計(jì)算機(jī)組成原理第計(jì)算機(jī)組成原理第2版唐塑飛.什么是“程序訪問(wèn)的局部性 ”？存儲(chǔ)系統(tǒng)中哪一級(jí)采用了程序訪問(wèn)的局部性原理？答：程序運(yùn)行的局部性原理指： 對(duì)局部范圍的存儲(chǔ)器地址頻繁訪問(wèn)， 而對(duì)此范圍以外的地址則訪問(wèn)甚少的現(xiàn)象。時(shí)間：在一小段時(shí)間內(nèi)，最近被訪問(wèn)過(guò)的程序和數(shù)據(jù)很可能再次被訪問(wèn)；空間：在空間上，這些被訪問(wèn)的程序和數(shù)據(jù)往往集中在一小片存儲(chǔ)區(qū)；在訪問(wèn)順序上，指令順序執(zhí)行比轉(zhuǎn)移執(zhí)行的可能性大。存儲(chǔ)系統(tǒng)中 Cache—主存層次采用了程序訪問(wèn)的局部性原理。.計(jì)算機(jī)中設(shè)置Cache的作用是什么？能不能把 Cache的容量擴(kuò)大，最后取代主存，為什么？答：計(jì)算機(jī)中設(shè)置Cache主要是為了加速CPU訪存速度；不能把Cache的容量擴(kuò)大到最后取代主存，價(jià)格以及體積原因不適合。.Cache做在CPU芯片內(nèi)有什么好處？將指令Cache和數(shù)據(jù)Cache分開(kāi)又有什么好處？答：Cache做在CPUS片內(nèi)主要有下面幾個(gè)好處：1）可提高外部總線的利用率。因?yàn)镃ache在CPU芯片內(nèi)，CPU訪問(wèn)Cache時(shí)不必占用外部總線。2）Cache不占用外部總線就意味著外部總線可更多地支持 I/O設(shè)備與主存的信息傳輸，增強(qiáng)了系統(tǒng)的整體效率。3）可提高存取速度。因?yàn)镃ache與CPU之間的數(shù)據(jù)通總^大大縮短 ，故存取速度得以提高。將指令Cache和數(shù)據(jù)Cache分開(kāi)有如下好處：1）可支持超前控制和流水線控制， 有利于這類控制方式下指令預(yù)取操作的完成。2）指令Cache可用RO岷現(xiàn)，以提高指令存取的可靠性。3）數(shù)據(jù) Cache對(duì)不同數(shù)據(jù)類型的支持更為靈活，既可支持整數(shù)（例 32位），也可支持浮點(diǎn)數(shù)據(jù)（如64位）。28.設(shè)主存容量為256K字，Cache容量為2K字，塊長(zhǎng)為4。（1）設(shè)計(jì)Cache地址格式，Cache中可裝入多少塊數(shù)據(jù)？（2）在直接映射方式下，設(shè)計(jì)主存地址格式。（3）在四路組相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存地址格式。（4）在全相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存地址格式。（5）若存儲(chǔ)字長(zhǎng)為 32位，存儲(chǔ)器按字節(jié)尋址，寫(xiě)出上述三種映射方式下主存的地址格式答：

(1)cache地址長(zhǎng)度為11位，塊內(nèi)地址長(zhǎng)度為2位。主存地址位數(shù)為18位9位 2位緩存塊號(hào)塊內(nèi)地址Cache可裝入2A9=512個(gè)塊(2)直接映射方式7位 9位 2位標(biāo)記緩存塊號(hào)塊內(nèi)地址(3)四路組相連9位 7位 2位標(biāo)記組地址塊內(nèi)地址(4)全相連16位 2位標(biāo)記塊內(nèi)地址(5)直接映射方式四路組相連全相連9位四路組相連全相連9位標(biāo)記7位組地址4位塊內(nèi)地址7位 9位 4位標(biāo)記緩存塊號(hào)塊內(nèi)地址4位塊內(nèi)地址4位塊內(nèi)地址標(biāo)記.假設(shè)CPU執(zhí)行某段程序時(shí)共訪問(wèn) Cache命中4800次，訪問(wèn)主存200次，已知Cache的存取周期是30ns,主存的存取周期是150ns，求Cache的命中率以及Cache-主存系統(tǒng)的平均訪問(wèn)時(shí)間和效率，試問(wèn)該系統(tǒng)的性能提高了多少？答：命中率h=4800/(4800+200)=96%平均訪問(wèn)時(shí)間 ta=0.96*30+0.04*150=34.8ns效率e=tc/ta=30/34.8=86.2%性能提高倍數(shù) 150/34.8-1=3.3.一個(gè)組相聯(lián)映射的Cache由64塊組成，每組內(nèi)包含4塊。主存包含4096塊，每塊由128字組成，訪存地址為字地址。試問(wèn)主存和Cache的地址各為幾位？畫(huà)出主存的地址格式。答：緩存塊號(hào)6位，塊內(nèi)地址7位，cache地址為13位。組地址6-2=4位，主存塊號(hào)12位，塊內(nèi)地址7位。主存地址19位

