《习题解答》PPT课件

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1、第 4章 习 题 解 答 v第 1讲 （ P150） 4.3、 4.6、 4.7、 4.12v第 2讲 （ P150） 4.11 、 4.13、 4.14、 4.15v第 3讲 （ P150） 4.17、 4.18、 4.22、 4.24、4.41、 4.42v第 4讲 （ P151） 4.25、 4.28、 4.32v第 5讲 （ P152） 4.39作 业 1 v 补 充 题 1： 若 某 系 统 采 用 页 式 虚 拟 存 储 管 理 ， 页 表 放在 主 存 中 ， 如 果 一 次 内 存 访 问 使 用 50ns， 访 问 一 次主 存 需 要 多 少 时 间 ？ 如 果 增 加 T

2、LB， 忽 略 查 找 TLB表 项 占 用 的 时 间 ， 并 且 75%的 页 表 访 问 命 中 TLB，内 存 的 有 效 访 问 时 间 是 多 少 ？v 补 充 题 2： 主 存 容 量 为 4MB， 虚 存 容 量 为 1GB， 则虚 地 址 和 物 理 地 址 各 为 多 少 位 ？ 如 果 页 面 大 小 为4KB， 则 页 表 长 度 是 多 少 ？作 业 2 3. 存 储 器 的 层 次 结 构 主 要 体 现 在 哪 ？ 为 什 么要 分 这 些 层 次 ？ 计 算 机 如 何 管 理 这 些 层 次 ？缓 存 -主 存 ， 主 存 -辅 存 这 两 个 层 次 ；缓

3、存 -主 存 解 决 速 度 问 题 ； 主 存 -辅 存 解 决 容 量 问 题 ；主 存 与 CACHE之 间 的 信 息 流 动 由 硬 件 自 动 完 成 ； 主 存与 辅 存 层 次 的 调 度 目 前 广 泛 采 用 虚 拟 存 储 技 术 实 现 ， 即将 主 存 与 辅 存 的 一 部 分 通 过 软 硬 结 合 的 技 术 组 成 虚 拟 存储 器 ， 程 序 员 可 使 用 比 主 存 实 际 物 理 地 址 空 间 大 得 多 的虚 拟 地 址 空 间 编 程 ， 当 程 序 运 行 时 ， 再 由 软 、 硬 件 自 动配 合 完 成 虚 拟 地 址 空 间 与 主 存

4、 实 际 物 理 空 间 的 转 换 。 这两 个 层 次 上 的 调 度 或 转 换 操 作 对 于 程 序 员 来 说 是 透 明 的 。 6. 某 机 字 长 为 32位 ， 存 储 容 量 是 64KB， 按 字 编址 它 的 寻 址 范 围 是 多 少 ？ 若 主 存 以 字 节 编 址 ，试 画 出 主 存 字 地 址 和 字 节 地 址 的 分 配 情 况 。字 长 32位 32/8=4B 4字 节 容 量 为 64KB时v按 字 节 编 址 ， 其 寻 址 范 围 就 是 64K；v按 字 编 址 ， 其 寻 址 范 围 为 ： 64KB/4B= 16K0 0 1 2 34 4

5、 5 6 78 8 9 10 11 4 (16K-1) 4 16K-4 4 16K-3 4 16K-2 4 16K-1字 节 地 址 字 地 址 7. 一 个 容 量 为 16K 32位 的 存 储 器 ， 其 地 址 线和 数 据 线 的 总 和 是 多 少 ？ 当 选 用 下 列 不 同 规 格的 存 储 芯 片 时 ， 各 需 要 多 少 片 ？ 1K 4位 ，2K 8位 ， 4K 4位 ， 16K 1位 ， 4K 8位 ，8K 8位 。地 址 线 16K=214 14根数 据 线 32位 32根 总 和 14 + 32 = 46根 选 择 不 同 的 芯 片 时 ， 各 需 要 的 片

6、 数 为 ：v1K 4： （ 16K 32） / （ 1K 4） = 16 8 = 128片 v2K 8： （ 16K 32） / （ 2K 8） = 8 4 = 32片v4K 4位 ： 32； 16K 1： 32片 ；v 4K 8： 16片 ； 8K 8： =8片 11. 一 个 8K 8位 的 动 态 RAM芯 片 ， 其 内 部 结构 排 列 成 256 256形 式 ， 存 取 周 期 为 0.1s。试 问 采 用 集 中 刷 新 、 分 散 刷 新 和 异 步 刷 新 三种 方 式 的 刷 新 间 隔 各 为 多 少 ？采 用 集 中 刷 新 方 式 刷 新 间 隔 为 :2ms，

