用计算机组成原理+唐朔飞的,计算机组成原理 唐朔飞 习题解答

地址总线:用来指出数据总线上的源数据或目的数据在贮存单元的地址,是单向传输的,其位数与存储单元的个数有关(几次幂的关系)

控制总线:用来发出各种控制信号的,对任意控制线,是单向的;对与机器字长,存储字长,存储单元无关系。

3、答:

常用的总线结构有单总线结构,双总线结构,三总线结构,四总线结构。

① 单总线结构:将CPU,主存,I/O设备都挂在一组总线上,允许I/O之间或I/O与主存之间直接交换信息。因为所有的传送都通过这组共享总线,极易形成计算机系统的瓶颈,不允许两个以上部件在同一时刻向总线传输信息,必然会影响系统工作效率的提高,其结构图见课本图3.2ISA.EISA总线是单总线结构

② 双总线结构:双总线结构的特点是将速度较低的设备从总线上分离出来,形成主存总线与I/O总线分开的结构,见课本图3.5。途中通道是一个具有特殊功能的处理器,CPU将一部分功能下放给通道,使其对I/O设备具有统一管理的功能,系统的吞吐能力可以相当大。如果将不同速率的I/O设进行分类,然后将它们连接在不同的通道上,将成为总线结构。

③ 三总线结构:图3.6:主存总线用于CPU与主存间的传输;I/O总线供CPU与各类I/O之间传递信息,DMA总线用于高速外设(磁盘,磁带等)与主存之间直接交换信息。图3.7:处理器于高速缓冲存储器Cache之间怎叫一条局部总线,Cache可以通过系统总线与主存传输信息,I/O 与主存之间也不必通过CPU。还有一条扩展总线,可以支持相当多的I/O设备。

④四总线结构(见图3.8)在三总线基础上,增加一条与计算机系统机密相连的高速总线,这种结构对高速设备而言,其自身的工作可以很少依赖处理器,同时他们又比扩展总线上的设备更贴近处理器。

4、答:

① 如多个主设备同时要使用总线时,就由总线控制器的判优,仲裁逻辑按一定的优先级顺序,确定那个主设备能使用总线,只有获得总线使用权的主设备才能开始传送数据。

② 常见的集中式总线控制有三种

⑴ 链式查询:其特点是只需很少几根线就能按一定优先次序实现总线控制,并且很容易扩充设备,但对电路故障很敏感。

⑵ 计数器定时查询:其特点是,计数可以从“0”开始,此时设备的优先次序是固定的,计数也可以从终止点开始,既是一种循环方式,此时设备使用总线的优先级相等,计数器的初始值还可以由程序设置,故优先次序可以改变。此外,对电路故障不如链式查询方式敏感,但增加了主控线数,控制也较复杂。

⑶ 独立请求方式:其特点是:响应速度快,优先次序控制灵活(通过程序改变),但控制线数量多,总线控制更复杂。

③ 独立请求方式响应时间最快,链式查询对电路故障最敏感。

第四章 思考题与习题

1.解释下列概念 主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、Flash Memory

2.计算机中哪些部件可用于存储信息,请按其速度、容量和价格/位排序说明。

3.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,计算机如何管理这些层次?

4.说明存取周期和存取时间的区别。

5.什么是存储器的带宽?若存储器的数据总线宽度为32位,存取周期为200ns,则存储器的带宽是多少?

6.某机字长为32位,其存储容量是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。

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 8.试比较静态RAM和动态RAM。

9.什么叫刷新?为什么要刷新?说明刷新有几种方法。 10.半导体存储器芯片的译码驱动方式有几种?

11.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。 12.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(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,要求对芯片字长的选择应满足地址线和数据线的总和为最小,试确定这种芯片的地址线和数据线,并说明有几种解答。

13.某8位微型机地址码为18位,若使用4K?4位的RAM芯片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? 14.设CPU共有16根地址线,8根数据线,并用MREQ(低电平有效)作访存控制信号,RW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译码器和其他门电路(门电路自定)。

试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,4096~16383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。

15.CPU假设同上题,现有8片8K?8位的RAM芯片与CPU相连,试回答:

(1)用74138译码器画出CPU与存储芯片的连接图; (2)写出每片RAM的地址范围;

(3)如果运行时发现不论往哪片RAM写入数据后,以A000H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。

(4)根据(1)的连接图,若出现地址线A13与CPU断线,并搭接到高电平上,将出

现什么后果?

16.反映主存和外存的速度指标有何不同?

17.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。

18.什么是“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? 19.计算机中设置Cache的作用是什么?能不能把Cache的容量扩大,最后取代主存,为什

么?

20.Cache做在CPU芯片内有什么好处?将指令Cache和数据Cache分开又有什么好处? 21.设某机主存容量为4MB,Cache容量为16KB,每字块有8个字,每字32位,设计一

个四路组相联映象(即 Cache 每组内共有4个字块)的Cache组织,要求: (1)画出主存地址字段中各段的位数;

(2)设Cache的初态为空,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),并重复按此次序读8次,问命中率是多少?

(3)若Cache的速度是主存的6倍,试问有Cache和无Cache相比,速度约提高多少

将存储器分成若干个容量相等的区域,每一个区域可看作一个页面。

倍?

22.简要说明提高访存速度可采取那些措施?

