1、計算機組成原理例題計算機組成原理例題安康學(xué)院成典勤第三章系統(tǒng)總線例1 假設(shè)總線的時鐘頻率為33MHz，且一個總線時針周期為一個總線傳輸周期。 若在一個總線傳輸周期可并行傳送 4個字節(jié)的數(shù)據(jù)，求該總線的帶寬，并分析哪 些因素影響總線的帶寬。解：總線的帶寬是指單位時間內(nèi)總線上可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)，通常用每秒傳送信息的字節(jié)數(shù)來衡量，單位可用 MBps (兆字節(jié)每秒)表示。由時針頻率f=33MHz，可得時鐘周期T=1/f,根據(jù)題目假設(shè)的條件，一個總 線傳輸周期為一個時鐘周期，且在一個總線傳輸周期傳輸4個字節(jié)數(shù)據(jù)，故總線 帶寬為4B/T =4B f =4B 33 106 Hz : 132MBps(1M =

2、220)影響總線帶寬的因素有：總線寬度、傳輸距離、總線發(fā)送和接收電路工作頻 率的限制以及數(shù)據(jù)傳輸形式等。例2在一個16位的總線系統(tǒng)中，若時針頻率為 100MHz，總線傳輸周期為5 個時鐘周期，每一個總線傳輸周期可傳送一個字，試計算總線的數(shù)據(jù)傳輸率。解：根據(jù)時鐘頻率為100MHz，得一個時鐘周期為1/(100MHz) =0.01s 數(shù)據(jù)傳輸率為 16b/0.05 乓=320 106bps= 40 106 Bps第四章存儲器例3設(shè)CPU共有16根地址線和8根數(shù)據(jù)線，并用MREQ作為訪存控制信號， WR作為讀/寫命令信號(高電平讀，低電平寫)。設(shè)計一個容量為32KB、地址范 圍為0000H7FFFH

3、且采用低位交叉編址的四體并行存儲器。要求：(1) 采用下圖所列芯片，詳細畫出 CPU和存儲芯片的連接圖。(2) 指出圖中每個存儲芯片的容量及地址范圍(用十六進制表示)。解：32KB四體結(jié)構(gòu)的存儲器可由4片8K 8位存儲芯片組成，由于采用低位交 叉編址，因此需用末兩位地址 A1、Ao控制片選信號，用13根地址線A4A2與 存儲芯片的地址線相連。滿足地址范圍為 0000H7FFFH的存儲器與CPU的連 接如圖所示，圖中各片存儲芯片的地址范圍是：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.用一個51

4、2K 8位的閃存存儲芯片組成一個4M 32位的半導(dǎo)體只讀存儲 器。試回答：(1) 該存儲器的數(shù)據(jù)線數(shù)是多少？(2) 該存儲器的地址線數(shù)是多少？(3) 共需幾片這種存儲芯片？(4) 說明每根地址線的作用。解：(1) 對于4M 32位的存儲器，數(shù)據(jù)線為32位。(2) 對于4M 32的的存儲器，按字尋址的范圍是222，按字節(jié)尋址的范圍是224 , 故該存儲器的地址線為24位A23A0(3) 4片512K 8位的閃存可組成512K 32位的存儲器，4M 32位的存儲器 共需32片512K 8位的閃存。(4) CPU的24根地址線中，最低2位地址A1A0為字節(jié)地址，A20A2這19根地址線與閃存的地址線

5、相連，最高3位地址A23A22A21可通過3線-8線譯碼器形 成片選信號。每一個片選信號同時選中4片閃存，以滿足32位的數(shù)據(jù)線要求。例5定量分析n體低位交叉存儲器連續(xù)讀取n個字所需的時間。解：連續(xù)讀取n個字所需的時間為T（n-1）.，如下圖所示字旳11M'二I11%1 11111r時間例6 設(shè)有8個模塊組成的八體存儲器結(jié)構(gòu)，每個模塊的存取周期為 400ns,存 儲字長為32位。數(shù)據(jù)總線寬度為32位，總線傳輸周期為50ns,試求順序存儲（高位交叉）和交叉存儲（低位交叉）的存儲器帶寬。解： 八體存儲器連續(xù)讀出8個字的信息量為32b 8 = 256b順序存儲存儲器連續(xù)讀出交叉存儲存儲器連續(xù)讀

