110。当有效信息为1111时，c1c2
10、c4=111,汉明码为1111111。,偶校验c1=357=b4b3b1c2=367=b4b2b1c4=567=b3b2b1当有效信息为1100时，c1c2c4=011,汉明码为0111100。当有效信息为1101时，c1c2c4=100,汉明码为1010101。奇校验c1=357=b4b3b1c2=367=b4b2b1c4=567=b3b2b1当有效信息为1110时，c1c2c4=111,汉明码为1111110。当有效信息为1111时，c1c2c4=000,汉明码为0010111。,18.已知收到的汉明码（按配偶原则配置）为1100100、1100111、1100000、1100001，检查
11、上述代码是否出错？第几位出错？汉明码格式为：c1 c2 b4 c4 b3 b2 b1P1=1357=c1b4b3b1P2=2367=c2b4b2b1P4=4567=c4b3b2b1如果收到的汉明码为1100100p1p2p4=011，第6位（b2）出错，有效信息为：0110如果收到的汉明码为1100111p1p2p4=111，第7位（b1）出错，有效信息为：0110如果收到的汉明码为1100000p1p2p4=110，第3位（b4）出错，有效信息为：1000如果收到的汉明码为1100001p1p2p4=001，第4位（c4）出错，数据没错，有效信息为：0001,22.某机字长16位，常规的存储
12、空间为64K字，若想不改用其他高速的存储芯片，而使访存速度提高到8倍，可采取什么措施？画图说明。采取八体交叉存取技术。,24.一个4体低位交叉的存储器，假设存取周期为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？64/4+(4-1)/4=16.751+(64-1)/4=16.75,25.什么是“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？程序的局部性原理，即程序在一定的时间段内通常只访问较小的地址空间,包含两种局部性：时间：最近被访问过的程序和数据很可能再次被访问空间：CPU很可能访问最近被访问过的地址单元附近的地址单元。存储系统中Cac
13、he主存层次采用了程序访问的局部性原理。,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？2）在直接映射方式下，设计主存地址格式。3）在四路组相联方式下，设计主存地址格式。4）在全相联映射方式下，设计主存地址格式。5）若存储字长为32位，存储器按字节寻址，写出上述三种映射方式下主存的地址格式。,按字寻址主存容量256K字=218字地址线18位Cache容量 2K字=211字地址线11位块长为4 主存块数 256K/4=64K 地址线16位Cache块数 2K/4=512 地址线9位Cache块数为512块，格式直接映射下
14、主存地址格式,在四路组相联方式下组内块数为4 地址线2位组数 512/4=128 地址线7位全相联,5）若存储字长为32位，存储器按字节寻址，写出上述三种映射方式下主存的地址格式。块容量432/8=16B 地址4位直接映射下主存地址格式在四路组相联全相联,4.32、某主机主存容量为4MB，Cache容量为16KB，每字块有8个字，每个字32位，设计一个四路组组相联映射的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
15、倍，试问有Cache和无Cache相比，速度约提高多少倍？,解：1）字块长度：Cache块数：四路组组：Cache组数：主存容量：主存字块标记：,832/8=32=25B,地址5位,16KB/25B=29,地址9位,2r=4,r=2,29B/22B=27,地址7位,4MB=222B,地址22位,22-7-5=10位,2）Cache初态为空 读第0号单元时，没有命中，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，接着读1-7号单元时均命中；同理读第8、16、24、。、88号单元时均未命中，可见CPU在连续读90个字时有12个未命中；而后7次循环读90个字均命中，命中率为：
16、,3）设主存存取周期为6t，Cache周期为t；没有Cache的访问时间：6t720 有Cache的访问时间：6t12+t(720-12)速度提高倍数：,39.某磁盘存储器转速3000转/分，共有4个记录盘面，每毫米5道，每道记录信息12288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 nks=427512288=13,516,800B 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。,41.设有效信息为110，试用生成多项式G(x)=11011将其编成循环冗余校验码。解：有效信息 110=M(x)=x2+x1 由生成多项
17、式 11011=G(x)=x4+x3+x+1 得校验码位数 k=5-1=4 将有效信息左移4位后再被G(x)模2除，得 M(x)x4=1100000=x6+x5 M(x)x4/G(x)=1100000/11011=所以 M(x)X4+R(x)=1100000+1100=1101100 为CRC码,100+1100/11011,由生成多项式的位数决定,42.有一个(7,4)码，生成多项式G(x)=x3+x+1,写出代码1001的循环冗余校验码。解：有效信息 1001=M(x)=x3+1 由生成多项式 G(x)=x3+x+1 得校验码位数 k=4-1=3 将有效信息左移3位后再被G(x)模2除，得 M(x)x3=1001000=x6+x3 M(x)x3/G(x)=1001000/1011=所以 M(x)X3+R(x)=1001000+110=1001110 为CRC码,1010+110/1011,
