第三章1．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位SRAM芯片组成，需要多少芯片？（3）需要多少位地址作芯片选择？解：（1）∵ 220= 1M，∴该存储器能存储的信息为：1M×32/8=4MB （2）（1000/512）×（32/8）= 8（片）（3）需要1位地址作为芯片选择。

2. 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256K×16位的DRAM芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用模块板结构形式，问：（1）每个模块板为1024K×64位，共需几个模块板？（2）个模块板内共有多少DRAM芯片?（3）主存共需多少DRAM芯片? CPU如何选择各模块板？解：(1). 共需模块板数为m：m=÷=64 (块)(2). 每个模块板内有DRAM芯片数为n:n=(/) ×(64/16)=16 (片)(3) 主存共需DRAM芯片为：16×64=1024 (片)每个模块板有16片DRAM芯片，容量为1024K×64位，需20根地址线(A19~A0)完成模块板内存储单元寻址。

一共有64块模块板，采用6根高位地址线(A25~A20)，通过6：64译码器译码产生片选信号对各模块板进行选择。

3．用16K×8位的DRAM芯片组成64K×32位存储器，要求：(1) 画出该存储器的组成逻辑框图。

(2) 设存储器读/写周期为0.5μS, CPU在1μS内至少要访问一次。

试问采用哪种刷新方式比较合理？两次刷新的最大时间间隔是多少？对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少？解：（1）组成64K×32位存储器需存储芯片数为N=（64K/16K）×（32位/8位）=16（片）每4片组成16K×32位的存储区，有A13-A0作为片内地址，用A15 A14经2：4译码器产生片选信号，逻辑框图如下所示：（2）依题意，采用异步刷新方式较合理，可满足CPU在1μS内至少访问内存一次的要求。

设16K×8位存储芯片的阵列结构为128行×128列，按行刷新，刷新周期T=2ms，则异步刷新的间隔时间为：则两次刷新的最大时间间隔发生的示意图如下可见，两次刷新的最大时间间隔为ｔｍａｘｔｍａｘ＝15.5-0.5=15 (μS)对全部存储单元刷新一遍所需时间为t Rt R ＝0.5×128=64 (μS)7．某机器中，已知配有一个地址空间为0000H-3FFFH的ROM区域。

现在再用一个RAM芯片(8K×8)形成40K×16位的RAM区域，起始地址为6000H,假定RAM芯片有和信号控制端。

CPU的地址总线为A15-A0，数据总线为D15-D0，控制信号为R/(读/写)，(访存)，要求：（1）画出地址译码方案。

（2）将ROM与RAM同CPU连接。

解：（1）依题意，主存地址空间分布如右图所示，可选用2片27128(16K ×8位)的EPROM作为ROM区；10片的8K×8位RAM片组成40K×16位的RAM区。

27128需14位片内地址，而RAM需13位片内地址，故可用A15-A13三位高地址经译码产生片选信号,方案如下:（2）8．存储器容量为64M，字长64位，模块数m = 8，分别用顺序方式和交叉方式进行组织。

存储周期T = 100ns,数据总线宽度为64位，总线周期τ = 10ns .问顺序存储器和交叉存储器的带宽各是多少？解：信息总量： q = 64位×8 =512位顺序存储器和交叉存储器读出8个字的时间分别是：t2 = m T = 8×100ns =8×10 (s)t1 = T + (m - 1) = 100 + 7×10 = 1.7 ×10 (s) 顺序存储器带宽是：W2 = q / t2 = 512÷（8×10 ）= 64 ×10（位/ S）交叉存储器带宽是：W1 = q / t1 = 512÷（1.7 ×10）= 301 ×10（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：先求命中率hh=nc/(nc +nm )＝2420÷(2420＋80)＝0.968则平均访问时间为tata＝0.968×40＋(1-0.968) ×240＝46.4(ns)r ＝240÷40＝6cache/主存系统的效率为ee＝1/[r＋(1－r)×0.968]＝86.2％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：∵ ta = tc× h +tr×(1-h)∴ h =(ta-tr)/(tc-tr)=(50-200)/(40-200)=15/16=0.9411．主存容量为4MB，虚存容量为1GB，则虚存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：已知主存容量为4MB，虚存容量为1GB∵＝4M ∴物理地址为22位又∵＝1G ∴虚拟地址为30位页表长度为 1GB÷4KB＝230÷212=218=256K14．假设主存只有a,b,c三个页框，组成a进c出的FIFO队列，进程访问页面的序列是0,1,2.4,2,3,0,2,1.3,2号。

