计算机组成原理第4章作业答案

计算机组成原理第计算机组成原理第4 4章作章作业答案业答案1.1.解释概念：解释概念：解释概念：解释概念：主存：主存：主存：主存：主存储器的简称，主要特点是可以和主存储器的简称，主要特点是可以和主存储器的简称，主要特点是可以和主存储器的简称，主要特点是可以和CPUCPU直接交换信息。直接交换信息。直接交换信息。直接交换信息。(P70)(P70)辅存：辅助存储器的简称，是主存储器的后援辅存：辅助存储器的简称，是主存储器的后援辅存：辅助存储器的简称，是主存储器的后援辅存：辅助存储器的简称，是主存储器的后援存储器，用来存放当前暂时不用的程序和数据，存储器，用来存放当前暂时不用的程序和数据，存储器，用来存放当前暂时不用的程序和数据，存储器，用来存放当前暂时不用的程序和数据，它不能与它不能与它不能与它不能与CPUCPU直接交换信息。直接交换信息。直接交换信息。直接交换信息。(P70)(P70)CacheCache：高速缓冲存储器，用在主存和高速缓冲存储器，用在主存和高速缓冲存储器，用在主存和高速缓冲存储器，用在主存和CPUCPU之间之间之间之间使两者速度更好地匹配。使两者速度更好地匹配。使两者速度更好地匹配。使两者速度更好地匹配。(P71)(P71)RAMRAM：随机存储器，是一种可读随机存储器，是一种可读随机存储器，是一种可读随机存储器，是一种可读/写存储器，其写存储器，其写存储器，其写存储器，其特点是存储器的任何一个存储单元的内容都可特点是存储器的任何一个存储单元的内容都可特点是存储器的任何一个存储单元的内容都可特点是存储器的任何一个存储单元的内容都可以随机存取，而且存取时间与存储单元的物理以随机存取，而且存取时间与存储单元的物理以随机存取，而且存取时间与存储单元的物理以随机存取，而且存取时间与存储单元的物理位置无关。位置无关。位置无关。位置无关。(P69)(P69)SRAMSRAM：静态静态静态静态RAMRAM，以触发器原理寄存信息。，以触发器原理寄存信息。，以触发器原理寄存信息。，以触发器原理寄存信息。(P69)(P69)DRAMDRAM：动态动态动态动态RAMRAM，以电容充放电原理寄存信，以电容充放电原理寄存信，以电容充放电原理寄存信，以电容充放电原理寄存信息。息。息。息。(P69)(P69)ROMROM：只读存储器，是能对其存储的内容读出，而不只读存储器，是能对其存储的内容读出，而不只读存储器，是能对其存储的内容读出，而不只读存储器，是能对其存储的内容读出，而不能对其重新写入的存储器。这种存储器一旦存入了能对其重新写入的存储器。这种存储器一旦存入了能对其重新写入的存储器。这种存储器一旦存入了能对其重新写入的存储器。这种存储器一旦存入了原始信息后，在程序执行的过程中，只能将内部信原始信息后，在程序执行的过程中，只能将内部信原始信息后，在程序执行的过程中，只能将内部信原始信息后，在程序执行的过程中，只能将内部信息读出，而不能随意重新写入新的信息去改变原始息读出，而不能随意重新写入新的信息去改变原始息读出，而不能随意重新写入新的信息去改变原始息读出，而不能随意重新写入新的信息去改变原始信息。信息。信息。信息。(P69)(P69)PROMPROM：是可以实现一次性编程的只读存储器。是可以实现一次性编程的只读存储器。是可以实现一次性编程的只读存储器。是可以实现一次性编程的只读存储器。(P89)(P89)EPROMEPROM：是一种可擦除可编程只读存储器。它可以由是一种可擦除可编程只读存储器。它可以由是一种可擦除可编程只读存储器。它可以由是一种可擦除可编程只读存储器。它可以由用户对其所存信息作任意次的改写。用户对其所存信息作任意次的改写。用户对其所存信息作任意次的改写。用户对其所存信息作任意次的改写。(P90)(P90)EEPROMEEPROM：用电可擦除只读存储器，在联机条件下，用电可擦除只读存储器，在联机条件下，用电可擦除只读存储器，在联机条件下，用电可擦除只读存储器，在联机条件下，用字擦除方式或页擦除方式，既可局部擦写，又可用字擦除方式或页擦除方式，既可局部擦写，又可用字擦除方式或页擦除方式，既可局部擦写，又可用字擦除方式或页擦除方式，既可局部擦写，又可全部擦写，这种全部擦写，这种全部擦写，这种全部擦写，这种EPROMEPROM就是就是就是就是EEPROMEEPROM。(P69,91)(P69,91)CDROMCDROM：只读型光盘，这种光盘内的数据和程序是由只读型光盘，这种光盘内的数据和程序是由只读型光盘，这种光盘内的数据和程序是由只读型光盘，这种光盘内的数据和程序是由厂家事先写入的，使用时用户只能读出，不能修改厂家事先写入的，使用时用户只能读出，不能修改厂家事先写入的，使用时用户只能读出，不能修改厂家事先写入的，使用时用户只能读出，不能修改或写入新的内容。或写入新的内容。或写入新的内容。或写入新的内容。(P147)(P147)FlahmemoryFlahmemory：闪速存储器，又称快擦型存储器，它是闪速存储器，又称快擦型存储器，它是闪速存储器，又称快擦型存储器，它是闪速存储器，又称快擦型存储器，它是在在在在EPROMEPROM和和和和EEPROMEEPROM工艺基础上产生的一种新型工艺基础上产生的一种新型工艺基础上产生的一种新型工艺基础上产生的一种新型的、具有性能价格比更好、可靠性更高的可擦写非的、具有性能价格比更好、可靠性更高的可擦写非的、具有性能价格比更好、可靠性更高的可擦写非的、具有性能价格比更好、可靠性更高的可擦写非易失性存储器。（易失性存储器。（易失性存储器。（易失性存储器。（P91P91）3.3.存储器的层次结构主要体现在什存储器的层次结构主要体现在什存储器的层次结构主要体现在什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？