生存標(biāo)記組地址塊內(nèi)地址8位4位7位.設(shè)主存容量為1MB,采用直接映射方式的 Cache容量為16KB,塊長(zhǎng)為4,每字32位。試問(wèn)主存地址為ABCDEH的存儲(chǔ)單元在Cache中的什么位置？答：6位 10位 4標(biāo)記緩存塊號(hào)塊內(nèi)地址標(biāo)記緩存塊號(hào)塊內(nèi)地址A19 A15 A11A7A31010 1011 1100 1101 1110.設(shè)某機(jī)主存容量為4MB,Cache容量為16KB,每字塊有8個(gè)字，每字32位，設(shè)計(jì)一個(gè)四路組相聯(lián)映射（即Cache每組內(nèi)共有4個(gè)字塊）的Cache組織。（1）畫(huà)出主存地址字段中各段的位數(shù)；（2）設(shè)Cache的初態(tài)為空，CPU依次從主存第0、1、2……891■單元讀出90個(gè)字（主存一次讀出一個(gè)字），并重復(fù)按此次序讀8次，問(wèn)命中率是多少？（3）若Cache的速度是主存的6倍，試問(wèn)有Cache和無(wú)Cache相比，速度約提高多少倍？答：（1）考慮按字編址：生存標(biāo)記組地址塊內(nèi)地址7生存標(biāo)記組地址塊內(nèi)地址7位（2）當(dāng)主存讀0號(hào)字單元時(shí)，將主存0號(hào)字塊（0~7）調(diào)入Cache（0組0號(hào)塊），主存讀8號(hào)字單元時(shí)，將1號(hào)塊（8~15）調(diào)入Cache（1組0號(hào)塊）……主存讀89號(hào)單元時(shí)，將11號(hào)塊（88~89）調(diào)入Cache（11組0號(hào)塊）。不命中次數(shù)為90/8=12（上取整）總訪問(wèn)次數(shù)為90*8=720Cache命中率=（720-12）/720=98%（3）設(shè)無(wú)Cache時(shí)訪主存需時(shí)720T（T為主存周期），加入Cache后需時(shí)：708T/6+12T=（118+12）T=130T貝U:720T/130T=5.54倍有Cache和無(wú)Cache相比，速度提高了4.54倍左右.簡(jiǎn)要說(shuō)明提高訪存速度可采取的措施答：（1）采用高速器件，選用存取周期短的芯片，可提高存儲(chǔ)器的速度。（2）采用Cache,CPU各最近期要用的信息先調(diào)人 Cache,而Cache的速度比主存快得多,這樣CPU每次只需從Cache中取出（或存人）信息，從而縮短了訪存時(shí)間，提高了訪存速度。⑶調(diào)整主存結(jié)構(gòu)，如采用單體多字結(jié)構(gòu)（在一個(gè)存取周期內(nèi)讀出多個(gè)存儲(chǔ)字，可增加存

⑶調(diào)整主存結(jié)構(gòu)，如采用單體多字結(jié)構(gòu)儲(chǔ)器的帶寬），或采用多體結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器（參考第16題答案）。答：主存的速度指標(biāo)用存儲(chǔ)周期表示， 因?yàn)橹鞔媸请S機(jī)存取存儲(chǔ)器，存取周期不隨存儲(chǔ)單元的地址不同而改變。外存的速度指標(biāo)，以磁盤(pán)為例，一般包括尋道時(shí)間，等待時(shí)間和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間三個(gè)量。磁盤(pán)存儲(chǔ)器屬于磁表面存儲(chǔ)器， 其存取周期與存儲(chǔ)單元的位置有關(guān)， 不同位置所需要的尋道時(shí)間和等待時(shí)間不同，故不能以一個(gè)物理量來(lái)衡量。.畫(huà)出RZ、NRZNRZ1PE、FM寫(xiě)入數(shù)字串1011001的寫(xiě)入電流波形圖。答:36.答:RZsNRZ：NRZL：PE:FM：1■0-I!rIIII136.答:RZsNRZ：NRZL：PE:FM：1■0-I!rIIII1?1tUtaIIIlIl_lLJIl II——| i i 1i■t"uun-n——iu-F*I II I II II ? I以寫(xiě)入10010110為例，比較調(diào)頻制和改進(jìn)調(diào)頻制的寫(xiě)電流波形圖。 I I I t I I I"LT~L_rLr"LrLTLJI I I I I I I I=d=F=t110I011I0I*I41<1!o<FI

