计算计组成原理.docx

计算题：1. 存储器容量的扩充****用16KX8位的DRAM芯片组成64KX32位存储器，要求：(1) 画出该存储器的组成逻辑框图⑵ 设存储器读/写周期为0.5p S, CPU在1p S内至少要访问一次试问采用哪种刷新方式比较合理？两 次刷新的最大时间间隔是多少？对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少？解：(1)组成64KX32位存储器需存储芯片数为N= (64K/16K)X(32 位/8 位)=16 (片)每4片组成16KX32位的存储区，有A13-A0作为片内地址，用A15 A14经2： 4译码器产生片选信号 四-C头，逻辑框图如下所示:(2) 依题意，采用异步刷新方式较合理，可满足CPU在川S内至少访问内存一次的要求设16KX8位 存储芯片的阵列结构为128行X128列，按行刷新，刷新周期T=2ms，则异步刷新的间隔时间为：•■丝= 15.5*")128 则两次刷新的最大时间间隔发生的示意图如下KEF|IREFI占3 W 气 LL W •一― L1 % % u w 亍三一1 J . J 卜L r_-' 可见，两次刷新的最大时间间隔为tmax tmax=15.5-0.5=15 (p S)对全部存储单元刷新一遍所需时间为t R t R =0.5X128=64 (p S)2. cache命中率***假设主存只有a,b,c三个页框，组成a进c出的FIFO队列，进程访问页面的序列是 0,1,2.4,2,3,0,2,1.3,2号。

用列表法求采用LRU替换策略时的命中率3. 指令格式设计***某机字长为32位，主存容量为1M,单字长指令，有50种操作码,采用页面寻址、立即、 直接等寻址方式CPU中有PC，IR，AR, DR和16个通用寄存器，页面寻址可用PC高位部分与形式地址部 分拼接成有效地址问：(1) 指令格式如何安排？(2) 主存能划分成多少页面？每页多少单元？(3) 能否增加其他寻址方式？解：(1)依题意，指令字长32位，主存1M字，需20位地址A19-A050种操作码，需6位OP，指令寻址 方式Mode为2位，指定寄存器Rn需4位设有单地址指令、双地址指令和零地址指令，现只讨论前二种指令单地址指令的格式为：■31 26 25 24 23 如 19 00PModeDMode=00时为立即寻址方式，指令的23-0位为立即数；Mode=01时为直接寻址方式，指令的19-0位为有效地址双地址指令的格式为：■31 26 25 24 23 如 19 18 17 14 15 0:QPModelMo de 2BjiDMode1=01时为寄存器直接寻址方式，操作数S=(Rn)；Mode1=11时为寄存器间址寻址方式，有效地址E=(Rn)。

Mode2=00时为立即寻址方式，指令的13-0位为立即数；Mode2=01时为页面寻址方式；Mode2=10时为变址寻址方式，E=(Rn)+D；Mode2=11时为变址间址寻址方式，E=((Rn)+D)2) 由于页面寻址方式时，D为14位，所以页面大小应为2"=16K字，则1M字可分为 护=64个页面可由PC的高6位指出页面号3) 能增加其它寻址方式，例上述间址方式、变址间址寻址方式指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点15 10 7 4 3 0OP目标寄存器源寄存器解：指令格式及寻址方式特点如下：① 单字长二地址指令；②操作码OP可指定虹64条指令；③RR型指令，两个操作数均在寄存器中，源和目标都是通用寄存器(可分别指定16个寄存器之一)；④这种指令格式常用于算术逻辑类指令指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点15 10 7 4 3 0OP源寄存器交址寄辐偏彳多量(16位)解：指令格式及寻址方式特点如下：① 双字长二地址指令；② 操作码OP可指定2效64条指令；③ RS型指令，两个操作数一个在寄存器中(16个寄存器之一)，另一个在存储器中;④ 有效地址通过变址求得：E=(变址寄存器)土 D,变址寄存器可有16个。

指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点15 12 11 9 8 6 5 3 2 0OP寺址方式寄碎寺址方式1寄存器L 源地址 目的地址 pj解：指令格式及寻址方式特点如下：① 单字长二地址指令；② 操作码OP可指定2七16条指令；③ 有8个通用寄存器，支持8种寻址方式；④ 可以是RR型指令、SS型指令、RS型指令、4. 硬盘的计算****某磁盘存贮器转速为3000转/分，共有4个记录面，每毫米5道，每道记录信息为12288字节，最小磁道直径为230mm，共有275道问：(1) 磁盘存贮器的容量是多少？(2) 最高位密度与最低位密度是多少？(3) 磁盘数据传输率是多少？(4) 平均等待时间是多少？(5) 给出一个磁盘地址格式方案1) 每道记录信息容量=12288字节每个记录面信息容量=275X 12288字节共有4个记录面，所以磁盘存储器总容量为：4 X275X12288 字节=13516800 字节(2) 最高位密度D1按最小磁道半径R1计算(R1 = 115mm)：D1 = 12288 字节 / 2n R1 = 17 字节 / mm最低位密度D2按最大磁道半径R2计算：R2 = R1 + (275 4- 5) = 115 + 55 = 170mmD2 = 12288 字节 / 2n R2 = 11.5 字节 / mm(3) 磁盘传输率C = r • Nr = 3000 / 60 = 50 周 / 秒N = 12288字节(信道信息容量)C = r • N = 50 X 12288 = 614400 字节 / 秒(4) 平均等待时间=1/2r = 1 / (2X50) = 10毫秒(5) 磁盘存贮器假定只有一台，所以可不考虑台号地址。