计算机么地方？为什么要分这些层次？计算机么地方？为什么要分这些层次？计算机么地方？为什么要分这些层次？计算机如何管理这些层次？如何管理这些层次？如何管理这些层次？如何管理这些层次？答：存储器的层次结构主要体现在答：存储器的层次结构主要体现在答：存储器的层次结构主要体现在答：存储器的层次结构主要体现在CacheCache主存主存主存主存和和和和主存主存主存主存辅存辅存辅存辅存这两个存储层这两个存储层这两个存储层这两个存储层次上。次上。次上。次上。CacheCache主存层次在存储系统中主要主存层次在存储系统中主要主存层次在存储系统中主要主存层次在存储系统中主要对对对对CPUCPU访存起访存起访存起访存起加速加速加速加速作用，即从整体运行作用，即从整体运行作用，即从整体运行作用，即从整体运行的效果分析，的效果分析，的效果分析，的效果分析，CPUCPU访存速度加快，访存速度加快，访存速度加快，访存速度加快，接近接近接近接近于于于于CacheCache的速度，的速度，的速度，的速度，而寻址空间和位价却接而寻址空间和位价却接而寻址空间和位价却接而寻址空间和位价却接近于主存。近于主存。近于主存。近于主存。主存主存主存主存辅存层次在存储系统中主要辅存层次在存储系统中主要辅存层次在存储系统中主要辅存层次在存储系统中主要起起起起扩容扩容扩容扩容作用，即从程序员的角度看，他作用，即从程序员的角度看，他作用，即从程序员的角度看，他作用，即从程序员的角度看，他所使用的存储器所使用的存储器所使用的存储器所使用的存储器其容量和位价接近于辅其容量和位价接近于辅其容量和位价接近于辅其容量和位价接近于辅存，存，存，存，而速度接近于主存。而速度接近于主存。而速度接近于主存。而速度接近于主存。综合综合综合综合上述两个存储层次的作用，从上述两个存储层次的作用，从上述两个存储层次的作用，从上述两个存储层次的作用，从整个整个整个整个存储系统来看，就达到了速度快、存储系统来看，就达到了速度快、存储系统来看，就达到了速度快、存储系统来看，就达到了速度快、容量大、位价低的容量大、位价低的容量大、位价低的容量大、位价低的优化优化优化优化效果。效果。效果。效果。主存与主存与主存与主存与CACHECACHE之间的信息调度功能之间的信息调度功能之间的信息调度功能之间的信息调度功能全部由硬件自动完成全部由硬件自动完成全部由硬件自动完成全部由硬件自动完成。而主存。而主存。而主存。而主存辅存层辅存层辅存层辅存层次的调度目前广泛采用次的调度目前广泛采用次的调度目前广泛采用次的调度目前广泛采用虚拟虚拟虚拟虚拟存储技术实存储技术实存储技术实存储技术实现，即将主存与辅存的一部份通过现，即将主存与辅存的一部份通过现，即将主存与辅存的一部份通过现，即将主存与辅存的一部份通过软硬软硬软硬软硬结合的技术结合的技术结合的技术结合的技术组成组成组成组成虚拟存储器虚拟存储器虚拟存储器虚拟存储器，程序员可，程序员可，程序员可，程序员可使用这个比主存实际空间（使用这个比主存实际空间（使用这个比主存实际空间（使用这个比主存实际空间（物理地址空物理地址空物理地址空物理地址空间间间间）大得多的虚拟地址空间（）大得多的虚拟地址空间（）大得多的虚拟地址空间（）大得多的虚拟地址空间（逻辑地址逻辑地址逻辑地址逻辑地址空间空间空间空间）编程，当程序运行时，再由）编程，当程序运行时，再由）编程，当程序运行时，再由）编程，当程序运行时，再由软、软、软、软、硬件自动配合完成硬件自动配合完成硬件自动配合完成硬件自动配合完成虚拟地址空间与主存虚拟地址空间与主存虚拟地址空间与主存虚拟地址空间与主存实际物理空间的实际物理空间的实际物理空间的实际物理空间的转换转换转换转换。因此，这两个层。因此，这两个层。因此，这两个层。因此，这两个层次上的调度或转换操作对于程序员来说次上的调度或转换操作对于程序员来说次上的调度或转换操作对于程序员来说次上的调度或转换操作对于程序员来说都是透明的。都是透明的。都是透明的。都是透明的。5.5.什么是存储器的什么是存储器的什么是存储器的什么是存储器的带宽带宽带宽带宽？若存储器的数据？若存储器的数据？若存储器的数据？若存储器的数据总线宽度为总线宽度为总线宽度为总线宽度为3232位，存取周期为位，存取周期为位，存取周期为位，存取周期为200ns200ns，则，则，则，则存储器的带宽是多少？存储器的带宽是多少？存储器的带宽是多少？存储器的带宽是多少？解：存储器的带宽指解：存储器的带宽指解：存储器的带宽指解：存储器的带宽指单位时间内从存单位时间内从存单位时间内从存单位时间内从存储器进出信息的储器进出信息的储器进出信息的储器进出信息的最大最大最大最大数量数量数量数量。存储器带宽存储器带宽存储器带宽存储器带宽=1/200ns=1/200ns 3232位位位位=160Mb/s=160Mb/s=20MB/s20MB/s=5MW/s=5MW/s注意字长（注意字长（注意字长（注意字长（3232位）不是位）不是位）不是位）不是1616位。位。位。位。（注：本题的兆单位来自时间（注：本题的兆单位来自时间（注：本题的兆单位来自时间（注：本题的兆单位来自时间=10=106 6）6.6.某机字长为某机字长为某机字长为某机字长为3232位，其存储容量是位，其存储容量是位，其存储容量是位，其存储容量是64KB64KB，按字编址按字编址按字编址按字编址其寻址范围是多少？若主其寻址范围是多少？若主其寻址范围是多少？若主其寻址范围是多少？若主存存存存以字节编址以字节编址以字节编址以字节编址，试画出主存字地址和字节，试画出主存字地址和字节，试画出主存字地址和字节，试画出主存字地址和字节地址的分配情况。地址的分配情况。地址的分配情况。地址的分配情况。