用列表法求采用LRU替换策略时的命中率。

解：∴命中率为15．从下列有关存储器的描述中，选择出正确的答案：A．多体交叉存储主要解决扩充容量问题；B．访问存储器的请求是由CPU发出的；C． Cache与主存统一编址，即主存空间的某一部分属于Cache; D． Cache的功能全由硬件实现。

解： D16．从下列有关存储器的描述中，选择出正确的答案：A．在虚拟存储器中，外存和主存一相同的方式工作，因此允许程序员用比主存空间大得多的外存空间编程；B．在虚拟存储器中，逻辑地址转换成物理地址是由硬件实现的，仅在页面失效时才由操作系统将被访问页面从外存调到内存，必要时还要先把被淘汰的页面内容写入外存；C．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他用户程序，又要防止一个用户访问不是分配给他的主存区，以达到数据安全和保密的要求。

解：C第四章1．ASCll码是7位，如果设计主存单元字长为32位，指令字长为12位，是否合理？为什么？解：指令字长设计为12位不是很合理。

主存单元字长为32位，一个存储单元可存放4个ASCII码，余下4位可作为ASCII码的校验位（每个ASCII码带一位校验位），这样设计还是合理的。

但是，设计指令字长为12 位就不合理了，12位的指令码存放在字长32位的主存单元中，造成19位不能用而浪费了存储空间。

2.假设某计算机指令长度为20位，具有双操作数、单操作数、无操作数三类指令形式，每个操作数地址规定用6位表示。

问：若操作码字段固定为8位，现已设计出m条双操作数指令，n条无操作数指令，在此情况下，这台计算机最多可以设计出多少条单操作数指令？解：这台计算机最多可以设计出256-m-n条单操作数指令3．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。

解：指令格式及寻址方式特点如下：① 单字长二地址指令；② 操作码OP可指定=64条指令；③ RR型指令，两个操作数均在寄存器中，源和目标都是通用寄存器（可分别指定16个寄存器之一）；④ 这种指令格式常用于算术逻辑类指令。

4．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。

解：指令格式及寻址方式特点如下：① 双字长二地址指令；② 操作码OP可指定=64条指令；③ RS型指令，两个操作数一个在寄存器中（16个寄存器之一），另一个在存储器中；④ 有效地址通过变址求得：E=（变址寄存器）± D，变址寄存器可有16个。

5．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。

解：指令格式及寻址方式特点如下：① 单字长二地址指令；② 操作码OP可指定=16条指令；③ 有8个通用寄存器，支持8种寻址方式；④ 可以是RR型指令、SS型指令、RS型指令、6．一种单地址指令格式如下所示，其中I为间接特征，X为寻址模式，D为形式地址。

I，X，D组成该指令的操作数有效地址E。

设R为变址寄存器，R1 为基值寄存器，PC为程序计数器，请在下表中第一列位置填入适当的寻址方式名称。

解：①直接寻址②相对寻址③变址寻址④基址寻址⑤间接寻址⑥基址间址寻址7．某计算机字长16位，主存容量为64K字，采用单字长单地址指令，共有40条指令，试采用直接、立即、变址、相对四种寻址方式设计指令格式。

解：40条指令需占用操作码字段（OP）6位，这样指令余下长度为10位。

为了覆盖主存640K字的地址空间，设寻址模式（X）2位，形式地址（D）8位，其指令格式如下：寻址模式定义如下：X= 0 0 直接寻址有效地址 E=D（直接寻址为256个存储单元）X= 0 1 立即寻址 D字段为操作数X= 1 0 变址寻址有效地址 E= (RX)＋D （可寻址64K个存储单元）X= 1 1 相对寻址有效地址 E=（PC）＋D （可寻址64K个存储单元）其中RX为变址寄存器（16位），PC为程序计数器（16位），在变址和相对寻址时，位移量D可正可负。

8．某机字长为32位，主存容量为1M，单字长指令,有50种操作码,采用页面寻址、立即、直接等寻址方式。

CPU中有PC，IR，AR, DR和16个通用寄存器，页面寻址可用PC高位部分与形式地址部分拼接成有效地址。

问：（1）指令格式如何安排？（2）主存能划分成多少页面？每页多少单元？（3）能否增加其他寻址方式？解: （1）依题意,指令字长32位，主存1M字，需20位地址A19-A0。

50种操作码，需6位OP，指令寻址方式Mode为2位，指定寄存器Rn需4位。

设有单地址指令、双地址指令和零地址指令，现只讨论前二种指令。

单地址指令的格式为：Mode=00时为立即寻址方式，指令的23－0位为立即数；Mode=01时为直接寻址方式，指令的19－0位为有效地址。

双地址指令的格式为：Mode1=01时为寄存器直接寻址方式，操作数S=(Rn)；Mode1=11时为寄存器间址寻址方式, 有效地址E=(Rn)。