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计算机组成原理》例题安康学院 成典勤 第三章 系统总线例 1 ．假设总线的时钟频率为 33MHz ，且一个总线时针周期为一个总线传输周期 若在一个总线传输周期可并行传送 4 个字节的数据，求该总线的带宽，并分析哪 些因素影响总线的带宽解：总线的带宽是指单位时间内总线上可传输的数据位数，通常用每秒传送信息 的字节数来衡量，单位可用MBps （兆字节每秒）表示由时针频率f=33MHz，可得时钟周期T=l/f,根据题目假设的条件，一个总 线传输周期为一个时钟周期，且在一个总线传输周期传输 4 个字节数据，故总线 带宽为4B /T 二 4B x f 二 4B x 33 x 106 Hz 〜132MBps（1M 二 220） 影响总线带宽的因素有：总线宽度、传输距离、总线发送和接收电路工作频 率的限制以及数据传输形式等例2.在一个16位的总线系统中，若时针频率为100MHz，总线传输周期为5 个时钟周期，每一个总线传输周期可传送一个字，试计算总线的数据传输率 解：根据时钟频率为100MHz，得一个时钟周期为1/（100 MHz） = 0.01卩s 数据传输率为 16b / 0.05卩s 二 320 x 106 bps 二 40 x 106 Bps第四章 存储器例3 •设CPU共有16根地址线和8根数据线，并用MREQ作为访存控制信号，WR作为读/写命令信号（高电平读，低电平写）。

设计一个容量为32KB、地址范 围为0000H〜7FFFH且采用低位交叉编址的四体并行存储器要求：（1） 采用下图所列芯片，详细画出CPU和存储芯片的连接图2） 指出图中每个存储芯片的容量及地址范围（用十六进制表示）解：32KB四体结构的存储器可由4片8Kx8位存储芯片组成，由于米用低位交 叉编址，因此需用末两位地址A、A控制片选信号，用13根地址线A〜A与1 0 14 2存储芯片的地址线相连满足地址范围为0000H〜7FFFH的存储器与CPU的连 接如图所示，图中各片存储芯片的地址范围是：第 0 片 0, 4,…，7FFCH；第 1 片 1，5，…，7FFDH；第 2 片 2, 6,…，7FFEH；第 3 片 3, 7,…，7FFFH；G1%G!CBAQ-0IO-D-D-1例4.用一个512Kx8位的闪存存储芯片组成一个4M x32位的半导体只读存储器试回答：（1） 该存储器的数据线数是多少？（2） 该存储器的地址线数是多少？（3） 共需几片这种存储芯片？（4） 说明每根地址线的作用解：（1）对于4M x 32位的存储器，数据线为32位2） 对于4M x32的的存储器，按字寻址的范围是222，按字节寻址的范围是224 , 故该存储器的地址线为24位A〜A23 0（3） 4片512K x 8位的闪存可组成512K x 32位的存储器，4M x 32位的存储器共需32片512Kx8位的闪存。

4） CPU 的 24 根地址线中，最低 2 位地址 A A 为字节地址， A 〜 A 这 19 根1 0 20 2地址线与闪存的地址线相连，最高3位地址A A A可通过3线---8线译码器形23 22 21 成片选信号每一个片选信号同时选中 4 片闪存，以满足 32位的数据线要求例5．定量分析 n 体低位交叉存储器连续读取 n 个字所需的时间 解：连续读取n个字所需的时间为T + (n -1)，如下图所示例6.设有8个模块组成的八体存储器结构，每个模块的存取周期为400ns，存 储字长为32位数据总线宽度为32位，总线传输周期为50ns，试求顺序存储 (高位交叉)和交叉存储(低位交叉)的存储器带宽解：八体存储器连续读出8个字的信息量为32b x 8 = 256b顺序存储存储器连续读出8个字的时间是400ns x 8 = 3200ns = 32 x 10- s 交叉存储存储器连续读出 8 个字的时间是400ns + (8 一 1) x 50 ns = 750ns = 7.5 x 10 -7 s高位交叉存储器的带宽是256/(32 x 10 -7 )bps = 8 x 107 bps低位交叉存储器的带宽是256 /(7.5 x 10-7 )bps = 34 x 107 bps例7.假设CPU执行某段程序时，共访问缓存命中3800次，访问主存200次， 已知缓存存取周期为50ns，主存存取周期为250ns。

求缓存■--主存系统的效率和 平均访问时间解：(1) 缓存的命中率为3800/(3800 + 200) = 0.95(2) 由题可知，访问主存的时间是访问缓存时间的5倍(250/50=5)设访问缓存的时间为t，访问主存的时间为5t，缓存---主存系统的效率为e，则访问缓存的时间平均访存时间X100% 二0.95 x t + (1 — 0.95) x 100% =巨*100% = 83.3%(3)平均访问时间=50ns x 0.95 + 250ns x (1 — 0.95) = 60ns例8.设某机主存容量为16MB，缓存的容量为16KB每字块有8个字，每个 字32位设计一个四路组相联映射（即缓存每组内共有4个字块）的缓存组织， 要求：（1）画出主存地址字段中各段的位数2） 设缓存初态为空，CPU依次从主存第0、1、2、…、99号单元读出100个 字（主存一次读出一个字），并重复此次序读8次，问命中率是多少？（3） 若缓存的速度是主存速度的 6 倍，试问有缓存和无缓存相比，速度提高多 少倍？解：（1）根据每个字块有8个字，每个字32位，得出主存地址字段中字块内地 址字段为5位根据缓存容量为16KB = 214 B，字块大小为25 B，得缓存共有29块, 故c=9。