7、其 中 刷 新死 时 间 为 ： 256 0.1s=25.6s；采 用 分 散 刷 新 方 式 刷 新 间 隔 为 ： 256（ 0.1s+0.1s） =51.2s， 无 死 时 间 ；采 用 异 步 刷 新 方 式 刷 新 间 隔 为 :2ms， 死 时 间0.1s； 12. 画 出 用 1024 4位 的 存 储 芯 片 组 成 一 个 容 量为 64K 8位 的 存 储 器 逻 辑 框 图 。 要 求 将 64K分 成 4个 页 面 ， 每 个 页 面 分 16组 ， 指 出 共 需 多少 片 存 储 芯 片 。总 片 数 = (64K 8位 ) / (1K 4位 )= 64 2 = 1

8、28确 定 各 级 的 容 量 ：v页 面 容 量 = 总 容 量 / 页 面 数 = 64K 8 / 4 = 16K 8位v组 容 量 = 页 面 容 量 / 组 数 = 16K 8位 / 16 = 1K 8位v组 内 片 数 = 组 容 量 / 片 容 量 = 1K 8位 / 1K 4位 = 2 v 13. 设 有 一 个 64K 8位 的 RAM芯 片 ， 试 问 该 芯 片 共有 多 少 个 基 本 单 元 电 路 ？ 欲 设 计 一 种 具 有 上 述 同 样多 存 储 基 元 的 芯 片 ， 要 求 对 芯 片 字 长 的 选 择 应 满 足地 址 线 和 数 据 线 的 总 和

9、为 最 小 ， 试 确 定 这 种 芯 片 的地 址 线 和 数 据 线 ， 并 说 明 有 几 种 解 答 。存 储 基 元 总 数 = 64K 8位 = 512K位 = 219位 ；设 地 址 线 根 数 为 a， 数 据 线 根 数 为 b，v片 容 量 为 ： 2a b = 219； b = 19 a；v若 a = 19， b = 1， 总 和 19+1 = 20；v a = 18， b = 2， 总 和 18+2 = 20； v a = 17， b = 4， 总 和 17+4 = 21； 14. 某 8位 微 型 机 地 址 码 为 18位 ， 若 使 用 4K 4位 的RAM芯 片

10、 组 成 模 块 板 结 构 的 存 储 器 ， 试 问 ：（ 1） 该 机 所 允 许 的 最 大 主 存 空 间 是 多 少 ？（ 2） 若 每 个 模 块 板 为 32K 8位 ， 共 需 几 个 模 块 板 ？（ 3） 每 个 模 块 板 内 共 有 几 片 RAM芯 片 ？（ 4） 共 有 多 少 片 RAM？（ 5） CPU如 何 选 择 各 模 块 板 ？最 大 主 存 空 间 是 ： 218 8位 = 256K 8位 = 256KB模 块 板 总 数 = 256K 8 / 32K 8 = 8块板 内 片 数 = 32K 8位 / 4K 4位 = 8 2 = 16片总 片 数 =

11、 16片 8 = 128片 CPU通 过 最 高 3位 地 址 译 码 输 出 选 择 模 板 ， 次 高 3位 地 址 译码 输 出 选 择 芯 片 ,低 12位 为 片 内 地 址 。 15. 设 CPU共 有 16根 地 址 线 ， 8根 数 据 线 ， 并 用 （ 低 电平 有 效 ） 作 访 存 控 制 信 号 ， 作 读 写 命 令 信 号 （ 高 电平 为 读 ， 低 电 平 为 写 ） 。 现 有 下 列 存 储 芯 片 ： ROM（ 2K 8位 ， 4K 4位 ， 8K 8位 ） ， RAM（ 1K 4位 ， 2K 8位 ， 4K 8位 ） ， 及 74138译 码 器 和

12、其 他门 电 路 （ 门 电 路 自 定 ） 。 从 上 述 规 格 中 选 用 合 适 芯 片 ， 画 出 CPU和 存 储 芯 片的 连 接 图 。 要 求 ： （ 1） 最 小 4K地 址 为 系 统 程 序 区 ， 409616383地 址范 围 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 。 v 地 址 空 间 分 配系 统 程 序 区 （ ROM共 4KB） ： 0000H-0FFFH用 户 程 序 区 （ RAM共 12KB） ： 1000H-3FFFHv 确 定 芯 片 的 数 量

13、及 类 型ROM： 选 择 4K 4位 芯 片 2片 ， 位 并 联RAM： 选 择 4K 8位 芯 片 3片 ， 字 串 联vRAM1地 址 范 围 为 : 1000H-1FFFHvRAM2地 址 范 围 为 : 2000H-2FFFHvRAM3地 址 范 围 为 : 3000H-3FFFHv 分 配 地 址 线A0A11 对 应 片 内 地 址A12A14 片 选 信 号 A15 对 应 G2A， G2B ROM1 RAM1 RAM2 RAM374138 ROM20Y1Y2Y3Y7YA2G B2G1GABCPROG/PD OE CS CS CSOE. . . . . . . .CPUD0D

