《《组成原理复习》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《组成原理复习》PPT课件.ppt（55页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、例3 1 假设总线的时钟频率为100MHZ 总线的传输周期为4个时钟周期 总线的宽度为32位 试求总线的数据传输率 若想提高一倍数据传输率 可采取什么措施 解 根据总线时钟频率为100MHZ 得1个时钟周期为1 100MHZ 0 01 总线传输周期为 0 01 4 0 04 总线宽度为 32位 4B总线的数据传输率为 4B 0 04 100MBps若想提高一倍数据传输率 可以在不改变总线时钟频率的前提下 将数据线宽度改为64位 也可以保持数据宽度为32位 使时钟频率增加到200MHZ 举例 没有同步时钟 双方约定字符格式 1个起始位 5 8个数据位 1个奇偶校验位 1或1 5或2个终止位 波特
2、率 异步串行通信数据传送速率 单位时间内 传送二进制数的位数 bps 记作波特 比特率 单位时间内 传送二进制有效数据的位数 bps 异步串行通信 101010010 例3 3 画图说明用异步串行传输方式发送十六进制数据95H 要求字符格式为 1个起始位 8个数据位 1个偶校验位 1个终止位 解 数据95H 偶校验位 1 0 0 1 0 1 0 1 0 异步串行通信 例3 4 在异步串行传输系统中 若字符格式为 1个起始位 8个数据位 1个奇校验位 1个终止位 假设波特率为1200bps 求这时的比特率 解 比特率 单位时间内 传送二进制有效数据的位数 传送一个字符需1 8 1 1 11位 有
3、效数据位8位 故比特率为 1200 8 11 872 72bps 例3 2 利用串行方式传送字符 每秒钟传送的比特位数 称为波特率 假设数据传送速率是120个字符 秒 每一个字符格式规定包含10个比特位 起始位 停止位 8个数据位 问传送的波特率是多少 每个比特位占用的时间是多少 解 每秒钟传送的比特 bit 位数称为波特率波特率为 10位 120 秒 1200波特 每个比特位占用的时间Td是波特率的倒数 Td 1 1200 0 833 10 3s 0 833ms 设CPU有16根地址线 8根数据线 并用MREQ作访存控制信号 低电平有效 用WR作读 写控制信号 高电平为读 低电平为写 现有下
4、列存储芯片 1K 4位RAM 4K 8位RAM 8K 8位RAM 2K 8位ROM 4K 8位ROM 8K 8位ROM及74LSl38译码器和各种门电路 画出CPU与存储器的连接图 要求 主存地址空间分配 6000H一67FFH为系统程序区6800H一6BFFH为用户程序区 合理选用上述存储芯片 说明各选几片 详细画出存储芯片的片选逻辑图 举例 解 1 写出对应的二进制地址码 16根地址线 A15A14A13A12A11A10A9A8A7 A4A3 A0 6000H一67FFH为系统程序区6800H一6BFFH为用户程序区 2 确定芯片的数量及类型6000H一67FFH系统程序区 选1片2K
5、8位ROM 6800H一6BFFH用户程序区 选2片1K 4位的RAM芯片 A15A14A13A12A11A10A9A8A7 A4A3 A0 3 分配地址线 A10 A0接2K 8位ROM芯片的片内地址线 A15A14A13A12A11A10A9A8A7 A4A3 A0 A15A14A13A12A11A10A9A8A7 A4A3 A0 A9 A0接1K 4位RAM的片内地址线 4 确定片选信号 1 CPU的16位地址线要全接上 剩余的高位地址A15A14A13A12A11与访存控制信号MREQ共同产生存储芯片的片选信号 2 分析 地址线A15为低 A14为高 3 地址线A13 A12 A11分
6、为两组 二进制编码分别为4或5 1 采用138译码器 2 地址线A13 A12 A11接到译码器C B A输入端 3 输出Y4有效 选中1片ROM 4 输出Y5与A10低电平同时有效 选2片RAM 4 确定片选信号 电路实现 CPU与存储器的片选连接图 A14为高 A15为低 MREQ为低 接到G1 G2A G2B保证了三个控制端的要求 A13 A12 A11接到译码器C D A输入端 其输出Y4有效 选中1片ROM Y5与A10同时有效均为低电平时 选2片RAM 2片RAM的数据线分别与数据总线高4位和低4位双向相连 ROM的8根数据线是单向的 与CPU数据总线单向相连 RAM芯片的读 写控
7、制端与CPU的WR相连 动态RAM刷新 刷新 将原存信息读出 再由刷新放大器形成原信息并重新写入的再生过程 理由 某些存储单元长期得不到访问 无读出也就无重写 原信息会消失 采用定时刷新的方法 在一定的时间内 对动态RAM的全部基本单元电路作一次刷新 一般取2ms 这个时间叫做刷新周期 由专用的刷新电路完成对基本单元电路的逐行刷新 刷新与行地址有关 通常有3种方式刷新 以128 128矩阵为例 在刷新周期2ms内 含4000个存取周期周期 前4000 128 3872个周期用于读 写操作或维持 后128个周期用于刷新 缺点 出现了访存 死区 死区 为 0 5us 128 64us 分散刷新 对
8、每行存储单元的刷新分散到每个读 写周期内完成 把存取周期分成两段 前半段用来读写或维持 后半段用来刷新 使机器存取周期变为 读写 刷新 0 5us 0 5us 1us 这种刷新克服了集中刷新出现 死区 的缺点 但并不能提高整机的工作效率 使整机工作效率下降 以128 128矩阵为例 tC tM tR 无 死区 利用CPU对指令的译码阶段 CPU不访问主存的这段时间 安排动态RAM的刷新操作 不会出现集中刷新的 死区 解决了分散刷新独立占据0 5us的读 写周期问题 提高了整机工作效率 分散刷新与集中刷新相结合 异步刷新 对于128 128的存储芯片 存取周期为0 5 s 2ms 128 15
