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(略)。
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
地址线和数据线的总和=14+32=46根;
选择不同的芯片时,各需要的片数为:
4:
(16K×
32)/(1K×
4)=16×
8=128片
2K×
8:
32)/(2K×
8)=8×
4=32片
4K×
32)/(4K×
4)=4×
8=32片
16K×
1:
32)/(16K×
1)=1×
32=32片
32)/(4K×
8)=4×
4=16片
8K×
32)/(8K×
8)=2×
4=8片
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。
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,存在CPU访存死时间。
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。
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、分散刷新和异步刷新三种方式的刷新间隔各为多少?
采用集中刷新方式刷新间隔为:
2ms,其中刷新死时间为:
256×
0.1μs=25.6μs
采用分散刷新方式刷新间隔为:
0.1μ=25.6μs
采用异步刷新方式刷新间隔为:
2ms
13.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。
存储基元总数=64K×
8位=512K位=219位;
思路:
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字向,因为地址位数和字数成2的幂的关系,可较好地压缩线数。
设地址线根数为a,数据线根数为b,则片容量为:
2a×
b=219;
b=219-a;
若a=19,b=1,总和=19+1=20;
a=18,b=2,总和=18+2=20;
a=17,b=4,总和=17+4=21;
a=16,b=8,总和=16+8=24;
……
……
由上可看出:
片字数越少,片字长越长,引脚数越多。
片字数减1、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。
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?
(1)该机所允许的最大主存空间是:
218×
8位=256K×
8位=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×
(5)CPU通过最高3位地址译码输出选择模板,次高3位地址译码输出选择芯片。
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
(低电平有效)作访存控制信号,
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×
4位,8K×
8位),RAM(1K×
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。
(1)地址空间分配图:
系统程序区(ROM共4KB):
0000H-0FFFH
用户程序区(RAM共12KB):
1000H-FFFFH
(2)选片:
ROM:
选择4K×
4位芯片2片,位并联RAM:
8位芯片3片,字串联(RAM1地址范围为:
1000H-1FFFH,RAM2地址范围为2000H-2FFFH,RAM3地址范围为:
3000H-3FFFH)
(3)各芯片二进制地址分配如下:
A15
A14
A13
A12
A11
A10
A9
A8
A7
A6
A5
A4
A3
A2
A1
A0
ROM1,2
1
RAM1
RAM2
RAM3
CPU和存储器连接逻辑图及片选逻辑如下图(3)所示:
图(3)
16.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?
(1)CPU与存储器芯片连接逻辑图:
(2)地址空间分配图:
RAM0:
0000H-1FFFH
RAM1:
2000H-3FFFH
RAM2:
4000H-5FFFH
RAM3:
6000H-7FFFH
RAM4:
8000H-9FFFH
RAM5:
A000H-BFFFH
RAM6:
C000H-DFFFH
RAM7:
E000H-FFFFH
(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(RAM5)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。
假设芯片与译码器本身都是好的,可能的情况有:
1)该片的-CS端与-WE端错连或短路;
2)该片的-CS端与CPU的-MREQ端错连或短路;
3)该片的-CS端与地线错连或短路。
(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(奇数片),A13=0的另一半地址空间(偶数片)将永远访问不到。
若对A13=0的地址空间(偶数片)进行访问,只能错误地访问到A13=1的对应空间(奇数片)中去。
17.写出1100、1101、1110、1111对应的汉明码。
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⊕b1
c2=b4⊕b2⊕b1
c3=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?
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=011,说明代码有错,第3位(b4’)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=110,说明代码有错,第6位(b2’)出错,有效信息为:
0010
如果收到的汉明码为1100001,则p3p2p1=001,说明代码有错,第1位(c1’)出错,有效信息为:
0001
22.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。
若想不改用高速存储芯片,而使访存速度提高到8倍,可采取八体交叉存取技术,8体交叉访问时序如下图:
23.设CPU共有16根地址线,8根数据线,并用M/IO作为访问存储器或I/O的控制信号(高电平为访存,低电平为访I/O),WR(低电平有效)为写命令,RD(低电平有效)为读命令。
设计一个容量为64KB的采用低位交叉编址的8体并行结构存储器。
现有右图所示的存储芯片及138译码器。
画出CPU和存储芯片(芯片容量自定)的连接图,并写出图中每个存储芯片的地址范围(用十六进制数表示)。
芯片容量=64KB/8=8KB
每个芯片(体)的地址范围以8为模低位交叉分布如下:
24.一个4体低位交叉的存储器,假设存取周期为T,CPU每隔1/4存取周期启动一个存储体,试问依次访问64个字需多少个存取周期?
