第三章参考答案(5版).docx

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第三章参考答案

[1题]设有一个具有20位地址和32位字长的存储器，问：

（1）该存储器能存储多少个字节的信息？

（2）如果存储器由512K×8的SRAM芯片组成，需要多少片？

（3）需要多少地址作为芯片选择？

[解]

（1）该存储器能存储220×32=220×22×8=222×8=4MB

（2）（1024K×32）/（512K×8）=（1024/512）×（32/8）=2×4=8（片）

（3）需要1根地址线作为片选。

CS

CS

51

51

2K×8

2K×8

R/W

D31

~D0

A18

~A0

A19

[2题]已知某64位机主存采用半导体存储器，其地址码为26位，若使用

4M×8位的DRAM芯片组成该机允许的最大主存空间，并选用模板块结构形式，问：

（1）若每个模板块为16M×64位，共需要几个模板？

（2）每个内存条共有多少片DRAM？

（3）主存共需多少片DRAM？

CPU如何选择各模块板？

[解]：

（1）２26×64=26×220×64=64M×64=（64×1024K）×64

需要的板的块数=（64/16）×（64/64）=4（块）

（2）每个内存条需要的4M×8位的芯片数

=（16/4）×（64/8）=32（片）

（3）每个主存需要4X32=128（片）DRAM

板内地址为A0～A23，每个板需要一个片选，共需4个选择信号，所以用2-4译码器，即A24～A25作为译码地址线输入，产生4个板选信号。

[3题]用16K×8位的DRAM芯片构成64K×32位存储器，要求：

（1）画出该存储器的组成逻辑图。

（2）设存储器读/写周期为0.5μs，CPU在1μs内至少要访问内存一次，试问采用哪种刷新方式比较合理？

两次刷新最大时间间隔是多少？

全部刷新一遍所需要的实际刷新时间是多少？

（1）（64K×32）/（16K×8）=（64K/16K）×（32/8）

Y3（11）

Y2（10）

Y1（01）

Y0（00）

CS

CS

CS

CS

16K×

16K×

16K×

16K×

8

8

8

8

R/W

D31

~D0

A13

~A0

A15

A14

2-4

译码器

=4（组容量扩展）×4（片堆叠）

（2）CPU要1μ内访问内存一次（频繁）整个存储器的平均读写与单个存储芯片的读写周期差不多，采用分散刷新方式比较合适。

16K采用128×128阵列，设刷新最大时间间隔为2ms=2000μS则刷新时间间隔为2000/128=15.6μS,所以刷新信号周期可取15μS.

刷新一次所用时间为128*15=1920μS=1.92mS

[4题]有一个1024K×32位的存储器，由128K×8位的DRAM芯片组成。

问：

（1）总共需要多少DRAM芯片？

（2）此存储体组成框图。

（3）采用分散刷新方式，如果单元刷新间隔不超过8 mS，则刷新周期

（一行）是多少？

解：

（1）需要（1024K/128K）×（32/8）=8（组）×4（片堆叠）=32（片）

（2）存储器组成框图

。

。

。

Y2（010）Y1（001）

Y0（000）

。

。

。

CS

CS

CS

CS

128K×

128K×

128K×

128K×

8

8

8

8

R/W

D31

~D0

A16

~A0

A19A18

A17

3-8

译码器

Y7（111）

（3）新周期即单芯片刷新时间间隔

128K=27×210=217=28×29=256（行）×512（列）

刷新周期=8mS/256=8000μS/256=31.25μS

[5题]要求用256K×16位SRAM芯片设计1024K×32位的存储器，SRAM芯片有两

个控制端：

当CS=0有效选中该片，当W/R=1执行读操作，W/R=0执行写操作。

解：

Y3（11）

Y2（10）

Y1（01）

Y0（00）

CS

CS

CS

CS

2

2

2

2

56K×16

56K×16

56K×16

56K×16

2-4

译码器

R/WD31

~

D0

A17

~A0

A19

A18

需要（1024K/256K）×（32/16）=4（组字扩展）×（2片位扩展）

[6题]用32K×8的EPROM组成128K×16位的只读存储器，试问：

（1）数据寄存器多少位？

（2）地址寄存器多少位？

（3）总共需要多少片EPROM芯片？

（4）画出此存储器组成框图。

解：

（1）数据寄存器16位

（2）地址寄存器17位

（3）共需要（128K/32K）×（16/8）=（4组字扩展）×（2片位扩展）=8（片）

Y3（11）

Y2（10）

Y1（01）

Y0（00）

CS

CS

CS

CS

3

3

3

3

2K×8

2K×8

2K×8

2K×8

2-4

译码器

RD

D15

~D0

A14

~A0

A16

A15

（4）存储器框图

[7题]某计算机中,已知配有一个地址空间为0000H~3FFFH的ROM区域.现在再用

一种RAM芯片（8K×8）形成40K×16的RAM区域,起始地址为6000H.假设RAM芯片有片选CS和WE信号控制,CPU的地址总线为A15-A0,数据总线为D15-D0,控制

信号为 R/W（读/写）,

MREQ

（访存）,要求:

（1）画出地址译码方案.

