发布时间 : 星期日 文章计算机组成原理 复习题及答案范文更新完毕开始阅读
7.3 设某流水线计算机有一个指令和数据合一的cache，已知cache的读／写时间为10ns，主存的读／写时间为100ns，取指的命中率为98%，数据的命中率为95%，在执行程序时，约有1/5指令需要存／取一个操作数，为简化起见，假设指令流水线在任何时候都不阻塞。问设置cache后，与无cache比较，计算机的运算速度可提高多少倍? 答：1）有cache的情况：
平均访存时间=平均取指时间+平均取数时间 =(98%*10ns+(1-98%)*(10ns+100ns))
+(95%*10ns+(1-95%)*(10ns+100ns))/5=12ns+3ns=15ns 2）无cache的情况
平均访存时间=平均取指时间+平均取数时间=100*1+100*1/5=120ns 3)速度提高倍数=120ns/15ns=8倍
7.5 设某计算机的cache采用4路组相联映像，已知cache容量为16KB，主存容量为2MB，每个字块有8个字，每个字有32位。请回答：
(1) 主存地址多少位(按字节编址)，各字段如何划分(各需多少位)?
(2) 设cache起始为空，CPU从主存单元0，1，…，100。依次读出101个字(主存一次读出一个字)，并重复按此次序数读11次，问命中率为多少?若cache速度是主存的5倍，问采用cache与无cache比较速度提高多少倍? 答：（1）主存地址位数：2MB＝221B，即21位。
块内地址b：每个字块8个字，即3位，每个字32位即4个字节，需2位地址。 块号r：每组4路，需2位地址。
组号c’：cache分成的组数为：16MB/(4*(8*32/8)B)=27。即需要7位组号。 区号t：t+r为2MB/(16KB/4)=29，即9位，故t=9-2=7位。
（2）第一轮全部不命中，以后10次全部命中，命中率＝10/11=91% 设cache的读出时间为1，主存的读数时间为5，则：
速度可提高到：无cache时的访问时间/有cache时的访问时间＝11*5/（10*1+1*5）＝3.67倍
7.6 设某计算机采用直接映像cache，已知容量为4096字。
(1) 若CPU依次从主存单元0，1，…，99和4096，4097，…，4195交替取指令，循环执行10次，问命中率为多少?
(2) 如cache存取时间为10ns，主存存取时间为100ns，cache命中率为95%，求平均存取时间。 答：（1）cache容量为4096字，其地址从0~4095，采用直接映像，则主存地址0和4096、1和4097、…、99和4195映射到cache的同一地址上。若从主存单元0~99和4096~4195交替取指令，因为cache内容的替换，所以命中率为0。 （2）平均存取时间＝10ns+(1-95%)*100ns=15ns
7.7 一个组相联cache，由64个存储块组成，每组包含4个存储块，主存由8192个存储块组成，每块由32字组成，访存地址为字地址。问：
（1）主存和cache地址各多少位？地址映像是几路组相联？
（2）在主存地址格式中，区号、组号、块号、块内地址各多少位？ 答：(1) 主存单元数为8192*32＝218,主存地址为18位。
cache单元数为64*32＝211,cache地址为11位。因每组包含4个块，所以是4路组相联
(2) 主存地址：每块32字，即块内地址b=5位；4路组相联，即块号r=2位；组数为64/4=16，即组号c=4位；主存块数/cache组数＝8192/16=29，即t+r=9，所以区号t=7。 7.8 主存储器容量为4MB，虚存容量为1GB(1×109B)，虚拟地址和物理地址各为多少位?根据寻址方式计算出来的有效地址是虚拟地址还是物理地址?如果页面大小为4kB，页表长度是多少?
答：4MB＝222B，1GB＝230B，所以虚拟地址30位，物理地址22位。根据寻址方式计算出来的有效地址是虚拟地址。如果页面大小为4KB，采用页式管理时，页面的数量＝1GB/4KB=218,即页表长度为218。
8.5 设磁盘组有11个盘片，每片有两个记录面；存储区域内直径2.36英寸，外直径5.00英寸；道密度为1250TPI，内层位密度52400bpi，转速为2400rpm。问：(TPI表示每英寸磁道数，bpi表示每英寸位数)
(1) 共有多少个存储面可用?11*2－2＝20存储面。最外两个面不可用。 (2) 共有多少柱面?柱面数＝道数＝1250*(5－2.36)/2=1650 (3) 每道存储多少字节?盘组总存储容量是多少? 每道存储量=2πr*位密度＝2.36*π*52400＝48.56KB
总存储容量＝20*面存储量＝20*道数*道存储量＝20*1650*48.56KB＝1.6GB (4) 数据传输率是多少?数据传输率＝道存储量*转速＝48.56*2400/60=1.94MB/s (5) 每扇区存储2KB数据，在寻址命令中如何表示磁盘地址?
磁盘地址由盘面号、道号和扇区号组成。20个盘面号由5位表示即可。1650个道号需用11位。每道扇区数＝48.56KB/2KB≈24个扇区，用5位表示。
8.6 设高密软盘，每面80个磁道，每磁道15扇区，每扇区存储512B。已知磁盘的转速为360rpm，今在一个磁道上写入4096B数据，平均需要多少时间?最长时间是多少?(假设找道时间为10ms-40ms)。
解：写入平均时间＝平均找道时间+平均等待时间+传输数据时间
＝(10+40)/2 ms+60/(360*2)+(60/360)*(4096/512)/15=25ms+83ms+89ms=197ms 最长时间＝40ms+60/360 s+89ms=296ms
8.7 一磁带机有9个磁道（8个磁道存储数据，1个磁道存储奇偶校验位），带长700m，带速2m／s，每个数据块1KB，块间间隔14mm。若数据传输率为128KB／s，试求： (1) 记录位密度。
带速2m/s，传输率128KB/s，即2m的磁带含有128KB的容量，故磁带位密度＝128KB/2m=64B/mm，一个磁带的位密度＝64B/mm/8=64b/mm (2) 若带首尾各空2m，求此带最大有效存储容量。 有效存储长度＝700－2*2＝696m
每个数据块长度＝数据长度+块间隔＝1KB/64B/mm+14mm=16mm+14mm=30mm 磁带最大存储容量＝块数*每块容量＝696m/30mm*1KB=23.2MB