RAM1 RAM2 RAM3 RAM4 RAM5 6000H?7FFFH 8000H?9FFFH A000H?BFFFH C000H?DFFFH E000H?FFFFH 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 注：RAM1?RAM5各由2片8K?8芯片组成，进行字长位扩展 各芯片组内部的单元地址是A12~A0由全0到全1
(2) ROM、RAM与CPU的连接如图：
D0?7 D0?7 CPU ROM 16K?8 OE 8K?8 CS A0?A12 WE 8K?8 CS 8K?8 CS 8K?8 CS 8K?8 CS R/ W A0?A12 WE 8K?8 CS D0?D7 D8?15 MREQ A15 A14 A13 E 3-8 译码 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 A0?A12 8K?8 CS 8K?8 CS 8K?8 CS 8K?8 CS D8?15 Y5 Y6 Y7
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，?=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出m = 8个字的信息总量都是：
q = 64位×8 = 512位
顺序存储器和交叉存储器连续读出8个字所需的时间分别是：
t1 = mT = 8×100ns = 8×10-7s
t2 = T+(m-1)τ = 100ns+7×50ns = 450 ns = 4.5×10-7 s
顺序存储器和交叉存储器的带宽分别是： W1=q/t1=512/(8×10-7)=64×107[位/s]
W2=q/t2=512/(4.5×10-7)=113.8×107 [位/s]
9、CPU执行一段程序时，cache完成存取的次数为2420次，主存完成存取的次数为80次，已知cache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。 解：cache的命中率：
h?Nc2420??96.8%
Nc?Nm2420?80主存慢于Cache的倍率：
r?tm240??6 tc40Cache/主存系统的效率：
e?11??86.2%
r?(1?r)h6?5?0.968平均访问时间：
ta?tc40??46.4ns e0.862
10、已知cache存储周期40ns，主存存储周期200ns，cache/主存系统平均访问时间为50ns，求cache的命中率是多少?
解：已知cache／主存系统平均访问时间ta=50ns 由于ta?h?tc?(1?h)tm 所以有h?tm?ta200?50??93.75% tm?tc200?40
11、某计算机采用四体交叉存储器，今执行一段小循环程序，此程序放在存储器的连续地址单元中，假设每条指令的执行时间相等，而且不需要到存储器存取数据，请问在下面两种情况中（执行的指令数相等），程序运行的时间是否相等。 (1) 循环程序由6条指令组成，重复执行80次。 (2) 循环程序由8条指令组成，重复执行60次。
解：设取指周期为T，总线传送周期为τ，每条指令的执行时间相等，并设为t0，存储器采用四体交叉存储器，且程序存放在连续的存储单元中，故取指令操作采用流水线存取方式，两种情况程序运行的总的时间分别为： (1) t = (T+5τ+6t0)*80 = 80T+400τ+480 t0 (2) t = (T+7τ+8t0)*60 = 60T+420τ+480 t0 所以不相等
12、一个由主存和Cache组成的二级存储系统，参数定义如下：Ta为系统平均存取时间，T1为Cache的存取时间，T2为主存的存取时间，H为Cache命中率，请写出Ta与T1、T2、H参数之间的函数关系式。 解：
Ta?H?T1?(1?H)?T2
13、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个字。请表示内存地址的格式。 解：
主存4K个块，每块128个字，共有4K?128=219个字，故主存的地址共19位； 共4K个块，故块地址为12位；每块128个字，故块内的字地址为7位 Cache有64行，每组4行，共16组，故组号4位，组内页号2位 组相联方式是组间直接映射，组内全相联映射方式；
所以主存的块地址被分为两部分：低4位为在cache中的组号，高8位为标记字段，即19位内存地址的格式如下： tag 组号 字地址 8位 4位 7位
14、有一个处理机，内存容量1MB，字长1B，块大小16B，cache容量64KB，若cache采用直接映射式，请给出2个不同标记的内存地址，它们映射到同一个cache行。 解：
64KBCache共有?212个行，行号为12位
16B采用直接映射方式，所以cache的行号i与主存的块号j之间的关系为：
i?jmodm，m为cache的总行数