解：存储容量是解：存储容量是解：存储容量是解：存储容量是64KB64KB时，时，时，时，按字节编址按字节编址按字节编址按字节编址的寻址范围就是的寻址范围就是的寻址范围就是的寻址范围就是64KB64KB，则：，则：，则：，则：按字寻址范围按字寻址范围按字寻址范围按字寻址范围=64K=64K 8/32=16K8/32=16K字字字字按字节编址时的主存地址分配图如下：按字节编址时的主存地址分配图如下：按字节编址时的主存地址分配图如下：按字节编址时的主存地址分配图如下：0 01 12 236 65 54 4655346553465532655327 765535655356553365533字地址字地址字地址字地址 HBHB字节地址字节地址字节地址字节地址LBLB0 04 48 8655286552865532655327.7.一个容量为一个容量为一个容量为一个容量为16K16K 3232位的存储器，其位的存储器，其位的存储器，其位的存储器，其地址线和数据线的总和地址线和数据线的总和地址线和数据线的总和地址线和数据线的总和是多少？当选用下是多少？当选用下是多少？当选用下是多少？当选用下列不同规格的存储芯片时，各需要多少片列不同规格的存储芯片时，各需要多少片列不同规格的存储芯片时，各需要多少片列不同规格的存储芯片时，各需要多少片？1K1K 4 4位，位，位，位，2K2K 8 8位，位，位，位，4K4K 4 4位，位，位，位，16K16K 1 1位，位，位，位，4K4K 8 8位，位，位，位，8K8K 8 8位位位位解：解：解：解：地址线和数据线的总和地址线和数据线的总和地址线和数据线的总和地址线和数据线的总和=14+32=46=14+32=46根根根根；各需要的片数为：各需要的片数为：各需要的片数为：各需要的片数为：1K1K 4 4：16K16K 3232/1K1K 4=164=16 8=8=128128片片片片 2K2K 8 8：16K16K 3232/2K2K 8=88=8 4=4=3232片片片片 4K4K 4 4：16K16K 3232/4K4K 4=44=4 8=8=3232片片片片 16K16K 1 1：16K16K 3232/16K16K 1=1=3232片片片片 4K4K 8 8：16K16K 3232/4K4K 8=48=4 4=4=1616片片片片 8K8K 8 8：16K16K 3232/8K8K 8=2X4=8=2X4=8 8片片片片 9.9.什么叫什么叫什么叫什么叫刷新刷新刷新刷新？为什么为什么为什么为什么要刷新？说明要刷新？说明要刷新？说明要刷新？说明刷新有刷新有刷新有刷新有几种方法几种方法几种方法几种方法。解：解：解：解：刷新刷新刷新刷新对对对对DRAMDRAM定期定期定期定期进行的进行的进行的进行的全全全全部重写部重写部重写部重写过程；过程；过程；过程；刷新原因刷新原因刷新原因刷新原因因因因因电容泄漏电容泄漏电容泄漏电容泄漏而引起的而引起的而引起的而引起的DRAMDRAM所存信息的衰减需要所存信息的衰减需要所存信息的衰减需要所存信息的衰减需要及时补充及时补充及时补充及时补充，因，因，因，因此安排了定期刷新操作；此安排了定期刷新操作；此安排了定期刷新操作；此安排了定期刷新操作；常用的刷新方法常用的刷新方法常用的刷新方法常用的刷新方法有三种有三种有三种有三种集中式集中式集中式集中式、分散式、异步式分散式、异步式分散式、异步式分散式、异步式。集中式：集中式：集中式：集中式：在最大刷新间隔时间内，在最大刷新间隔时间内，在最大刷新间隔时间内，在最大刷新间隔时间内，集集集集中安排中安排中安排中安排一段时间进行刷新；一段时间进行刷新；一段时间进行刷新；一段时间进行刷新；分散式：分散式：分散式：分散式：在每个读在每个读在每个读在每个读/写周期之后写周期之后写周期之后写周期之后插入一插入一插入一插入一个个个个刷新周期，无刷新周期，无刷新周期，无刷新周期，无CPUCPU访存死时间；访存死时间；访存死时间；访存死时间；异步式：异步式：异步式：异步式：是集中式和分散式的是集中式和分散式的是集中式和分散式的是集中式和分散式的折衷折衷折衷折衷。11.11.一个一个一个一个8K8K88位的位的位的位的动态动态RAMRAM芯片，其芯片，其芯片，其芯片，其内部内部内部内部结结构排列成构排列成构排列成构排列成256256256256形式，存取周期形式，存取周期形式，存取周期形式，存取周期为为0.1s0.1s。试问试问采用集中刷新、分散刷新及异采用集中刷新、分散刷新及异采用集中刷新、分散刷新及异采用集中刷新、分散刷新及异步刷新三种方式的步刷新三种方式的步刷新三种方式的步刷新三种方式的刷新刷新刷新刷新间间隔隔隔隔各各各各为为多少？多少？多少？多少？注意：注意：注意：注意：DRAMDRAM的最大刷新的最大刷新的最大刷新的最大刷新间间隔隔隔隔时间为时间为2ms2ms，因此分析是要注明是行因此分析是要注明是行因此分析是要注明是行因此分析是要注明是行间间刷新刷新刷新刷新间间隔、隔、隔、隔、芯片最大刷新芯片最大刷新芯片最大刷新芯片最大刷新间间隔。隔。隔。隔。解：解：解：解：则则异步刷新，异步刷新，异步刷新，异步刷新，最大刷新最大刷新最大刷新最大刷新间间隔隔隔隔时间为时间为2ms2ms，行行行行间间刷新刷新刷新刷新间间隔隔隔隔=2ms/256=2ms/256行行行行=0.0078125ms=0.0078125ms=7.8125s7.8125s即：每即：每即：每即：每7.8125s7.8125s刷新一行。刷新一行。刷新一行。刷新一行。集中刷新集中刷新集中刷新集中刷新时时，最大刷新，最大刷新，最大刷新，最大刷新间间隔隔隔隔时间为时间为2ms2ms，行，行，行，行间间刷新刷新刷新刷新间间隔隔隔隔为为0.1s0.1s。集中刷新的。集中刷新的。集中刷新的。集中刷新的死死死死时时间间=0.1s256=0.1s256行行行行=25.6s=25.6s。