23.画出NR、NRZ、NRZ1、PE、FM写入数字串1011001的写入电流波形图。 24.以写入10010110为例,比较调频制和改进调频制的写电流波形图。

25.画出调相制记录01100010的驱动电流、记录磁通、感应电势、同步脉冲及读出代码等

几种波形。

26.磁盘组有六片磁盘,每片有两个记录面,存储区域内径22cm,外径33cm,道密度为

40道/cm,内层密度为400 位/cm,转速2400 转/分,问: (1)共有多少存储面可用? (2)共有多少柱面?

(3)盘组总存储容量是多少? (4)数据传输率是多少? 27.某磁盘存储器转速为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;

(2)最高位密度(最小磁道的位密度)和最低位密度; (3)磁盘数据传输率; (4)平均等待时间。

28.磁表面存储器和光盘存储器记录信息的原理有何不同?

29.试从存储容量、存取速度、使用寿命和应用场合方面比较磁盘、磁带和光盘存储器。 30.写出1100、1101、1110、1111对应的海明码。

(1)按配偶原则配置; (2)按配奇原则配置。

31.已知接受到的海明码(按配偶原则配置)为1100100,1100111,1100000,1100001,

检查上述代码是否出错?第几位出错?

32.已知接收到下列海明码,分别写出它们所对应的欲传送代码。

1100000(按偶性配置); 1100010(按偶性配置); 1101001(按偶性配置); 0011001(按奇性配置); 1000000(按奇性配置); 1110001(按奇性配置);

33.欲传送的二进制代码为1001101,用奇校验来确定其对应的海明码,若在第六位出错,

说明它的纠错过程。

34.为什么海明码纠错过程中,新的检测位P4P2P1的状态即指出了编码中错误的信息位? 35.设有效信息为1100,试用生成多项式G(x) = 1011,将其编成循环冗余校验码。

36.有一个(7,4)码,其生成多项式G(x)= x3 + x + 1,写出代码1001的循环冗余校验码。

第四章 存储器习题部分答案

1、答:

主存:与CPU直接交换信息,用来存放数据和程序的存储器。

辅存:主存的后援存储器,用来存放当前暂时不用的程序和数据,不予CPU直接交换信息。

CACHE:为了解决CPU和主存的速度匹配,提高访存速度的一种存储器,它设在主存与CPU间,起缓冲作用。

RAM:可读可写存储器,是随机存取的,在程序执行过程中既可读出也可写入,而且存取时间与存储单元所在位置无关。

SRAM:静态RAM,以触发器原理寄存信息。 DRAM:动态RAM,以电容充放电原理寄存信息。

ROM:只能对其存储的内容读出,而不能对其写入的只读存储器。

PROM:可实现一次性编程的只读存储器。

EPROM:可擦洗可编程的只读存储器,用紫外线照射进行擦写。 EEPROM:用电气方法进行擦写的可擦洗可编程的只读存储器。

CDROM:只读型光盘,此中光盘内数据程序由厂家事先写入,用户只能读出,不能修改或写入新的内容。

Flash Memory:快擦型存储器,是性能价格比号,可靠性高的可擦写非易失型存储器。

2、答:

计算机中有以下部件可以存储信息:寄存器、缓存、主存、磁盘、磁带等。 速度上:寄存器>缓存>主存>磁盘>磁带 容量上:寄存器缓存>主存>磁盘>磁带

3、答:

(1) 存储器的层次结构主要体现在:缓存-主存和主存-缓存这两个存储层次上。 (2) 从CPU的角度来看,缓存-主存这一层次的速度接近于缓存,高于主存,其容量和位价却接近于主存。从主存-缓存这一层次,其速度接近于主存,容量接近辅存,平均位价也接近于辅存,从而解决了速度、容量、成本这三者间的矛盾。

(3) 主存与缓存之间的数据调动是由硬件自动完成的,CPU不能直接访问辅存,辅存只能与主存交换数据,他们之间的信息调动均由硬件和操作系统来实现。

4、答:

存取周期:是指存储器进行连续两次独立的存储器操作(如连续两次读操作)所需的最小间隔时间。

存取时间:是指启动一次存储器操作(读或写)到完成该操作所需的全部时间。 由概念可知,这两个概念是有很大区别的,通常存取周期大于存取时间。

5、答:

(1) 存储器带宽:每秒从存储器进出信息的最大数量。 (2) 带宽=32bit/200ns=160M位/秒

7、答:

因为容量为16K×32,所以需地址线14根,数据线32根,总和是46根。

需要128片1K×4,32片2K×8,32片4K×4,32片16K×1,16片4K×8,8片8K×8

8、答:

静态RAM是触发器存储信息,因此即使信息读出后,它仍保持其原状态,不需要在城,但电源掉电时,原存信息丢失。动态RAM靠电容存储电荷的原理来寄存信息,即使电源不掉电,信息也会自动消失。

动态RAM的优点:

① 在同样大小的芯片中,动态RAM的集成度远高于静态RAM,如动态RAM的基本单元电路为一个MOS管,静态RAM的基本单元电路为六个MOS管;② 动态RAM行、累地址按先后顺序输送,减少了芯片引脚,封装尺寸也减少;③ 动态RAM的功耗仅为静态RAM的1/6;动态RAM的价格仅为静态RAM的1/4

动态RAM的缺点:

① 由于使用动态元件,因此他的速度比静态RAM低;② 动态RAM需要再生,故需配置再生电路,也需要消耗一部分功率。

15、答:

(1) 见下图

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