计算机组成原理课后答案第四章-庞海波讲解

计算机组成原理第2版唐塑飞1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、FlashMemory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，不与CPU直接交换信息。CACHE：为了解决CPU和主存的速度匹配，设在主存与CPU之间，起缓冲作用，用于提高访存速度的一种存储器。RAM：随机存储器：是随机存取的，在程序执行过程中既可读出也可写入，存取时间与存储单元所在位置无关。SRAM：静态RAM，以触发器原理存储信息。DRAM：动态RAM，以电容充放电原理存储信息。ROM：只读存储器，在程序执行过程中只能读出，而不能对其写入。PROM：一次性编程的只读存储器。EPROM：可擦除的可编程只读存储器，用紫外线照射进行擦写。EEPROM：用电可擦除的可编程只读存储器。CDROM：只读型光盘FlashMemory：快擦型存储器，是性能价格比好，可靠性高的可擦写非易失型存储器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。答：寄存器、缓存、主存、磁盘、磁带等。速度按顺序越来越慢，容量越来越高和价格/位越来越低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？答：存储器的层次结构主要体现在Cache—主存和主存—辅存这两个存储层次上。Cache—主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，接近于Cache的速度，而容量和位价却接近于主存。主存—辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存4．说明存取周期和存取时间的区别。答：存取周期和存取时间的主要区别是：存取时间仅为完成一次存取操作的时间，而存取周期不仅包含操作时间，还包含操作后线路的恢复时间。即：存取周期=存取时间+恢复时间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？解：存储器的带宽指单位时间内从存储器进出信息的最大数量。存储器带宽=1/200ns×32位=160M位/秒=20MB/S=5M字/秒计算机组成原理第2版唐塑飞26．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。答：存储容量是64KB时，按字节编址的寻址范围就是64KB，则：按字寻址范围=64K×8/32=16K字按字节编址时的主存地址分配图如下：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位答：地址线和数据线的总和=14+32=46根；各需要的片数为：1K×4：16K×32/1K×4=16×8=128片2K×8：16K×32/2K×8=8×4=32片4K×4：16K×32/4K×4=4×8=32片16K×1：16K×32/16K×1=32片4K×8：16K×32/4K×8=4×4=16片8K×8：16K×32/8K×8=2X4=8片8．试比较静态RAM和动态RAM。特性SRAMDRAM存储触发器电容破坏性读出非是需要刷新不要需要地址复用无有运行速度快慢集成度低高功耗高低适用场合cache大容量主存9．什么叫刷新？为什么要刷新？说明刷新有几种方法。计算机组成原理第2版唐塑飞3答：刷新——对DRAM定期进行的全部重写过程；刷新原因——因电容泄漏而引起的DRAM所存信息的衰减需要及时补充，因此安排了定期刷新操作；常用的刷新方法有三种——集中式、分散式、异步式。集中式：在最大刷新间隔时间内，集中安排一段时间进行刷新；分散式：在每个读/写周期之后插入一个刷新周期，无CPU访存死时间；异步式：是集中式和分散式的折衷10．半导体存储器芯片的译码驱动方式有几种？答：半导体存储器芯片的译码驱动方式有两种：线选法和重合法。线选法：地址译码信号只选中同一个字的所有位，结构简单，费器材；重合法：地址分行、列两部分译码，行、列译码线的交叉点即为所选单元。。可大大节省器材用量，是最常用的译码驱动方式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0.1µs。试问采用集中刷新、分散刷新及异步刷新三种方式的刷新间隔各为多少？答：设DRAM的刷新最大间隔时间为2ms，则异步刷新的刷新间隔=2ms/256行=0.0078125ms=7.8125µs即：每7.8125µs刷新一行。集中刷新时，死时间为256*0.1us=25.6us。分散刷新，刷新间隔0.2us，死时间为0.1us，读写周期0.2us异步刷新，死时间0.1us，刷新间隔7.8125us。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。答：设采用SRAM芯片，则：总片数=（64K×8位）/（1024×4位）=64×2=128片题意分析：本题设计的存储器结构上分为总体、页面、组三级，因此画图时也应分三级画。