分散刷新分散刷新的行的行间刷新刷新间隔隔=0.1s2=0.2s即：每即：每0.2s刷新一行。刷新一行。分散分散刷新一遍刷新一遍的的时间=0.1s2256行行=51.2s则分散刷新分散刷新时，2ms内可内可重复重复刷新遍数刷新遍数=2ms/51.2s39遍遍13.13.设有一个设有一个设有一个设有一个64K64K 8 8位位位位的的的的RAMRAM芯片，芯片，芯片，芯片，试问该芯片共有多少个试问该芯片共有多少个试问该芯片共有多少个试问该芯片共有多少个基本单元基本单元基本单元基本单元电路电路电路电路（简称存储基元）？欲设计一种具有上（简称存储基元）？欲设计一种具有上（简称存储基元）？欲设计一种具有上（简称存储基元）？欲设计一种具有上述同样多存储基元的芯片，要求对芯片述同样多存储基元的芯片，要求对芯片述同样多存储基元的芯片，要求对芯片述同样多存储基元的芯片，要求对芯片字长的选择应满足字长的选择应满足字长的选择应满足字长的选择应满足地址线和数据线的总地址线和数据线的总地址线和数据线的总地址线和数据线的总和为最小和为最小和为最小和为最小，试确定这种芯片的地址线和，试确定这种芯片的地址线和，试确定这种芯片的地址线和，试确定这种芯片的地址线和数据线，并说明有数据线，并说明有数据线，并说明有数据线，并说明有几种几种几种几种解答。解答。解答。解答。解：解：解：解：存储基元总数存储基元总数存储基元总数存储基元总数=64K=64K 8 8位位位位=512K=512K位位位位=2 21919位位位位；思路思路思路思路：如要满足地址线和数据线总：如要满足地址线和数据线总：如要满足地址线和数据线总：如要满足地址线和数据线总和最小，应尽量把存储元安排在和最小，应尽量把存储元安排在和最小，应尽量把存储元安排在和最小，应尽量把存储元安排在字向字向字向字向，因为地址位数和字数成因为地址位数和字数成因为地址位数和字数成因为地址位数和字数成2 2的幂的幂的幂的幂的关系，的关系，的关系，的关系，可较好地可较好地可较好地可较好地压缩压缩压缩压缩线数。线数。线数。线数。设地址线根数为设地址线根数为设地址线根数为设地址线根数为a a，数据线根数为，数据线根数为，数据线根数为，数据线根数为b b，则片容量为：，则片容量为：，则片容量为：，则片容量为：2 2aa bb=2=21919；b=2b=219-a19-a；若若若若a=19a=19，b=1b=1，总和，总和，总和，总和=19+1=19+1=2020；a=18a=18，b=2b=2，总和，总和，总和，总和=18+2=2018+2=20；a=17a=17，b=4b=4，总和，总和，总和，总和=17+4=21=17+4=21；a=16a=16，b=8b=8，总和，总和，总和，总和=16+8=24=16+8=24；由上可看出：由上可看出：由上可看出：由上可看出：片字数越少，片字长越片字数越少，片字长越片字数越少，片字长越片字数越少，片字长越长，引脚数越多。长，引脚数越多。长，引脚数越多。长，引脚数越多。片字数、片位数均按片字数、片位数均按片字数、片位数均按片字数、片位数均按2 2的幂变化的幂变化的幂变化的幂变化。结论：结论：结论：结论：如果满足地址线和数据线的总如果满足地址线和数据线的总如果满足地址线和数据线的总如果满足地址线和数据线的总和为最小，这种芯片的引脚分配方案有和为最小，这种芯片的引脚分配方案有和为最小，这种芯片的引脚分配方案有和为最小，这种芯片的引脚分配方案有两两两两种种种种：地址线：地址线：地址线：地址线=1919根根根根，数据线，数据线，数据线，数据线=1 1根根根根；或地；或地；或地；或地址线址线址线址线=1818根根根根，数据线，数据线，数据线，数据线=2 2根根根根。14.14.某某某某8 8位位位位微型机微型机微型机微型机地址码为地址码为地址码为地址码为1818位位位位，若使用若使用若使用若使用4K4K 4 4位位位位的的的的RAMRAM芯片组成模块芯片组成模块芯片组成模块芯片组成模块板结构的存储器，试问：板结构的存储器，试问：板结构的存储器，试问：板结构的存储器，试问：（1 1）该机所允许的）该机所允许的）该机所允许的）该机所允许的最大主存空间最大主存空间最大主存空间最大主存空间是多少？是多少？是多少？是多少？（2 2）若每个模块板为）若每个模块板为）若每个模块板为）若每个模块板为32K32K 8 8位位位位，共需共需共需共需几个几个几个几个模块板？模块板？模块板？模块板？（3 3）每个模块板内共有）每个模块板内共有）每个模块板内共有）每个模块板内共有几片几片几片几片RAMRAM芯片？芯片？芯片？芯片？（4 4）共有）共有）共有）共有多少片多少片多少片多少片RAMRAM？（5 5）CPUCPU如何如何如何如何选择选择选择选择各模块板？各模块板？各模块板？各模块板？解：解：解：解：（1 1）2 21818=256K=256K，则该机所允许的最大，则该机所允许的最大，则该机所允许的最大，则该机所允许的最大主存空间是主存空间是主存空间是主存空间是256K256K 8 8位位位位（或（或（或（或256KB256KB）；）；）；）；（2 2）模块板总数）模块板总数）模块板总数）模块板总数=256K=256K 8 8/32K32K 8 8=8 8个个个个；（3 3）板内片数）板内片数）板内片数）板内片数=32K=32K 8 8位位位位/4K/4K 4 4位位位位=8=8 2=2=1616片片片片；（4 4）总片数）总片数）总片数）总片数=16=16片片片片 8 8个个个个=128128片片片片；（5 5）CPUCPU通过通过通过通过最高最高最高最高3 3位地址译码位地址译码位地址译码位地址译码选板，选板，选板，选板，次高次高次高次高3 3位地址译码位地址译码位地址译码位地址译码选片。