I?t頻率提高一倍后的mfm制立37.畫(huà)出調(diào)相制記錄01100010的驅(qū)動(dòng)電流、記錄磁通、感應(yīng)電勢(shì)、同步脈沖及讀出代碼等幾種波形。答：0

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iA：1；1；0

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iA：1；1；0*0；0rLn"LTLTLmAA：A!Ayvo;dth,aJnlriLnI! !1III ill h：niaTv□H22cm,外徑33cm,道密度38.磁盤(pán)組有6片磁盤(pán)，最外兩側(cè)盤(pán)面可以記錄，存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)徑為40道/cm,內(nèi)層密度為400位22cm,外徑33cm,道密度(1)共有多少存儲(chǔ)面可用？(2)共有多少柱面？(3)盤(pán)組總存儲(chǔ)容量是多少？(4)數(shù)據(jù)傳輸率是多少？答：(1)共有：6X2=12個(gè)存儲(chǔ)面可用；(2)有效存儲(chǔ)區(qū)域=(33-22)/2=5.5cm柱面數(shù)=40道/cmx5.5cm=220道(3)內(nèi)層道周長(zhǎng)=3.14*22cm=69.08cm道容量=400位/cmX69.08cm=3454B面容量=3454BX220道=759880B盤(pán)組總?cè)萘?759,880BX12面=8.70MB(4)轉(zhuǎn)速=3600轉(zhuǎn)/60秒=60轉(zhuǎn)/秒數(shù)據(jù)傳輸率=3454BX60轉(zhuǎn)/秒=207,240B/S39.某磁盤(pán)存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，共有4個(gè)記錄盤(pán)面，每毫米5道，每道記錄信息12288字節(jié)，最小磁道直徑為230mm,共有275道，求：(1)磁盤(pán)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量；(2)最高位密度(最小磁道的位密度)和最低位密度；(3)磁盤(pán)數(shù)據(jù)傳輸率；(4)平均等待時(shí)間。解：(1)存儲(chǔ)容量=275道X12288B/道X4面=13.5MB(2)最高位密度=12288B/(230*3.14)?17B/mm=13般/mm最大磁道直徑 =230mm+275道/5道X2=230mm+110mm=340mm最低位密度=12288B/(340*3.14)=11B/mm=9粒/mm(3)磁盤(pán)數(shù)據(jù)傳輸率=12288BX3000轉(zhuǎn)/分=614KB/S(4)平均等待時(shí)間=1/50/2=10ms.采用定長(zhǎng)數(shù)據(jù)塊記錄格式的磁盤(pán)存儲(chǔ)器，直接尋址的最小單位是什么？尋址命令中如何表示磁盤(pán)地址？如果某文件長(zhǎng)度超過(guò)一個(gè)磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個(gè)存儲(chǔ)面上，還是記錄在同一個(gè)柱面上？答：采用定長(zhǎng)數(shù)據(jù)塊記錄格式，直接尋址的最小單位是一個(gè)紀(jì)錄塊 (數(shù)據(jù)塊)，尋址命令中可采用如下格式表示磁盤(pán)地址：如果某文件長(zhǎng)度超過(guò)一個(gè)磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個(gè)柱面上，因?yàn)椴恍枰匦抡业?數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)速度快。.設(shè)有效信息為110,試用生成多項(xiàng)式G(x)=11011將其編成循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。答：編碼過(guò)程如下：M(x)=110n=3G(x)=11011 k+1=5k=4M(x)x4=1100000M(x)x4/G(x)=1100000/11011=100+1100/11011R(x)=1100CRC碼=1101100.有一個(gè)(7,4)碼，生成多項(xiàng)式G(x)=x3+x+1,寫(xiě)出代碼1001的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。答：編碼過(guò)程如下：M(x)=1001n=4G(x)=/+x+1=1011k+1=4k=3M(x)x3=1001000M(x)x3/G(x)=1001000/1011=1010+110/1011R(x)=110M(x)