计算机组成原理作业.pptx

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1、计算机组成原理作业计算机组成原理作业第三章 3.5 3.5 设某机器字长设某机器字长8 8位，有两个数的石榴进制表示为位，有两个数的石榴进制表示为9CH9CH和和FFHFFH。试问：若它们分别表示为下列格式的机器数，其对应的十进制真试问：若它们分别表示为下列格式的机器数，其对应的十进制真值是多少？值是多少？无符号整数无符号整数 9CH=10011100B=128+16+8+4=156 FFH=11111111B=128+64+32+16+8+4+2+1=28-1=255原码表示的定点整数原码表示的定点整数 9CH=10011100B= （16+8+4）=28 FFH=11111111B=（12

2、8+64+32+16+8+4+2+1）=（27-1）=127原码表示的定点小数原码表示的定点小数 9CH=10011100B= 0.0011100=（2-3+2-4+2-5）=0.21875 FFH=11111111B=1111111= （ 2-1+2-2+ 2-3+2-4+2-5+2-6+2-7） =（1-2-7）补码表示的定点整数补码表示的定点整数 9CH=10011100B= 1100100=（64+32+4）=100 FFH=11111111B=（0000000+1）=0000001=1补码表示的定点小数补码表示的定点小数 9CH=10011100B= 0.1100100=（ 2-1+

3、2-2+ 2-5）=0.78125 FFH=11111111B=（0.000000+1）=0.0000001=2-7=0.00781253.8 3.8 设某浮点数格式为：字长设某浮点数格式为：字长1212位，阶码位，阶码6 6位，用移码表示；尾数位，用移码表示；尾数8 8位，位，用补码表示。阶码在前，尾数在后（包括数符），则按照此格式，求用补码表示。阶码在前，尾数在后（包括数符），则按照此格式，求解以下问题。解以下问题。（1 1）已知）已知X=X=25/6425/64，Y=2.875Y=2.875求求X X、Y Y的规格化的规格化的浮点数表示形式。解： X=25/64=（11001/10000

4、00）=0.110012-1， 则:X浮=0,11111;1.1100100; Y=2.875=10.111B=0.10111210 则:Y浮=1,00010;0.1011100（2 2）已知）已知Z Z的浮点数以十六进制表示为的浮点数以十六进制表示为9F4H9F4H，则求，则求Z Z的十进制真值。的十进制真值。解: 9F4H=100111110100 则阶码Z移=100111,则Z补=000111 尾数Z原=1.10100 故: Z=0.1010027=1010000B=(64+16)=80第四章第四章 4.28 4.28 设主存容量为设主存容量为256K256K字字,Cache,Cache

5、容量为容量为2K2K字字, ,块块长为长为4 4。（1 1）设计）设计CacheCache地址格式，地址格式，CacheCache中可装入多少块中可装入多少块数据？数据？（2 2）在直接映射方式下，设计主存地址格式。）在直接映射方式下，设计主存地址格式。（3 3）在四路组相联映射方式下，设计主存地址格式。）在四路组相联映射方式下，设计主存地址格式。（4 4）在全相联映射方式下，设计主存地址格式。）在全相联映射方式下，设计主存地址格式。（5 5）若存储字长为）若存储字长为3232位，存储器按字节寻址，写出位，存储器按字节寻址，写出上述三种映射方式下主存的地址格式。上述三种映射方式下主存的地址格式

6、。 解：（1）主存256K字，则主存地址长度18位 Cache2K字，则Cache地址11位 块长4，则块内地址2位； Cache共有2K/4=512块，则Cache块地址9位 则Cache地址格式为： 9位 2位 共11位（2）直接映射方式下主存地址格式： 7位 9位 2位 总长18位（3）四路组相联映射方式下主存地址格式：主存字块标记主存字块标记Cache字块地址字块地址字块内地址字块内地址Cache字块地址字块地址字块内地址字块内地址 共18位（4）全相联映射方式下主存地址格式 16位 2位 共18位（5）存储字长32位，即4B，则块长为16B 主存256K字为256K4B=1MB，20

7、位地址，主存有1MB16B=128K个块 Cache2K字为2K4B=8KB，Cache有8KB16B=512个块主存字块标记主存字块标记组地址组地址字块内地址字块内地址 9位 7位 2位主存字块标记主存字块标记块内地址块内地址 直接映射方式主存地址格式 7位 9位 4位 共20位 四路组相联映射方式主存地址格式 9位 7位 4位 共20位 全相联映射方式主存地址格式 16位 4位 共20位主存字块标记主存字块标记组地址组地址字块内地址字块内地址主存字块标记主存字块标记Cache字块地址字块地址字块内地址字块内地址主存字块标记主存字块标记字块内地址字块内地址 4.29 4.29 假设假设CPU

8、CPU执行某段程序时共访问执行某段程序时共访问CacheCache命中命中48004800次，访问主存次，访问主存200200次。已知次。已知CacheCache的存储周期的存储周期为为30ns30ns，主存的存取周期是，主存的存取周期是150ns150ns，求，求CacheCache的命的命中率及中率及Cache-Cache-主存系统的平均访问时间和效率，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倍？试问该系统的性能提高了多少倍？ 解：解：CacheCache命中率命中率=4800=4800（4800+200）=96% 平均访问时间平均访问时间=300.96+1500.04=3

9、4.8ns 效率效率e=(3034.8)100%=86.2% 性能提高了性能提高了15034.8-1=3.3倍倍 4.32 4.32 设某机主存容量为设某机主存容量为4MB4MB，CacheCache容量为容量为16KB 16KB ，每块有每块有8 8个字，每字个字，每字3232位。设计一个四路组相连映位。设计一个四路组相连映射的射的CacheCache组织。组织。 （1 1）画出主存地址字段中各段的位数。）画出主存地址字段中各段的位数。 设设CacheCache的初态为空，的初态为空，CPUCPU依次从主存第依次从主存第0,1,20,1,2，8989号单元读出号单元读出9090个字（主存依次