地址格式分配如选片。地址格式分配如选片。地址格式分配如选片。地址格式分配如下：下：下：下：板地址板地址板地址板地址片地址片地址片地址片地址片内地址片内地址片内地址片内地址3312331217 15 14 12 11 015.15.设设设设CPUCPU共有共有共有共有1616根地址线根地址线根地址线根地址线，8 8根数据线根数据线根数据线根数据线，并用并用并用并用-MREQ-MREQ（低电平有效）作访存控制信（低电平有效）作访存控制信（低电平有效）作访存控制信（低电平有效）作访存控制信号，号，号，号，R/-WR/-W作读作读作读作读/写命令信号（高电平为读，写命令信号（高电平为读，写命令信号（高电平为读，写命令信号（高电平为读，低电平为写）。现有这些存储芯片：低电平为写）。现有这些存储芯片：低电平为写）。现有这些存储芯片：低电平为写）。现有这些存储芯片：ROMROM（2K2K 8 8位，位，位，位，4K4K 4 4位，位，位，位，8K8K 8 8位），位），位），位），RAMRAM（1K1K 4 4位，位，位，位，2K2K 8 8位，位，位，位，4K4K 8 8位），及位），及位），及位），及7413874138译码器和其他译码器和其他译码器和其他译码器和其他门电路门电路门电路门电路（门电路自定）。（门电路自定）。（门电路自定）。（门电路自定）。试从上述规格中选用合适的芯片，画试从上述规格中选用合适的芯片，画试从上述规格中选用合适的芯片，画试从上述规格中选用合适的芯片，画出出出出CPUCPU和存储芯片的连接图。要求如下：和存储芯片的连接图。要求如下：和存储芯片的连接图。要求如下：和存储芯片的连接图。要求如下：（1 1）最小最小最小最小4K4K地址地址地址地址为为为为系统系统系统系统程序区，程序区，程序区，程序区，409616383409616383地址范围为地址范围为地址范围为地址范围为用户用户用户用户程序区；程序区；程序区；程序区；（2 2）指出）指出）指出）指出选用选用选用选用的存储芯片类型及数量；的存储芯片类型及数量；的存储芯片类型及数量；的存储芯片类型及数量；（3 3）详细）详细）详细）详细画出画出画出画出片选逻辑。片选逻辑。片选逻辑。片选逻辑。解：解：解：解：第一步，第一步，第一步，第一步，根据题目的地址范围写出相应的二进制地址码根据题目的地址范围写出相应的二进制地址码根据题目的地址范围写出相应的二进制地址码根据题目的地址范围写出相应的二进制地址码。A15 A12 A11 A8 A7 A4 A3 A00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1最小最小4K8位位系统程序区系统程序区相邻相邻12K8位位用户程序区用户程序区第二步，第二步，第二步，第二步，根据地址范围的容量及其在计算机系统中的作用，确定最小根据地址范围的容量及其在计算机系统中的作用，确定最小4KB最小系统程序区选择最小系统程序区选择2片片4K4位位ROM；与其相邻的与其相邻的12KB用户程序用户程序区选择区选择3片片4K8位位RAM。第三步，第三步，第三步，第三步，分配分配分配分配CPUCPU地址线。地址线。地址线。地址线。将将将将CPUCPU的低的低的低的低1212位地址线位地址线位地址线位地址线A A1111AA0 0 与与与与2片片4K4位位ROM和和3片片4K8位位RAM的的地址线相连。地址线相连。第四步，第四步，第四步，第四步，形成片选信号。形成片选信号。形成片选信号。形成片选信号。将将将将7413874138译码器的控制端译码器的控制端译码器的控制端译码器的控制端G1G1接接接接+5V+5V，-G2A,-G2B-G2A,-G2B分别接分别接分别接分别接A15A15和和和和-MREQ.CPUMREQ.CPU的的的的A14,A13,A12A14,A13,A12分别接在译码器的分别接在译码器的分别接在译码器的分别接在译码器的C,B,AC,B,A端。端。端。端。-Y0-Y0作为并联的作为并联的作为并联的作为并联的两片两片两片两片ROMROM的片选信号，的片选信号，的片选信号，的片选信号，-Y1,-Y2,-Y3-Y1,-Y2,-Y3分别作为串联的分别作为串联的分别作为串联的分别作为串联的3 3片片片片RAMRAM的片选信的片选信的片选信的片选信号。号。号。号。CPUCPU和存储器连接逻辑图和存储器连接逻辑图和存储器连接逻辑图和存储器连接逻辑图及及及及片选逻辑片选逻辑片选逻辑片选逻辑：4K4K 4 4ROMROMCPUCPU7413874138（3 3：8 8）4K4K 4 4ROMROM4K4K 8 8RAMRAM4K4K 8 8RAMRAM4K4K 8 8RAMRAM-MREQ-MREQA15A15A14A14A13A13A12A12CBA-Y0-G2A-G2B-G2A-G2BG1G1+5V+5VA11A11A0A0D7D7D4D4D3D3D0D0R/-WR/-W-Y1-Y2-Y3A11 A0A11 A0A11 A0A11 A0A11 A0D7 D4D3 D0D7 D0D7 D0D7 D0-CS0-CS1-CS2-CS3-CS0-CS1-CS2-CS3讨论：讨论：讨论：讨论：1 1 1 1）选片：选片：选片：选片：当采用字扩展和位扩展所用芯片一当采用字扩展和位扩展所用芯片一当采用字扩展和位扩展所用芯片一当采用字扩展和位扩展所用芯片一样多时，样多时，样多时，样多时，选位扩展选位扩展选位扩展选位扩展。理由：理由：理由：理由：字扩展需设计片选译码，较麻烦，而字扩展需设计片选译码，较麻烦，而字扩展需设计片选译码，较麻烦，而字扩展需设计片选译码，较麻烦，而位扩展只需将数据线按位引出即可。位扩展只需将数据线按位引出即可。位扩展只需将数据线按位引出即可。位扩展只需将数据线按位引出即可。