14、3D4D7R/WA11A0A15A14A13A12MREQ . PROG/PD 17. 写 出 1100、 1101、 1110、 1111对 应 的 汉 明 码 ,前 两位 按 偶 校 验 ， 后 两 位 奇 校 验 。有 效 信 息 均 为 n=4位 ， 假 设 有 效 信 息 用 b4b3b2b1表 示校 验 位 位 数 k=3位 ， （ 2k=n+k+1） ， 为 c1、 c2、 c4汉 明 码 共 4+3=7位 ， 即 ： c1 c2 b4 c4 b3 b2 b1偶 校 验vc1= 3 5 7= b4 b3 b1vc2= 3 6 7 =b4 b2 b1vc4= 5 6 7 =b3 b

15、2 b1v当 有 效 信 息 为 1100时 ， c1c2c4=011,汉 明 码 为 0111100。 v当 有 效 信 息 为 1101时 ， c1c2c4=100,汉 明 码 为 1010101。奇 校 验vc1= 3 5 7= b4 b3 b1vc2= 3 6 7 =b4 b2 b1vc4= 5 6 7 =b3 b2 b1v当 有 效 信 息 为 1110时 ， c1c2c4=111,汉 明 码 为 1111110。v当 有 效 信 息 为 1111时 ， c1c2c4=000,汉 明 码 为 0010111。 18. 已 知 收 到 的 汉 明 码 （ 按 配 偶 原 则 配 置 ）

16、 为1100100、 1100111、 1100000、 1100001， 检 查上 述 代 码 是 否 出 错 ？ 第 几 位 出 错 ？汉 明 码 格 式 为 ： c1 c2 b4 c4 b3 b2 b1P1 =1 3 5 7 =c1 b4 b3 b1P2 =2 3 6 7 =c2 b4 b2 b1P4 =4 5 6 7 =c4 b3 b2 b1如 果 收 到 的 汉 明 码 为 1100100p1p2p4=011， 第 6位 （ b2） 出 错 ， 有 效 信 息 为 ： 0110如 果 收 到 的 汉 明 码 为 1100111p1p2p4=111， 第 7位 （ b1） 出 错 ，

17、有 效 信 息 为 ： 0110如 果 收 到 的 汉 明 码 为 1100000p1p2p4=110， 第 3位 （ b4） 出 错 ， 有 效 信 息 为 ： 1000 如 果 收 到 的 汉 明 码 为 1100001p1p2p4=001， 第 4位 （ c4） 出 错 ， 数 据 没 错 ， 有 效 信 息 为 ： 0001 22. 某 机 字 长 16位 ， 常 规 的 存 储 空 间 为 64K字 ， 若 想 不 改 用 其 他 高 速 的 存 储 芯 片 ， 而使 访 存 速 度 提 高 到 8倍 ， 可 采 取 什 么 措 施 ？画 图 说 明 。采 取 八 体 交 叉 存 取

18、 技 术 。 24.一 个 4体 低 位 交 叉 的 存 储 器 ， 假 设 存 取 周 期为 T， CPU每 隔 1/4存 取 周 期 启 动 一 个 存 储 体 ，试 问 依 次 访 问 64个 字 需 多 少 个 存 取 周 期 ？64/4+(4-1)/4=16.751+(64-1)/4=16.75 25. 什 么 是 “ 程 序 访 问 的 局 部 性 ” ？ 存 储 系 统中 哪 一 级 采 用 了 程 序 访 问 的 局 部 性 原 理 ？程 序 的 局 部 性 原 理 ， 即 程 序 在 一 定 的 时 间 段 内 通常 只 访 问 较 小 的 地 址 空 间 ,包 含 两 种

19、局 部 性 ：v时 间 ： 最 近 被 访 问 过 的 程 序 和 数 据 很 可 能 再 次 被 访 问v空 间 ： CPU很 可 能 访 问 最 近 被 访 问 过 的 地 址 单 元 附 近的 地 址 单 元 。存 储 系 统 中 Cache主 存 层 次 采 用 了 程 序 访 问 的局 部 性 原 理 。 28. 设 主 存 容 量 为 256K字 ， Cache容 量 为 2K字 ， 块 长 为 4.1） 设 计 Cache地 址 格 式 ， Cache中 可 装 入 多 少 块数 据 ？2） 在 直 接 映 射 方 式 下 ， 设 计 主 存 地 址 格 式 。 3） 在 四 路

20、 组 相 联 方 式 下 ， 设 计 主 存 地 址 格 式 。4） 在 全 相 联 映 射 方 式 下 ， 设 计 主 存 地 址 格 式 。 5） 若 存 储 字 长 为 32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 。 v 按 字 寻 址主 存 容 量 256K字 =218字 地 址 线 18位Cache容 量 2K字 =211字 地 址 线 11位块 长 为 4 v主 存 块 数 256K/4=64K 地 址 线 16位vCache块 数 2K/4=512 地 址 线 9位Cache块 数 为 512块 ， 格 式

