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山东大学计算机组成原理第四章作业题及参考答案
第四章部分作业题参考答案
4.3 存储器的层次结构主要体现在什么地方?为什么要分这些层次?计算机如何管理这些层次?
答:1)存储器的层次结构主要体现在Cache—主存和主存—辅存这两个存储层次上。 2)Cache—主存层次主要解决CPU和主存速度不匹配的问题,在存储系统中主要对CPU访存起加速作用。从CPU的角度看,该层次的速度接近于Cache,而容量和每位价格却接近于主存。这就解决了存储器的高速度和低成本之间的矛盾;
主存—辅存层次主要解决存储系统的容量问题,在存储系统中主要起扩容作用。从程序员的角度看,其所使用的存储器的容量和每位价格接近于辅存,而速度接近于主存。该层次解决了大容量和低成本之间的矛盾。
3)主存与Cache之间的数据调度是由硬件自动完成的,对程序员是透明的。而主存—辅存之间的数据调动,是由硬件和操作系统共同完成的。换言之,即采用虚拟存储技术实现。
4.5 什么是存储器的带宽?若存储器的数据总线宽度为32位,存取周期为200ns,则存储器的带宽是多少?
答:1)存储器的带宽指单位时间内存储器存取的信息量。
2)存储器带宽 = 1/200ns × 32位= 160M位/秒 = 20MB/S (此处1M=106 )
4.7 题目略。
解:地址线和数据线的总和 = 14 + 32 = 46根
各需128、32、32、32、16和8片。
4.8试比较静态RAM和动态RAM。
答案要点:1)静态RAM的特点:依靠双稳态触发器保存信息,不断电信息不丢失;功耗较大,集成度较低,速度快,每位价格高,适合于作Cache或存取速度要求较高的小容量主存。
2)动态RAM的特点:依靠电容存储电荷来保存信息,需刷新电路进行动态刷新;功耗较小,集成度高,每位价格较低,适合于作大容量主存。
4.14 题目略
解:1)256KB;2)8块模板;3)16片;4)128片;
5)CPU通过最高3位地址译码选模板,次高3位地址译码选择模板内芯片。
4.28 题目略
解:1) Cache中可装入29=512个字块,cache地址格式:
2)主存地址格式:
3)主存地址格式:
4)
5)题目改造为:若存储字长为32位,存储器按字节寻址,写出二路组相联映射方式下的主存地址格式。
4.29 假设CPU执行某段程序时共访问Cache命中4800次,访问主存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-主存系统的平均访问时间和效率,试问该系统的性能提高了多少?
系统性能的提高可用“系统加速比”来表征。
系统加速比=未采用Cache的访存总时间/采用Cache后的访存总时间
系统性能提高=系统加速比-1
补充题1、简述动态RAM的各种刷新方式及其特点。
答案要点:动态RAM的刷新方式有集中式刷新、分散式刷新、异步式刷新和透明式刷新等四种方式。
集中式刷新的特点:在最大刷新间隔时间内,集中安排一段时间进行刷新。其缺点是进行刷新时必须停止读、写操作。这对主机而言是个“死区”
分散式刷新的特点:刷新工作安排在系统的存取周期内进行,对主机而言不再有“死区”。但该方式加长了系统的存取周期,存在无谓刷新,降低了整机运行效率。因此,分散方式刷新不适用于高速存储器。
异步式刷新的特点:结合了上述两种方式的优点,充分利用了最大刷新间隔。相对于分散式刷新而言,它减少了刷新次数;相对于集中方式来说,主机的“死区”又缩短很多。因此,这种方式使用得比较多。
透明式刷新的特点:该方式不占用CPU时间,对CPU而言是透明的操作;但控制线路复杂。
补充题2、设CPU有16根地址线,8根数据线,用(低电平有效)作访存控制信号,R/作读写控制信号(高电平为读,低电平为写),现有1K×4位、4K×8位的RAM芯片,2K×8位,4K×4位的ROM芯片,以及74l38译码器和各种门电路,画出CPU与存储器连接图,图中标明信号线的方向、种类和条数;并写出每片RAM芯片的地址范围(用十六进制描述)。
要求:主存地址空间分配:A000H---A7FFH为系统程序区; A800H---AFFFH为用户程序区。
RAM芯片的地址范围:
1) RAM1和RAM2:A800H~ABFFH 2) RAM3和RAM4: AC00H~AFFFH
补充题3、以全相联映射技术为例,说明在带有Cache的存储系统中,“读”操作是怎样完成的。
答:当CPU发出主存地址后,地址映射机构按照全相联映射方式将主存地址标记与Cache所有字块的标记进行比较,以判断出所访主存字(主存地址的内容)是否已在Cache中。若命中,直接访问Cache,将该字送至CPU;若未命中,一方面要访问主存
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