6、出高位交叉存儲器的帶寬是 低位交叉存儲器的帶寬是8 個字的時間是 400 ns 8=3200 ns=32 10s8個字的時間是400ns (8-1) 50ns=750ns =7.5 10 s256 /(32 10”)bps=8 107bps256 /(7.5 10 ”)bps= 34 107bps例7假設(shè)CPU執(zhí)行某段程序時，共訪問緩存命中 3800次，訪問主存200次, 已知緩存存取周期為50ns，主存存取周期為250n&求緩存-主存系統(tǒng)的效率和 平均訪問時間。解：（1）緩存的命中率為 3800/（3800 200） =0.95（2） 由題可知，訪問主存的時間是訪問緩存時間的5倍（2

7、50/50=5）設(shè)訪問緩存的時間為t，訪問主存的時間為5t，緩存-主存系統(tǒng)的效率為e，則訪問緩存的時間平均訪存時間100%100%0.95 t (1-0.95) 5t100% =83.3%1.2(3) 平均訪問時間=50ns 0.95250ns (10.95) = 60ns例8 設(shè)某機主存容量為16MB，緩存的容量為16KB。每字塊有8個字，每個 字32位。設(shè)計一個四路組相聯(lián)映射(即緩存每組內(nèi)共有4個字塊)的緩存組織， 要求：(1) 畫出主存地址字段中各段的位數(shù)。(2) 設(shè)緩存初態(tài)為空，CPU依次從主存第0、1、2、99號單元讀出100個 字(主存一次讀出一個字)，并重復(fù)此次序讀8次，問命中率

8、是多少？(3) 若緩存的速度是主存速度的6倍，試問有緩存和無緩存相比，速度提高多 少倍？解：(1)根據(jù)每個字塊有8個字，每個字32位，得出主存地址字段中字塊內(nèi)地 址字段為5位。根據(jù)緩存容量為16KB =214B，字塊大小為25B，得緩存共有29塊, 故c=9。根據(jù)四路組相聯(lián)映射2r =4，得r=2，則q=c-r = 7。根據(jù)主存容量為 16MB = 2 24 B，得出主存地址字段中主存字塊標(biāo)記位數(shù)為 24-7-5=12主存地址字段各段格式如圖所示：宅存字塊標(biāo)記組地址字塊內(nèi)地址二-1 維 f一他J(2)由于每個字塊中有8個字，而且初態(tài)緩存為空，因此CPU讀第0號單元時， 未命中，必須訪問主存，同

9、時將該字所在的主存塊調(diào)入緩存第 0組中的任一塊內(nèi)， 接著CPU讀17號單元時，均命中。同理 CPU賣第& 16、96號單元時均 未命中?？梢奀PU在連續(xù)讀100個字中共有13次未命中，而后7次循環(huán)讀100個字全部命中，命中率為100 8-13100% =98.375%100 8(3)根據(jù)題意，設(shè)主存存取周期為6t，緩存的存取周期為t，沒有緩存的訪問時間為6t 800，有緩存的訪問時間為t(800 -13) 6t 13，則有緩存和沒有緩存相比，速度提高倍數(shù)為6M800t(800 -13) 6t 13-V 4.5例9.一個采用直接映射方式的16KB緩存，假設(shè)塊長為8個32位的字，試問 地址