本题中,只有访问第一个字需一个存取周期,从第二个字开始,每隔1/4存取周期即可访问一个字,因此,依次访问64个字需:
存取周期个数=(64-1)×
(1/4)T+T
=(63/4+1)T=15.75+1=16.75T
与常规存储器的速度相比,加快了:
(64-16.75)T=47.25T
31.设主存容量为1MB,采用直接映射方式的Cache容量为16KB,块长为4,每字32位。
试问主存地址为ABCDEH的存储单元在Cache中的什么位置?
32.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,速度提高多少倍?
答:
(1)由于容量是按字节表示的,则主存地址字段格式划分如下:
(2)由于题意中给出的字地址是连续的,故
(1)中地址格式的最低2位不参加字的读出操作。
当主存读0号字单元时,将主存0号字块(0~7)调入Cache(0组0号块),主存读8号字单元时,将1号块(8~15)调入Cache(1组0号块)……主存读89号单元时,将11号块(88~89)调入Cache(11组0号块)。
共需调90/812次,就把主存中的90个字调入Cache。
除读第1遍时CPU需访问主存12次外,以后重复读时不需再访问主存。
则在90×
8=720个读操作中:
访Cache次数=(90-12)+630=708次
Cache命中率=708/7200.9898%
(3)设无Cache时访主存需时720T(T为主存周期),加入Cache后需时:
708T/6+12T=(118+12)T
=130T
则:
720T/130T5.54倍
有Cache和无Cache相比,速度提高了4.54倍左右。
38.磁盘组有6片磁盘,最外两侧盘面可以记录,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3600转/分。
(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?
(1)共有:
6×
2=12个存储面可用;
(2)有效存储区域=(33-22)/2=5.5cm
柱面数=40道/cm×
5.5cm=220道
(3)内层道周长=22cm=69.08cm
道容量=400位/cm×
69.08cm=3454B
面容量=3454B×
220道=759880B
盘组总容量=759,880B×
12面=9,118,560B
39.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。
(1)存储容量=275道×
12288B/道×
4面=13516800B
(2)最高位密度=12288B/230≈17B/mm≈136位/mm(向下取整)
最大磁道直径=230mm+275道/5道×
2=230mm+110mm=340mm
最低位密度=12288B/340≈11B/mm≈92位/mm(向下取整)
(3)磁盘数据传输率=12288B×
3000转/分=12288B×
50转/秒=614400B/S
(4)平均等待时间=1/50/2=10ms
第5章输入输出系统
8.某计算机的I/O设备采用异步串行传送方式传送字符信息。
字符信息的格式为一位起始位、七位数据位、一位校验位和一位停止位。
若要求每秒钟传送480个字符,那么该设备的数据传送速率为多少?
解:
480×
10=4800位/秒=4800波特;
19.在程序中断方式中,磁盘申请中断的优先权高于打印机。
当打印机正在进行打印时,磁盘申请中断请求。
试问是否要将打印机输出停下来,等磁盘操作结束后,打印机输出才能继续进行?
为什么?
这是一道多重中断的题,由于磁盘中断的优先权高于打印机,因此应将打印机输出停下来,等磁盘操作结束后,打印机输出才能继续进行。
因为打印机的速度比磁盘输入输出的速度慢,并且暂停打印不会造成数据丢失。
25.根据以下要求设计一个产生3个设备向量地址的电路。
(1)3个设备的优先级按A→B→C降序排列。
(2)A、B、C的向量地址分别为110100、010100、000110。
(3)排队器采用链式排队电路。
(4)当CPU发来中断响应信号INTA时,可将向量地址取至CPU。
此题与教材例5.2类似,可参考设计。
该设备向量地址的电路如下:
31.假设某设备向CPU传送信息的最高频率是40000次/秒,而相应的中断处理程序其执行时间为40s,试问该外设是否可用程序中断方式与主机交换信息,为什么?