本题如选用本题如选用本题如选用本题如选用2K82K82K82K8 ROM ROM ROM ROM，则，则，则，则RAMRAMRAMRAM也应选也应选也应选也应选2K82K82K82K8的。的。的。的。否则片选要采用二级译码，实现较麻烦。否则片选要采用二级译码，实现较麻烦。否则片选要采用二级译码，实现较麻烦。否则片选要采用二级译码，实现较麻烦。当需要当需要当需要当需要RAMRAMRAMRAM、ROMROMROMROM等多种芯片等多种芯片等多种芯片等多种芯片混用混用混用混用时，应尽量时，应尽量时，应尽量时，应尽量选容量等外特性较为一致的芯片，以便于选容量等外特性较为一致的芯片，以便于选容量等外特性较为一致的芯片，以便于选容量等外特性较为一致的芯片，以便于简化简化简化简化连连连连线。线。线。线。2 2 2 2）应尽可能的应尽可能的应尽可能的应尽可能的避免避免避免避免使用二级译码，以使设计使用二级译码，以使设计使用二级译码，以使设计使用二级译码，以使设计简练。但要注意在需要二级译码时如果不使用，简练。但要注意在需要二级译码时如果不使用，简练。但要注意在需要二级译码时如果不使用，简练。但要注意在需要二级译码时如果不使用，会使选片产生会使选片产生会使选片产生会使选片产生二意性二意性二意性二意性。3 3）片选译码器的片选译码器的各输出各输出所选所选的存储区域是的存储区域是一样大一样大的，因此所选的，因此所选芯片的芯片的字容量应一致字容量应一致，如不一致时，如不一致时就要考虑二级译码。就要考虑二级译码。4 4）其它常见错误：其它常见错误：ROMROM连读连读/写控制线写控制线-WE-WE；（ROMROM无读无读/写控制端）写控制端）16.CPU16.CPU假设同上题，现有假设同上题，现有假设同上题，现有假设同上题，现有8 8片片片片8K8K 8 8位位位位的的的的RAMRAM芯片与芯片与芯片与芯片与CPUCPU相连。相连。相连。相连。（1 1）用）用）用）用7413874138译码器画出译码器画出译码器画出译码器画出CPUCPU与存与存与存与存储芯片的储芯片的储芯片的储芯片的连接图连接图连接图连接图；（2 2）写出每片）写出每片）写出每片）写出每片RAMRAM的的的的地址范围地址范围地址范围地址范围；（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）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，以写入数据，以写入数据，以A000HA000H为起始地址的为起始地址的为起始地址的为起始地址的存储芯片都有与其存储芯片都有与其存储芯片都有与其存储芯片都有与其相同相同相同相同的数据，分析的数据，分析的数据，分析的数据，分析故故故故障原因障原因障原因障原因。（4 4）根据（）根据（）根据（）根据（1 1）的连接图，若出现）的连接图，若出现）的连接图，若出现）的连接图，若出现地址线地址线地址线地址线A13A13与与与与CPUCPU断线断线断线断线，并，并，并，并搭接搭接搭接搭接到到到到高电高电高电高电平平平平上，将出现什么上，将出现什么上，将出现什么上，将出现什么后果后果后果后果？解：（解：（解：（解：（1 1）CPUCPU与存储器芯片连接逻辑图：与存储器芯片连接逻辑图：与存储器芯片连接逻辑图：与存储器芯片连接逻辑图：CPUCPU8K8K 8 8SRAMSRAMD7D0R/-W8K8K 8 8SRAMSRAM8K8K 8 8SRAMSRAM8K8K 8 8SRAMSRAM-MREQA15A14A13A12A0-CS0-CS1-CS2-CS7-CS0-CS1-CS2-CS77413874138（3 3：8 8）CBA-G2A-G2B-G2A-G2BG1G1+5V+5VA12 A0D7 D0A12 A0A12 A0A12 A0D7 D0D7 D0D7 D0-Y0-Y1-Y2-Y7（2 2）每片）每片）每片）每片RAMRAM的地址划分：的地址划分：的地址划分：的地址划分：0819108191819216383819216383163842457516384245752457632767245763276732768409593276840959409604915140960491514915257343491525734357344655355734465535A15 A12 A11 A8 A7 A4 A3 A00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1（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）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写入数据后，以写入数据后，以写入数据后，以写入数据后，以A000HA000H为起始地为起始地为起始地为起始地址的存储芯片都有与其相同的数据，则址的存储芯片都有与其相同的数据，则址的存储芯片都有与其相同的数据，则址的存储芯片都有与其相同的数据，则根本的根本的根本的根本的故障原因故障原因故障原因故障原因为：该存储芯片的为：该存储芯片的为：该存储芯片的为：该存储芯片的片选片选片选片选输入端输入端输入端输入端很可能很可能很可能很可能总是处于低电平总是处于低电平总是处于低电平总是处于低电平。可能的。可能的。可能的。可能的情况有：情况有：情况有：情况有：1 1）该片的）该片的）该片的）该片的-CS-CS端与端与端与端与-WE-WE端端端端错连错连错连错连或或或或短路短路短路短路；2 2）该片的）该片的）该片的）该片的-CS-CS端与端与端与端与CPUCPU的的的的-MREQ-MREQ端端端端错错错错连连连连或或或或短路短路短路短路；3 3）该片的）该片的）该片的）该片的-CS-CS端与端与端与端与地线地线地线地线错连错连错连错连或或或或短路短路短路短路；在此，假设芯片与译码器本身都是在此，假设芯片与译码器本身都是在此，假设芯片与译码器本身都是在此，假设芯片与译码器本身都是好的。