21、直 接 映 射 下 主 存 地 址 格 式Cache字 块 地 址9 字 块 内 地 址2主 存 字 块 标 记7 Cache字 块 地 址9 字 块 内 地 址2 在 四 路 组 相 联 方 式 下v组 内 块 数 为 4 地 址 线 2位v组 数 512/4=128 地 址 线 7位全 相 联 主 存 字 块 标 记9 组 地 址7 字 块 内 地 址2主 存 字 块 标 记16 字 块 内 地 址2 5） 若 存 储 字 长 为 32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 。块 容 量 4 32/8=16B 地 址

22、 4位直 接 映 射 下 主 存 地 址 格 式在 四 路 组 相 联全 相 联 主 存 字 块 标 记7 Cache字 块 地 址9 字 块 内 地 址4主 存 字 块 标 记9 组 地 址7 字 块 内 地 址4主 存 字 块 标 记16 字 块 内 地 址4 39. 某 磁 盘 存 储 器 转 速 3000转 /分 ， 共 有 4个 记 录盘 面 ， 每 毫 米 5道 ， 每 道 记 录 信 息 12288字 节 ，最 小 磁 道 直 径 为 230mm， 共 有 275道 ， 求 ： 1） 磁 盘 存 储 器 的 存 储 容 量 n k s=4 275 12288=13,516,800

23、B 2） 最 高 位 密 度 （ 最 小 磁 道 的 位 密 度 ） 和 最 低 位密 度 。 )(0.136230812288 minmax bpmdfD ib )(92)5/275(2230( 812288maxmin bpmdfD ib 3） 磁 盘 数 据 传 输 率 。4） 平 均 等 待 时 间 。 )(400,61460300012288 BpsVsDr sttt wa 01.05.03000602 minmax 41.设 有 效 信 息 为 110， 试 用 生 成 多 项 式G(x)=11011将 其 编 成 循 环 冗 余 校 验 码 。解 ： 有 效 信 息 110 =

24、M(x)=x2+x1 由 生 成 多 项 式 11011 = G(x)=x4+x3+x+1 得 校 验 码 位 数 k=5-1=4 将 有 效 信 息 左 移 4位 后 再 被 G(x)模 2除 ， 得 M(x) x4=1100000=x6+x5 M(x)x4 /G(x)=1100000/11011 = 所 以 M(x)X 4 + R(x)=1100000 + 1100 =1101100 为CRC码 100+1100/11011 v42. 有 一 个 (7,4)码 ， 生 成 多 项 式 G(x)=x3+x+1,写 出 代 码 1001的 循 环 冗 余 校 验 码 。解 ： 有 效 信 息

25、1001 = M(x)=x3+1 由 生 成 多 项 式 G(x)=x3+x+1 得 校 验 码 位 数 k=4-1=3 将 有 效 信 息 左 移 3位 后 再 被 G(x)模 2除 ， 得 M(x) x3=1001000=x6+x3 M(x)x3 /G(x)=1001000/1011 = 所 以 M(x)X 3 + R(x)=1001000 + 110 =1001110 为CRC码 1010+110/1011 v补 充 题 1： 若 某 系 统 采 用 页 式 虚 拟 存 储 管 理 ，页 表 放 在 主 存 中 ， 如 果 一 次 内 存 访 问 使 用50ns， 访 问 一 次 主 存

26、 需 要 多 少 时 间 ？ 如 果 增加 TLB， 忽 略 查 找 TLB表 项 占 用 的 时 间 ， 并且 75%的 页 表 访 问 命 中 TLB， 内 存 的 有 效 访问 时 间 是 多 少 ？v 解 ： 1） 若 页 表 放 在 主 存 内 ， 要 实 现 一 次 页 面 访 问 需要 访 问 2次 主 存 ， 第 一 次 访 问 页 表 确 定 所 存 取 页 面 的物 理 地 址 ， 第 二 次 才 是 根 据 地 址 取 页 面 数 据 ， 所 以访 问 一 次 主 存 需 要 50*2=100ns v 2） 0.75*50+0.25*100=62.5ns v补 充 题 2： 主 存 容 量 为 4MB， 虚 存 容 量 为 1GB，则 虚 地 址 和 物 理 地 址 各 为 多 少 位 ？ 如 果 页 面大 小 为 4KB， 则 页 表 长 度 是 多 少 ？v解 ： 1） 虚 存 容 量 1GB对 应 地 址 为 30位 ；v 主 存 容 量 4MB对 应 地 址 为 22位 ；v 2） 1GB/4KB=256K