首先应确定各级的容量：页面容量=总容量/页面数=64K×8/4=16K×8位，4片16K×8字串联成64K×8位组容量=页面容量/组数=16K×8位/16=1K×8位，16片1K×8位字串联成16K×8位组内片数=组容量/片容量=1K×8位/1K×4位=2片，两片1K×4位芯片位并联成1K×8位存储器逻辑框图：计算机组成原理第2版唐塑飞4计算机组成原理第2版唐塑飞513．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。答：存储基元总数=64K×8位=512K位=2^19位；设存储器有X根地址线和Y根数据线则有2^X*Y=2^19Y=1,X=19X+Y=20Y=2,X=18X+Y=20Y=4,X=17X+Y=21Y=8,X=16X+Y=24Y=16,X=15X+Y=31Y=32。。。由上可看出：片字数越少，片字长越长，引脚数越多。片字数、片位数均按2的幂变化。结论：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两种：地址线=19根，数据线=1根；或地址线=18根，数据线=2根。因此，有两种解答，512K*1位和256K*2位14．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？答：（1）218=256K，则该机所允许的最大主存空间是256K×8位（或256KB）；（2）模块板总数=256K×8/32K×8=8块；（3）板内片数=32K×8位/4K×4位=8×2=16片；（4）总片数=16片×8=128片；（5）CPU通过最高3位地址译码选板，次高3位地址译码选片。地址格式分配如下：15．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。答：（1）地址空间分配图如下A15~A12A11~A8A7~A4A3~A0计算机组成原理第2版唐塑飞60~4K000000000000000000001111111111114K~8K000100000000000000011111111111118k~12k0010000000000000001011111111111112k~16k00110000000000000011111111111111（2）选片：ROM：4K×4位：2片；RAM：4K×8位：3片；（3）CPU和存储器连接逻辑图及片选逻辑计算机组成原理第2版唐塑飞716．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？答：（1）CPU与存储器芯片连接逻辑图：（此题画法不标准，见15题答案画法）（2）地址空间分配0000~1FFF0~8K；2000~3fff8K~16K；4000~5fff16k~24K6000~7FFF24k~32k8000~9FFF32~40K；A000~Bfff40K~48K；C000~Dfff48k~56KE000~FFFF56k~64k（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，则根本的故障原因为：该存储芯片的片选输入端很可能总是处于低电平。可能的情况有：该片的-CS端与-WE端错连或短路；该片的-CS端与CPU的-MREQ端错连或短路；该片的-CS端与地线错连或短路。在此，假设芯片与译码器本身都是好的。（4）如果地址线A13与CPU断线，并搭接到高电平上，将会出现A13恒为“1”的情况。此时存储器只能寻址A13=1的地址空间，A13=0的另一半地址空间将永远访问不到。若对A13=0的地址空间进行访问，只能错误地访问到A13=1的对应空间中去。计算机组成原理第2版唐塑飞817.写出1100、1101、1110、1111对应的汉明码。答：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）设校验位分别为c1、c2、c3，则汉明码共4+3=7位，即：c1c2b4c3b3b2b1校验位在汉明码中分别处于第1、2、4位c1=b4⊕b3⊕b1c2=b4⊕b2⊕b1c3=b3⊕b2⊕b1当有效信息为1100时，c3c2c1=011,汉明码为1110100。当有效信息为1101时，c3c2c1=100,汉明码为0011101。当有效信息为1110时，c3c2c1=101,汉明码为1011110。当有效信息为1111时，c3c2c1=010,汉明码为0110111。18.已知收到的汉明码（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？答：假设接收到的汉明码为：c1’c2’b4’c3’b3’b2’b1’纠错过程如下：P1=c1’⊕b4’⊕b3’⊕b1’P2=c2’⊕b4’⊕b2’⊕b1’P3=c3’⊕b3’⊕b2’⊕b1’如果收到的汉明码为1100100，则p3p2p1=110，说明代码有错，第6位（b2’）出错，有效信息为：1100如果收到的汉明码为1100111，则p3p2p1=111，说明代码有错，第7位（b1’）出错，有效信息为：0110如果收到的汉明码为1100000，则p3p2p1=011，说明代码有错，第3位（b4’）出错，有效信息为：1000如果收到的汉明码为1100001，则p3p2p1=100，说明代码有错，第4位（c3’）出错，有效信息为：000119.已经接收到下列汉明码，分别写出它们所对应的欲传送代码。（1）1100000（按偶性配置）（2）1100010（按偶性配置）（3）1101001（按偶性配置）（4）