好的。好的。好的。4 4）译码器故障等。）译码器故障等。）译码器故障等。）译码器故障等。（4 4）如果地址线）如果地址线）如果地址线）如果地址线A13A13与与与与CPUCPU断线断线断线断线，并，并，并，并搭接到高电平搭接到高电平搭接到高电平搭接到高电平上，将会上，将会上，将会上，将会出现出现出现出现A13A13恒为恒为恒为恒为“1”1”的情况。此时的情况。此时的情况。此时的情况。此时存储器只能寻址存储器只能寻址存储器只能寻址存储器只能寻址A13=1A13=1的地址空的地址空的地址空的地址空间，间，间，间，A13=0A13=0的另一半地址空间将的另一半地址空间将的另一半地址空间将的另一半地址空间将永远访问不到永远访问不到永远访问不到永远访问不到。若对。若对。若对。若对A13=0A13=0的地的地的地的地址空间进行访问，只能错误地访址空间进行访问，只能错误地访址空间进行访问，只能错误地访址空间进行访问，只能错误地访问到问到问到问到A13=1A13=1的对应空间中去。的对应空间中去。的对应空间中去。的对应空间中去。17.17.写出写出写出写出11001100、11011101、11101110、11111111对对对对应的汉明码。应的汉明码。应的汉明码。应的汉明码。解：解：解：解：11001100对应对应对应对应0111100011110011011101对应对应对应对应1010101101010111101110对应对应对应对应0010110001011011111111对应对应对应对应1111111111111118.18.已知接收到的汉明码（按配偶原则已知接收到的汉明码（按配偶原则已知接收到的汉明码（按配偶原则已知接收到的汉明码（按配偶原则配置为）配置为）配置为）配置为）11001001100100、11001111100111、11000001100000、11000011100001，检查上述代码是否出错？第几位，检查上述代码是否出错？第几位，检查上述代码是否出错？第几位，检查上述代码是否出错？第几位出错？出错？出错？出错？解：解：解：解：11001001100100纠错如下：纠错如下：纠错如下：纠错如下：P4=1P4=1，P2=1P2=1，P1=0P1=0，110110表示第表示第表示第表示第6 6位出错。位出错。位出错。位出错。11001111100111纠错如下：纠错如下：纠错如下：纠错如下：P4=1P4=1，P2=1P2=1，P1=1P1=1，111111表示第表示第表示第表示第7 7位出错。位出错。位出错。位出错。11000001100000纠错如下：纠错如下：纠错如下：纠错如下：P4=0P4=0，P2=1P2=1，P1=1P1=1，011011表示第表示第表示第表示第3 3位出错。位出错。位出错。位出错。11000011100001纠错如下：纠错如下：纠错如下：纠错如下：P4=1P4=1，P2=0P2=0，P1=0P1=0，100100表示第表示第表示第表示第4 4位出错，位出错，位出错，位出错，但第但第但第但第4 4位是检测位，不参与运算，可不纠错。位是检测位，不参与运算，可不纠错。位是检测位，不参与运算，可不纠错。位是检测位，不参与运算，可不纠错。24.24.一个一个一个一个4 4体体体体低位低位低位低位交叉交叉交叉交叉的存储器，假设存的存储器，假设存的存储器，假设存的存储器，假设存取周期为取周期为取周期为取周期为T T，CPUCPU每隔每隔每隔每隔1/41/4存取周期存取周期存取周期存取周期启动启动启动启动一个一个一个一个存储体，试问依次访问存储体，试问依次访问存储体，试问依次访问存储体，试问依次访问6464个字需多少个个字需多少个个字需多少个个字需多少个存取存取存取存取周期周期周期周期？解：本题中，只有访问解：本题中，只有访问解：本题中，只有访问解：本题中，只有访问第一个字第一个字第一个字第一个字需需需需一个一个一个一个存取周期，从第二个字开始，每隔存取周期，从第二个字开始，每隔存取周期，从第二个字开始，每隔存取周期，从第二个字开始，每隔1/41/4存取周存取周存取周存取周期即可访问一个字，因此，依次访问期即可访问一个字，因此，依次访问期即可访问一个字，因此，依次访问期即可访问一个字，因此，依次访问6464个字个字个字个字需：需：需：需：存取周期个数存取周期个数存取周期个数存取周期个数=(64-1)=(64-1)(1/4)T+T(1/4)T+T=（63/4+163/4+1）T=T=16.75T16.75T与常与常与常与常规规存存存存储储器的速度相比，加快了：器的速度相比，加快了：器的速度相比，加快了：器的速度相比，加快了：（64-16.7564-16.75）T=47.25TT=47.25T注：注：注：注：4 4体交叉存取体交叉存取体交叉存取体交叉存取虽虽然从然从然从然从理理理理论论上上上上讲讲可将存可将存可将存可将存取速度提高到取速度提高到取速度提高到取速度提高到4 4倍，但倍，但倍，但倍，但实现时实现时由于并行存取的由于并行存取的由于并行存取的由于并行存取的分分分分时时启启启启动动需要一定的需要一定的需要一定的需要一定的时间时间，故，故，故，故实际实际上上上上只能提只能提只能提只能提高到高到高到高到接近接近接近接近4 4倍。倍。倍。倍。26.26.计算机中设置计算机中设置计算机中设置计算机中设置CacheCache的作用是的作用是的作用是的作用是什么？能不能把什么？能不能把什么？能不能把什么？