该设备向CPU传送信息的时间间隔=1/40K=0.025×
103=25s<
40s
该外设不能用程序中断方式与主机交换信息,因为其中断处理程序的执行速度比该外设的交换速度慢。
32.设磁盘存储器转速为3000转/分,分8个扇区,每扇区存储1K字节,主存与磁盘存储器数据传送的宽度为16位(即每次传送16位)。
假设一条指令最长执行时间是25s,是否可采用一条指令执行结束时响应DMA请求的方案,为什么?
若不行,应采取什么方案?
先算出磁盘传送速度,然后和指令执行速度进行比较得出结论。
道容量=1KB×
816=1K×
8×
816=1K×
4=4K字
数传率=4K字×
3000转/分=4K字×
50转/秒=200K字/秒
一个字的传送时间=1/200K字/秒5s
注:
在此1K=1024,来自数据块单位缩写。
由上计算知:
5s<
<
25s,所以不能采用一条指令执行结束响应DMA请求的方案,应采取每个CPU机器周期末查询及响应DMA请求的方案(通常安排CPU机器周期=MM存取周期)
33.试从下面七个方面比较程序查询、程序中断和DMA三种方式的综合性能。
(1)数据传送依赖软件还是硬件;
(2)传送数据的基本单位;
(3)并行性;
(4)主动性;
(5)传输速度;
(6)经济性;
(7)应用对象。
比较如下:
(1)程序查询、程序中断方式的数据传送主要依赖软件,DMA主要依赖硬件。
(注意:
这里指主要的趋势)
(2)程序查询、程序中断传送数据的基本单位为字或字节,DMA为数据块。
(3)程序查询方式传送时,CPU与I/O设备串行工作;
程序中断方式时,CPU与I/O设备并行工作,现行程序与I/O传送串行进行;
DMA方式时,CPU与I/O设备并行工作,现行程序与I/O传送并行进行。
(4)程序查询方式时,CPU主动查询I/O设备状态;
程序中断及DMA方式时,CPU被动接受I/O中断请求或DMA请求。
(5)程序中断方式由于软件额外开销时间比较大,因此传输速度最慢;
程序查询方式软件额外开销时间基本没有,因此传输速度比中断快;
DMA方式基本由硬件实现传送,因此速度最快;
第6章计算机的运算方法
16.设机器数字长为16位,写出下列各种情况下它能表示的数的范围。
设机器数采用一位符号位,答案均用十进制表示。
(1)无符号数;
(2)原码表示的定点小数。
(3)补码表示的定点小数。
(4)补码表示的定点整数。
(5)原码表示的定点整数。
(6)浮点数的格式为:
阶码6位(含1位阶符),尾数10位(含1位数符)。
分别写出其正数和负数的表示范围。
(7)浮点数格式同(6),机器数采用补码规格化形式,分别写出其对应的正数和负数的真值范围。
(1)无符号整数:
0——216-1,即:
0——65535;
无符号小数:
0——1-2-16,即:
0——0.99998;
(2)原码定点小数:
-1+2-15——1-2-15,即:
-0.99997——0.99997
(3)补码定点小数:
-1——1-2-15,即:
-1——0.99997
(4)补码定点整数:
-215——215-1,即:
-32768——32767
(5)原码定点整数:
-215+1——215-1,即:
-32767——32767
(6)据题意画出该浮点数格式,当阶码和尾数均采用原码,非规格化数表示时:
最大负数=1,11111;
1.000000001,即-2-92-31
最小负数=0,11111;
1.111111111,即-(1-2-9)231
则负数表示范围为:
-(1-2-9)231——-2-92-31
最大正数=0,11111;
0.111111111,即(1-2-9)231
最小正数=1,11111;
0.000000001,即2-92-31
则正数表示范围为:
2-92-31——(1-2-9)231
(7)当机器数采用补码规格化形式时,若不考虑隐藏位,则
最大负数=1,00000;
1.011111111,即-2-12-32
最小负数=0,11111;
1.000000000,即-1231
-1231——-2-12-32
最大正数=0,11111;
0.111111111,即(1-2-9)231
最小正数=1,00000;
0.100000000,即2-12-32
2-12-32——(1-2-9)231
19.设机器数字长为8位(含1位符号位),用补码运算规则计算下列各题。
(1)A=9/64,B=-13/32,求A+B。
(2)A=19/32,B=-17/128,求A-B。
(3)A=-3/16,B=9/32,求A+B。
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