（2）将ROM与RAM同CPU连接.

解:

ROM------0000~3FFFH 片内地址需要A0~A13 14根地址线.

RAM------（40K/8K）×（16/8）=5（组字扩展）×2（片位扩展）

3-8

译码

器

G

6000H~ 8000H~ A000H~

7FFFH 9FFFH BFFFH

CS CS CS

C000H~DFFFH

CS

E000H~FFFFH

CS

CS

16K×16

0000H～

3FFFH

8K×8

8K×8

8K×8

8K×8

8K×8

R/W

１６位数据总线

R/WD15

~D0

A12

~A0

A15A14A13

MREQ

片内地址需要A0~A12 13根地址线

Y7（111）

Y6（110）

Y5（101）

Y4（100）Y3（011）Y2（010）Y1（001）Y0（000）

8.设存储器容量为64M,字长为64位,模块数m=8,分别用顺序和交叉方式进行组织,存储周期T=100ns,数据总线宽度为64位,总线传送周期为τ=50ns.求:

顺序存储器和交叉存储器的带宽各是多少?

解:

顺序存储器和交叉存储器连续读8个字的信息总量q=64bit×8=512bit

顺序存储器读出8个字所需时间为

t2=mT=8×100=800nS=8×10-7S

顺序存储器的带宽为

w2=q/t2=512/（8×10-7）=64×107（bit/s）=640M/s

交叉存储器读出8个字所需时间为

t1=T+（m-1）τ=100ns+7×50ns=450nS=4.5×10-7S

交叉存储器的带宽为

w1=q/t1=512/（4.5×10-7）=114×107（bit/s）=1140M/s

[9题]CPU执行一段程序,cache完成存取次数为2420次,主存完成存取次数为80次,已知 cache的存储周期为40ns,主存存储周期为240ns,求cache/主存系统的效率和平

均访问时间.

命中率为



h=Ncache

Nc+Nm



= 2420 =0.968

2420+80

平均访问时间

ta=htc+（1-h）tm=0.968´40+（1-0.968）´240

=38.7+7.68=46.38

效率e=tc

ta

= 40 =86.2%

46.38

[10题]已知cache存储周期为40ns,主存存储周期为200ns,cache/主存系统平均访

问时间为50ns,求cache的命中率是多少?

由ta=htc+（1-h）tm得

h=tm-ta

tm-tc

=200-50=150/160=0.9375

200-40

[13题]一个组相联cache由64个行组成，每组4行。

主存储器包含4K个块，每块

128字。

请表示内存地址的格式。

解：

内存地址由块号和块内地址两部分组成块内字=128=27 故块内地址位数w=7位块数=4K=22×210 故块地址位数s=12位

对于组相联块地址s包含两部分，一部分是低位组地址位数d,另一部分s-d作为标志。

Cache 64行分成 64/4=16组 u=16=24故组地址位数d=4

标志位数tag=s-d=12-4=8位

块地址

块内地址

8

4

7

标记tag

Cache组地

14、有一个处理机，主存容量1MB，字长1B，块大小16B，cache容量64KB，若

cache采用直接映射，请给出2个不同标记的内存地址，使他们映射到同一个cache

行。

解：

内存地址由块号和块内地址两部分组成块内字=16=24 故块内地址位数w=4位

块数=1M/16=220/24=216 故块地址位数s=16位

对于直接映射块地址s包含两部分，一部分是低位cache的行地址位数r,另一部分s-r作为标记。

Cache64K含有64K/16=4K=22×210=212行 故行地址位数r=12

标记位数tag=s-r=16-12=4位

内存块地址位数

块内地址位数

4

12

4

标记tag

Cache行地

例如：

1011

101010111101

1010

0011

101010111101

1011

只要行地址字段相同都映射到cache的同一行，地址红色字段为cache中的行标记，蓝色字段为总行数为4096行的cache中的第ABD=101010111101（16进制）行。

15 假设主存容量16Ｍ×32位，cache容量64K×32，主存与cache之间以每块

4×32大小传送数据，请确定直接映射方式的有关参数，并画出主存地址格式。

解：

内存地址由块号和块内地址两部分组成，字长=32位块内字=4=22 故块内地址位数w=2位

主存块数=16M/4=4M=22×220=222 故主存块地址位数s=22位

对于直接映射块地址s包含两部分，一部分是低位cache的行地址位数r,另一部分s-r作为标志。

Cache64K含有行数64K/4=16K=24×210=214 故行地址位数r=14

标志位数tag=s-r=22-14=8位

直接映射参数：

块尺寸=4个字，cache行数=14，标记tag=8位

内存块地址

块内地址

8

14

2

标记tag

Cache行地