能不能把CacheCache的容量扩大，的容量扩大，的容量扩大，的容量扩大，最后取代主存，为什么？最后取代主存，为什么？最后取代主存，为什么？最后取代主存，为什么？答：计算机中设置答：计算机中设置答：计算机中设置答：计算机中设置CacheCache主要是主要是主要是主要是为了为了为了为了加速加速加速加速CPUCPU访存速度访存速度访存速度访存速度；不能把不能把不能把不能把CacheCache的容量扩大到最后的容量扩大到最后的容量扩大到最后的容量扩大到最后取代主存，主要因为取代主存，主要因为取代主存，主要因为取代主存，主要因为CacheCache和主存的和主存的和主存的和主存的结构原理以及访问机制不同（主存是结构原理以及访问机制不同（主存是结构原理以及访问机制不同（主存是结构原理以及访问机制不同（主存是按地址访问，按地址访问，按地址访问，按地址访问，CacheCache是是是是按内容及地址按内容及地址按内容及地址按内容及地址访问）。访问）。访问）。访问）。28.28.设主存容量为设主存容量为设主存容量为设主存容量为256K256K字，字，字，字，CacheCache容量为容量为容量为容量为2K2K字，块长为字，块长为字，块长为字，块长为4 4。（1 1）设计）设计）设计）设计CacheCache地址格式，地址格式，地址格式，地址格式，CacheCache中可中可中可中可装入多少块数据？装入多少块数据？装入多少块数据？装入多少块数据？（2 2）在直接映射方式下，设计主存地）在直接映射方式下，设计主存地）在直接映射方式下，设计主存地）在直接映射方式下，设计主存地址格式。址格式。址格式。址格式。（3 3）在四路组相联映射方式下，设计）在四路组相联映射方式下，设计）在四路组相联映射方式下，设计）在四路组相联映射方式下，设计主存地址格式。主存地址格式。主存地址格式。主存地址格式。（4 4）在全相联映射方式下，设计主存）在全相联映射方式下，设计主存）在全相联映射方式下，设计主存）在全相联映射方式下，设计主存地址格式。地址格式。地址格式。地址格式。（5 5）若存储字长为）若存储字长为）若存储字长为）若存储字长为3232位，存储器按字位，存储器按字位，存储器按字位，存储器按字节寻址，写出上述三种映射方式下主节寻址，写出上述三种映射方式下主节寻址，写出上述三种映射方式下主节寻址，写出上述三种映射方式下主存的地址格式。存的地址格式。存的地址格式。存的地址格式。解：解：解：解：（1 1）CacheCache容量为容量为容量为容量为2K=2112K=211字，得字，得字，得字，得CacheCache字地址为字地址为字地址为字地址为1111位。每位。每位。每位。每块块块块4 4字，默认访存地址为字地址，得块内地址为位，即字，默认访存地址为字地址，得块内地址为位，即字，默认访存地址为字地址，得块内地址为位，即字，默认访存地址为字地址，得块内地址为位，即b=2b=2，且，且，且，且CacheCache共有共有共有共有2K/4=512=292K/4=512=29块，即块，即块，即块，即c=9,c=9,则则则则CacheCache中可装入中可装入中可装入中可装入512512块数据，其地址格式为：块数据，其地址格式为：块数据，其地址格式为：块数据，其地址格式为：（2 2）主存容量）主存容量）主存容量）主存容量256K256K字字字字=218=218字，得主存字地址为字，得主存字地址为字，得主存字地址为字，得主存字地址为1818位。在位。在位。在位。在直接相联映射下，主存字块标记为直接相联映射下，主存字块标记为直接相联映射下，主存字块标记为直接相联映射下，主存字块标记为18-c-b=18-9-2=718-c-b=18-9-2=7位。地位。地位。地位。地址格式为：址格式为：址格式为：址格式为：字块内地址字块内地址缓存字块地址缓存字块地址主存字块标记主存字块标记7位9位2位块内地址块内地址缓存字块地址缓存字块地址9位2位（3 3）在四路组相联映射方式下，缓存分）在四路组相联映射方式下，缓存分）在四路组相联映射方式下，缓存分）在四路组相联映射方式下，缓存分29/4=2729/4=27组，即组，即组，即组，即q=7q=7，则主存字块标记在四路组相联映射下为，则主存字块标记在四路组相联映射下为，则主存字块标记在四路组相联映射下为，则主存字块标记在四路组相联映射下为18-q-b=18-7-18-q-b=18-7-2=92=9位。位。位。位。（4 4）全相联映射下主存字块标记为）全相联映射下主存字块标记为）全相联映射下主存字块标记为）全相联映射下主存字块标记为18-b=18-2=1618-b=18-2=16位。位。位。位。字块内地址字块内地址组地址组地址主存字块标记主存字块标记9位7位2位字块内地址字块内地址主存字块标记主存字块标记16位2位（5 5）主存容量为）主存容量为）主存容量为）主存容量为256K256K字字字字*3232位位位位=220B=220B，得主存地址为，得主存地址为，得主存地址为，得主存地址为2020位。缓存位。缓存位。缓存位。缓存容量为容量为容量为容量为2K2K字字字字*3232位位位位=213B=213B。得。得。得。得CacheCache地址为地址为地址为地址为1313位。块长位。块长位。块长位。块长4 4字字字字*3232位位位位=24B24B，且按字节寻址，且按字节寻址，且按字节寻址，且按字节寻址，得块内地址为得块内地址为得块内地址为得块内地址为4 4位，即位，即位，即位，即b=4,b=4,块数为块数为块数为块数为213/24=29213/24=29块，即块，即块，即块，即c=9c=9。则直接映射下主存字块标记为。则直接映射下主存字块标记为。则直接映射下主存字块标记为。则直接映射下主存字块标记为20-c-20-c-b=20-9-4=7,b=20-9-4=7,地址