根据四路组相联映射2r = 4，得r二2，则q = c — r = 7根据主存容量为16MB = 224B，得出主存地址字段中主存字块标记位数为 24-7-5=12主存地址字段各段格式如图所示：主存字块标记组地址字块内地址 3—L 谨 打（2） 由于每个字块中有8个字，而且初态缓存为空，因此CPU读第0号单元时， 未命中，必须访问主存，同时将该字所在的主存块调入缓存第 0组中的任一块内， 接着CPU读1〜7号单元时，均命中同理CPU读第8、16、…、96号单元时均 未命中可见CPU在连续读100个字中共有13次未命中，而后7次循环读100 个字全部命中，命中率为100x8 —13 x 100% = 98.375%100 x 8（3） 根据题意，设主存存取周期为6t,缓存的存取周期为t,没有缓存的访问时 间为6t x800，有缓存的访问时间为t（800-13） + 6t x 13，则有缓存和没有缓存相比，速度提高倍数为6t x 800t (800 —13) + 6t x 13例 9．一个采用直接映射方式的 16KB 缓存，假设块长为 8 个 32 位的字，试问 地址为FDA459H的主存单元在缓存中的什么位置（指出块号和块内地址，均用十进制表示）？解：根据缓存容量为16KB，得出缓存的地址为14位。

由于每字32位，块长为 8个字，则缓存的块内地址为5位（高3位为字地址，末2位为字节地址）地址为FDA459H的主存单元，其二进制地址为1111 1101 1010 0100 01011001，对应缓存第10 0100 010（即十进制170）块中的第6个字的第1字节例 10．假设缓存的工作速度为主存的 5 倍，缓存的命中率为 90%，试问采用缓 存后，存储器的性能提高多少？解：设主存的存取周期为t，则缓存的存取周期为t /5二0.2t，故平均访存时m m m间为0.2t x 0.90 +1 x 0.10 二 0.28tm m m采用缓存后，存储器性能为原来的t /0.28t二3.57倍，即提高了 2.57倍mm例11.已知缓存---主存系统的效率为85%，平均访问时间为60ns，缓存比主存 快4倍，求主存的存取周期和缓存的命中率解：设缓存---主存系统的效率为e平均访问时间为t，缓存的取周期为t，命中t a c率为h，主存的存取周期为t根据e = f x 100%得t = t - e = 60ns x 0.85 = 51nsm t c a由于缓存比主存快4倍，则t = t x （4 +1） = 51ns x 5 = 255nsmc根据 t = ht + (1 - h)t，其中 t = 60ns， t = 51ns， t = 255ns，得h 二 95.6%a c m a c m例12.设CPU共有16根地址线，8根数据线，并用MREQ作为访存控制信号（低 电平有效），用莎作为读/写控制信号（高电平读，低电平写）。

现有芯片及各种 门电路（门电路自定），如下图所示画出CPU与存储器的连接图，要求：ROM:RANI: 1 KX4 拉2瓦耗&拉8KX8 位16扎乂！植4KX4tS74138薛码番碍爲矗尊p为控制端为变益辎入端（1） 存储芯片地址空间分配：0〜2047为系统程序区；2048〜8191为用户程序 区2） 指出选用的存储芯片类型及数量3）详细画出片选逻辑解：根据主存地址空间分配，0〜2047为系统程序区，选用1片2KX8位ROM芯 片；2048〜8191为用户程序区，选用2KX8位RAM芯片，即0 2 20472K為位ROM 1片2048 -81912K瞬位RAM 3片存储芯片与CPU的连接如图所示例13．一个磁盘存储器共有6 个盘片，假设最上、下两个面不可用，每面有204 条磁道，每条磁道有12个扇段，每个扇段有512B，磁盘机以7200r/min速度旋 转，平均定位（寻道）时间为 8ms1） 计算该磁盘存储器的存储量2） 计算该磁盘存储器的平均寻址时间解：(1)6 个盘片共有 10 个记录面，磁盘存储器的总容量为512BX 12X204X 10=12533760B(2)磁盘存储器的平均寻址时间=平均寻道时间+平均等待时间平均等待时间=[60s/(7200r/min)] X0.5~4.165ms平均寻址时间=8ms+4.165ms=12.165ms例 14．一个磁盘组共有 11 片，假设最上、下两个面不用，每片有 203 道，数据 传输率为983040Bps，磁盘组转速为3600r/min,假定每个记录块有1024B,且 系统可挂16台这样的磁盘机，计算磁盘存储器的总容量并设计磁盘地址格式。

解：由于数据传输速率=每一磁道的容量X磁盘转速，且磁盘转速为 3600r/min=60r/s，故每一磁道的容量二(983040Bps) / (60r/s) =16384B，扇段 数=16384B/1024B=16表示磁盘地址格式的参数包括：台数为16,记录面为20, 磁道数为203，扇段数为16，故磁盘地址格式如图所示 他台号㈱鱼号扇段号。