有4个记录面，每个记录面有275个磁道假定 每个扇区记录1024个字节，则需要12288 -1024字节=12个扇区由此可得如下地址格式：****有一台磁盘机，其平均寻道时间为了 30ms，平均旋转等待时间为120ms，数据传输速率为500B/ms,磁 盘机上存放着1000件每件3000B的数据现欲把一件数据取走，更新后在放回原地，假设一次取出或写 入所需时间为：平均寻道时间+平均等待时间+数据传送时间另外，使用CPU更新信息所需时间为4ms,并且更新时间同输入输出操作不相重叠试问：(1) 盘上全部数据需要多少时间？(2) 若磁盘及旋转速度和数据传输率都提高一倍，更新全部数据需要多少间？解：(1)磁盘上总数据量=1000X3000B = 3000000B读出全部数据所需时间为3000000B - 500B / ms = 6000ms重新写入全部数据所需时间=6000ms所以，更新磁盘上全部数据所需的时间为：2X(平均找道时间+平均等待时间+数据传送时间)+ CPU更新时间=2 (30 + 120 + 6000) ms + 4ms = 12304ms(2)磁盘机旋转速度提高一倍后，平均等待时间为60ms；数据传输率提高一倍后，数据传送时间变为：3000000B - 1000B / ms = 3000ms更新全部数据所需时间为：2 X(30 + 60 + 3000) ms + 4ms = 6184ms问答题 ***冯。

诺伊曼型计算机的主要设计思想和主要组成部分主要设计思想是：采用存储程序的方式，编制好的程序和数据存放在同一存储器中，计算机可以在无人干 预的情况下自动完成逐条取出指令和执行指令的任务；在机器内部，指令和数据均以二进制码表示，指令 在存储器中按执行顺序存放主要组成部分有：运算器，逻辑器，存储器，输入和输出设备现代计算机系统如何进行多级划分？这种分级观点对计算机设计会产生什么影响？解：可分为：1级 微程序设计级（直接由硬件执行）、2级一般机器级（微程序）、操作系统级（操作系 统）、汇编语言级和高级语言级（汇编程序）和高级语言级（编译程序）用这种分级的观点来设计计算 机，对保证产生一个良好的系统结构是有很大帮助的主存储器的性能指标：存储容量（指一个存储器可以容纳的存储单元总数），存储时间（指一次读操 作命令发出到该操作完成，将数据读出到数据总线上经历的时间），存储周期（指连续启动两次读操作所 需间隔的最小时间），存储器带宽（单位时间存储器存储的信息量）Flash存储器:flash存储器也叫闪速存储器，他是高密度非易失性的读/写存储器高密度意味着 他具有巨大无比特数目的存储容量非易失性意味着存放的数据在没有电源的情况下长期保存。

他既有RAM 的优点，又有ROM的优点是存储技术划时代的进展Flash存储器的基本操作（编程操作，读写操作，擦 除操作）*指令周期，CPU周期，时钟周期:CPU每取出一条指令并执行这条指令，都要完成一系列的操作，这一系列 操作所需时间通常叫一个指令周期用内存中读取一个指令字的最短时间来规定CPU周期时钟周期是处 理操作的最基本单位指令周期常常用若干个CPU周期数来表示，而一个CPU周期时间又包含有若干个时 钟周期这些时钟周期的总和则规定了一个CPU周期时间宽度总线的仲栽：一.集中式仲裁（1.链式查询方式2.计数器定时查询方式3.独立请求方式）二.分布式仲 裁总线数据传送模式：1读写操作2块传送操作3写后读.读修改写操作4广播.广集操作总 线信息传送方式：串行传送，并行传送，分时传送DVD容量为什么比普通磁盘容量大？ DVD光盘的道密度比普通光盘大，DVD光盘的位密度比普通光盘 大，DVD光盘是双面的两面都可以存储中断的概念及类型：外设请求CPU暂时中断目前正在执行的程序而进行数据交换，当CPU响应这个中 断时便暂停运行主程序，并自动转移到该设备的中断服务程序，当中断服务程序结束以后，CPU又回到原 来的主程序。

单级中断系统和多级中断系统虚拟存储器的分类:页式虚拟存储器，段式虚拟存储器，段页式虚拟存储器存储保护的方式:一存储区域保护（1页表保护和段表保护，2键保护方式，3环保护方式）二访问 方式保护选择，填空***3.有一个字长为32位的浮点数，阶码10位（包括1位阶符），用移码表示；尾数22位（包括1位尾符）用补码表示，基数R=2请写出：（1） 最大数的二进制表示；（2） 最小数的二进制表示；（3） 规格化数所能表示的数的范围；（4）最接近于零的正规格化数与负规格化数解：（1） 1111111111 0111111111111111111111（2） 1111111111 1000000000000000000001（3） 1111111111 0111111111111111111111〜0111111111 1000000000000000000001（4） 0000000000 0000000000000000000001〜0000000000 1111111111111111111111***4.将下列十进制数表示成浮点规格化数，阶码3位，用补码表示；尾数9位，用补码表示1） 27/64 （2） -27/64（1） 27/64=11011BX。