20位的内存地址格式如下： tag 行号 字地址 4位 12位 4位 两个映射到同一个cache行的内存地址满足的条件是：12位的行号相同，而4位的标记不同即可，例如下面的两个内存地址就满足要求： 0000 000000000000 0000=00000H与 0001 000000000000 0000=10000H
15、假设主存容量16M?32位，cache容量64K?32位，主存与cache之间以每块4?32位大小传送数据，请确定直接映射方式的有关参数，并画出主存地址格式。 解：
由已知条件可知Cache共有
64K?32位?214个行，行号为14位
4?32位主存共有
16M?32位?222个块，块地址为22位，由行号和标记组成
4?32位cache的行号i与主存的块号j之间的关系为：
i?jmodm，m为cache的总行数
设32位为一个字，且按字进行编址，则 24位的内存地址格式如下： tag 行号 字地址 8位 14位 2位
16. 下述有关存储器的描述中，正确的是( B、D ) A. 多级存储体系由Cache、主存和虚拟存储器构成
B. 存储保护的目的是：在多用户环境中，既要防止一个用户程序出错而破坏系统软件或其它用户程序，又要防止用户访问不是分配给他的主存区，以达到数据安全与保密的要求。
C. 在虚拟存储器中，外存和主存以相同的方式工作，因此允许程序员用比主存空间大得多的外存空间编程。
D. Cache和虚拟存储器这两种存储器管理策略都利用了程序的局部性原理。
18．虚拟段页式存储管理方案的特性为( D )
A.空间浪费大、存储共享不易、存储保护容易、不能动态连接。 B.空间浪费小、存储共享容易、存储保护不易、不能动态连接。 C.空间浪费大、存储共享不易、存储保护容易、能动态连接。 D.空间浪费小、存储共享容易、存储保护容易、能动态连接。
19. 某虚拟存储器采用页式存储管理，使用LRU页面替换算法，若每次访问在一个时间单位内完成，页面访问序列如下：1、8、1、7、8、2、7、2、1、8、3、8、2、1、3、1、7、1、3、7。已知主存只允许放4个页面，初始状态时4个页面是全空的，则页面失效次数是___6____。 解答过程：
LRU算法的思想：每页设置一个计数器，每次命中一页，该页对应的计数器清零，其他各页的计数器加1；需要替换时，将计数值最大的页换出，所以，对应的访问过程及相应的计数器的内容、替换结果如下： 访问序列 调入的页 a b 1 1 8 1 8 1 1 8 7 1 8 8 1 8 2 1 8 7 1 8 2 1 8 1 1 8 8 1 8 3 1 8 8 1 8 2 1 8 1 1 8 3 1 8 1 1 8 7 1 7 1 1 7 3 1 7 7 1 7 号 c d a b c d 0 1 0 0 1 7 1 2 0 7 2 0 1 7 2 3 1 2 0 7 2 4 2 0 1 7 2 5 3 1 0 7 2 0 4 2 1 7 2 1 0 3 2 3 2 2 1 0 3 3 2 3 0 1 4 3 2 4 1 2 0 3 2 0 2 3 1 3 2 1 3 0 2 3 2 0 4 1 3 3 2 1 0 2 4 3 2 0 1 3 5 3 2 1 2 0 6 3 2 2 0 1 7 各计数器的值 注：红色标注的页是未命中的访问——共6次
20. 主存容量为4MB，虚存容量为1GB，则虚拟地址和物理地址各为多少位?如页面大小为4KB，则页表长度是多少? 解：
主存容量为4MB，物理地址22位 虚存容量为1GB，虚拟地址30位
页表长度，即页面数=1GB/ 4KB=218=256K
21. 设某系统采用页式虚拟存储管理，页表存放在内存中。 (1) 如果一次内存访问使用50ns，访问一次主存需用多少时间? (2) 如果增加TLB，忽略查找页表项占用的时间，并且 75%的页表访问命中TLB，内存的有效访问时间是多少？ 解：
(1) 若页表存放在主存中，则要实现一次主存访问需两次访问主存：一次是访问页表，确定所存取页面的物理地址；第二次才根据该地址存取页面数据。故访问一次主存的时间为50×2=100(ns)
(2) 75%×50+(1-75%) ×2×50=62.5(ns)
22.某计算机的存储系统由cache，主存和磁盘构成。cache的访问时间为15ns；如果被访问的单元在主存中但不在cache中，需要用60ns的时间将其装入cache，然后再进行访问；如果被访问的单元不在主存中，则需要10ms的时间将其从磁盘中读入主存，然后再装入cache中并开始访问。若cache的命中率为90%，主存的命中率为60%，求该系统中访问一个字的平均时间。
解：被访问的字在cache中的概率为0.9
不在cache中但在主存中的概率为：(1-0.9)×0.6=0.06 不在cache也不在主存中的概率为：(1-0.9)×(1-0.6)=0.04 所以， 一个字的访问时间为：
15×0.9+(15+60)×0.06+(15+60+10×106) ×0.04 =13.5+4.5+400003 =400021(ns)
23.某页式存储管理，页大小为2KB，逻辑地址空间包含16页，物理空间共有8页，逻辑地址应用多少位？主存物理空间有多大？
解：逻辑地址空间包含16页，页大小为2KB，所以逻辑地址空间为32KB，逻
计算机组成原理第五版 白中英(详细)第3章习题参考答案