10、读出个字（主存依次读出一个字），并重复按此次序读一个字），并重复按此次序读8 8次，问命中率是多少？次，问命中率是多少？ （2 2）若）若CacheCache的速度是主存速度的的速度是主存速度的6 6倍，试问有倍，试问有CacheCache和无和无CacheCache相比，速度约提高多少倍？相比，速度约提高多少倍？解:(1)根据题意:每字块有8个字,每个字32位故主存地址字段中字块内地址字段为5位(25=32),字块大小为832b=32B=25B所以16KB的CACHE共有214B/25B=29块,即C=9。根据四路组相联映象2r=4得r=2 故q=c-r=9-2=7主存容量为4MB=222B

11、，主存地址字段中主存字块标记位数为22-7-5=10位。 主存地址字段各段格式为： 主存字块标记(10位)组地址(7位)字块内地址(5位) (2)CACHE开始空，CPU访问0单元时肯定不命中，会读取内存，并将内存所在块(0-7号单元)调入CACHE，CPU以后访问1-7号单元会命中，而访问8号单元又不命中，再替换.,所以，CPU在访问0-89号单元时会不命中8,16,87共12个单元。 故命中率=（908-12）/（908）100%=98.4% (3)设主存存取周期为6t，CACHE存取周期为t，没有CACHE的访问时间为6t800，有CACHE的访问时间为t（720-12）+6 t12 则

12、速度提高倍数=（ 6t720）/（ t（720-12）+6 t12 ）=6.5 约提高了6.5-1=5.54倍4.15 4.15 设设CPUCPU共有共有1616根地址线，并用根地址线，并用#MREQ#MREQ（低电平有效）作访存控制信号，（低电平有效）作访存控制信号，R/W#R/W#作作读读/ /写命令信号（高电平读，低电平写）。现有这些存储芯片：写命令信号（高电平读，低电平写）。现有这些存储芯片：ROMROM（2K2K8 8位，位， 4K4K4 4位，位，8K8K8 8位），位），RAMRAM（1K1K4 4位，位， 2K 2K8 8位，位，4K4K8 8位）及位）及74LS13874LS

13、138译码器和译码器和其它门电路。其它门电路。试从上述规格中选用合适的芯片，画出试从上述规格中选用合适的芯片，画出CPUCPU和存储芯片的连接电路。要求如下：和存储芯片的连接电路。要求如下：（1 1）最小）最小4K4K地址为系统程序区，地址为系统程序区，4096-163834096-16383地址范围为用户程序区。地址范围为用户程序区。（2 2）指出选用的存储芯片类型及数量。）指出选用的存储芯片类型及数量。（3 3）详细画出片选逻辑。）详细画出片选逻辑。解：（2）ROM 4K4位2片，位扩展； RAM 共12K8位容量，需要3片 4K8位芯片，字扩展；（3）地址范围ROM地址范围： 0000H

14、0FFFHRAM地址范围：1000H3FFFH，其中：RAM1地址范围1000H1FFFH RAM2地址范围2000H2FFFH RAM3地址范围3000H3FFFH以上地址用A15A14A13A2A1A0展开，得到用于译码器连接用的高位地址A15=0，接译码器使能端，而138译码器的CBA接A14A13A12ROM 的A14A13A12=000 片选接138译码器Y0#RAM1的A14A13A12=001 片选接138译码器Y1#RAM2的A14A13A12=010 片选接138译码器Y2#RAM3的A14A13A12=011 片选接138译码器Y3#电路图略4.17 写出1100对应的汉明

15、码 汉明码：01111004.18 已知接收到的汉明码（按配偶原则配置）为1100100，检查此代码是否有错？第几位错？解：所接收代码有错，错在第6位，正确的为01104.19 已知接收到下列汉明码，分别写出它们所对应的欲传送代码。（1）1100000（按偶性配置）答案：第3位有错，欲传送代码为1000（2）0011001（按奇性配置）答案：第7位有错，欲传送代码为1000 4.16 CPU4.16 CPU假设同上题，现有假设同上题，现有8 8片片8K8K8 8位的位的RAMRAM芯片与芯片与CPUCPU相连。相连。 （1 1）用）用74LS13874LS138译码器画出译码器画出CPUCPU

16、和存储芯片的连接电路。和存储芯片的连接电路。 （2 2）写出每片）写出每片RAMRAM的地址范围。的地址范围。 （3 3）如果运行时发现不论往哪片）如果运行时发现不论往哪片RAMRAM写入数据，以写入数据，以A000HA000H为起始地址的存为起始地址的存储芯片都有与其相同的数据，分析故障原因。储芯片都有与其相同的数据，分析故障原因。 解：（1）8片8K8位的RAM芯片，由于每片地址线直接接A12A11.A0，故A15A14A13接128译码器CBA端，8片RAM字扩展，片选分别接Y7#.Y0# （2）每片地址范围如下： RAM0 0000H-1FFFH RAM1 2000H-3FFFH RAM2 4000H-5FFFH RAM3 6000H-7FFFH RAM4 8000H-9FFFH RAM5 A000H-BFFFH RAM2 C000H-DFFFH RAM3 E000H-FFFFH （3）原因：Y5#连接的芯片片选接地。后果是只能使用一半的RAMP228P228页页 5.2 5.2 有一个有一个64K64K1616位的存储器，由位的存储器，由16K16K1 1位的位的DRAMDR