10、為FDA459H的主存單元在緩存中的什么位置(指出塊號和塊內(nèi)地址，均用十進制表示）？解:根據(jù)緩存容量為16KB，得出緩存的地址為14位。由于每字32位，塊長為 8個字，則緩存的塊內(nèi)地址為5位（高3位為字地址，末2位為字節(jié)地址）。地址為FDA459H的主存單元，其二進制地址為 1111 1101 1010 0100 01011001，對應(yīng)緩存第10 0100 010 （即十進制170）塊中的第6個字的第1字節(jié)。例10.假設(shè)緩存的工作速度為主存的 5倍，緩存的命中率為90%，試問采用緩 存后，存儲器的性能提高多少？解：設(shè)主存的存取周期為tm，則緩存的存取周期為 垢/5=0.2.，故平均訪存時間為

11、0.2tm 0.90 tm 0.10=0.28tm采用緩存后，存儲器性能為原來的tm/0.28tm = 357倍，即提高了 2.57倍。例11.已知緩存-主存系統(tǒng)的效率為85%，平均訪問時間為60ns，緩存比主存快4倍，求主存的存取周期和緩存的命中率。解：設(shè)緩存-主存系統(tǒng)的效率為e平均訪問時間為ta，緩存的取周期為tc，命中 率為h，主存的存取周期為tm。根據(jù)e二主100%得tc二tae=6 0ns 0.85 = 51 ns 一ta由于緩存比主存快 4倍，則tm =tc （4T） = 51 ns 5 = 255ns根據(jù) ta = htc （1 -h）tm，其中 ta = 60ns， tc =

12、51ns， tm = 255ns，得 h = 95.6%例12.設(shè)CPU共有16根地址線，8根數(shù)據(jù)線，并用MREQ作為訪存控制信號（低 電平有效），用WR作為讀/寫控制信號（高電平讀，低電平寫）?，F(xiàn)有芯片及各種 門電路（門電路自定），如下圖所示。畫出CPU與存儲器的連接圖，要求：fitATROMPDProgrCSWERAMG.-QG;HTROM: 2KX8fe 8KXS& S2KX8fiRAM: 12KXSU8KX砸16KX|ft4KX4 位Mt鶉譯碼辭g1>G2aAh控制瑞C&A対變顯軸入端v7,- - XAUffl端（1）存儲芯片地址空間分配:02047為系統(tǒng)程序區(qū)；

13、20488191為用戶程序區(qū)。（2）指出選用的存儲芯片類型及數(shù)量(3) 詳細畫出片選邏輯。解：根據(jù)主存地址空間分配，02047為系統(tǒng)程序區(qū)，選用1片2KX 8位ROM芯 片；20488191為用戶程序區(qū)，選用2KX 8位RAM芯片，即A15An00000 000000 100001000001 100010 000010 100011 0000111*A 卞 * *0 0 0 0 01II1I00000111110000011111000001ii110 - 20472*8 位 ROM0 0 0 0 0111110 0 0 0 0111110 0 0 0 0111112048 -81912Kx

14、8 位 RAM存儲芯片與CPU的連接如圖所示例13.一個磁盤存儲器共有6個盤片，假設(shè)最上、下兩個面不可用，每面有 204 條磁道，每條磁道有12個扇段，每個扇段有512B，磁盤機以7200r/min速度旋 轉(zhuǎn)，平均定位(尋道)時間為8ms。(1) 計算該磁盤存儲器的存儲量。(2) 計算該磁盤存儲器的平均尋址時間。解：(1) 6個盤片共有10個記錄面，磁盤存儲器的總?cè)萘繛?12B X 12X 204X 10=12533760B(2)磁盤存儲器的平均尋址時間=平均尋道時間+平均等待時間平均等待時間=60s/(7200r/min) X 0.5 4.165ms平均尋址時間=8ms+4.165ms=12.165ms 例14. 一個磁盤組共有11片，假設(shè)最上、下兩個面不用，每片有 203道，數(shù)據(jù) 傳輸率為983040Bps,磁盤組轉(zhuǎn)速為3600r/min，