9、6 s每隔15 6 s刷新一行 死区 为0 5 s 例 按配偶原则配置0011的海明码 C1C2C4 100 解 n 4根据2k n k 1 取k 3 C1 3 5 7 1 0011的海明码为1000011 C2 3 6 7 0 C4 5 6 7 0 无错 有错 有错 P4P2P1 110 第6位出错 可纠正为0100101 故要求传送的信息为0101 纠错过程如下 例 解 3 Cache 主存的效率e 2 平均访问时间 2000 2000 50 0 97 例 假设CPU执行某段程序时 共访问Cache命中2000次 访问主存50次 已知Cache存取周期为50ns 主存的存取周期200ns
10、求Cache 主存的命中率 效率 和平均访问时间 解 tc 50ns tm 200ns 1 Cache的命中率 50ns 0 97 200ns 1 0 97 54 5ns 例 假设Cache的工作速度是主存的5倍 且Cache被访问命中的概率为95 则采用Cache后 存储器性能提高多少 解 设Cache的存取周期为t 主存的存取周期为5t 则系统的平均访问时间为 ta 0 95 t 0 05 5t 1 5t性能为原来的5t 1 5t 3 33倍 即提高了2 33倍 举例 例2 假设主存容量为512K 16位 Cache容量为4096 16位 块长为4个16位的字 访存地址为字地址 2 在全相
11、联映射方式下 设计主存的地址格式 解 主存字块标记为19 b 19 2 17位 1 在直接映射方式下 设计主存的地址格式 解 访存地址为字地址 1 字块内地址 块长为4 为2位 即b 2 2 Cache容量4096字 Cache有4096 4 1024 210块 即c 10 3 主存容量为512K 219字 主存字地址19位 在直接映射方式下 主存字块标记为19 12 7 3 在二路组相联映射方式下 设计主存的地址格式 解 1 字块内地址 块长为4 为2位 即b 2 2 根据二路组相联的条件 一组内有2块 Cache共有1024块 Cache共分1024 2 512组 2q组 即q 9 3 主
12、存字块标记为19 q b 19 9 2 8位 4 若主存容量为1024K 16位 块长不变 在四路组相联映射方式下 设计主存的地址格式 解 主存容量为1024K 16位 主存地址为20位 四路组相联 Cache共分1024 4 256组 2q组 q 8 主存字块标记为20 8 2 10位 例 设某机主存容量为16MB Cache的容量为8KB 每个字块有8个字 每个字32位 设计一个四路组相联映射的Cache组织 1 画出主存地址字段中的各段位数 解 1 组相联映射的主存地址字段各段格式如图所示 解 1 每个字块有8个字 每个字32位 4个字节 每个字块共8 4 32个字节 25个字节 主存地
13、址字段中字块内地址字段为5位 b 5 2 Cache容量为8KB 213B 字块大小为25B Cache共有213B 25B 28块 根据四路组相联的条件 一组内有4块 则Cache共有 28块 22 26组 q 6位 3 根据主存容量为16MB 224B 得出主存地址字段中主存字块标记 S 24 6 5 13位 主存地址字段各段格式如图所示 2 设Cache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 并重复此次序读10次 问命中率是多少 解 2 由于每个字块中有8个字 而且初态Cache为空 CPU读第0号单元时 未命中 必须访问主存 同时 将该字所
14、在的主存块 1 2 7单元 调入Cache第0组中的任一块内 接着CPU读1 7号单元时均命中 同理 CPU读第8 16 96号单元时均未命中 可见CPU在连续读100个字中共有13次未命中 而后9次循环读100个字全部命中 命中率为 解 3 根据题意 设主存存取周期为5t Cache的存取周期为t 没有Cache的访问时间为5t 100 10次 有Cache访问时间为t 1000 13 5t 13 则有Cache和没有Cache相比 速度提高的倍数为 3 若Cache的速度是主存速度的5倍 试问有Cache和无Cache相比 速度提高多少倍 解 4 根据2求得Cache的命中率 h 0 98
15、7 根据题意 设主存存取周期为5t Cache的存取周期为t 得系统的效率为 4 系统的效率为多少 假设磁盘存储器共有6个盘片 最外两侧盘面不能记录 每面有204条磁道 每条磁道有12个扇段 每个扇段有512B 磁盘机以7200rpm速度旋转 平均定位时间为8ms 1 计算该磁盘存储器的存储容量 解 1 6个盘片共有10个记录面 磁盘存储器的总容量为512B 12 204 10 12533760B 例1 2 计算该磁盘存储器的平均寻址时间 解 2 磁盘存储器的平均寻址时间 平均寻道时间和平均等待时间 平均寻道时间 即平均定位时间为8ms 平均等待时间 与磁盘转速有关 根据磁盘转速为7200rp
16、m 7200转 每分钟 得磁盘每转一周的平均时间为 故平均寻址时间为 例1 60s 7200rpm 0 5 4 165ms 8ms 4 165ms 12 165ms 在程序查询方式的输入输出系统中 不考虑处理时间 每一次查询操作需要100个时钟周期 CPU的时钟频率为50MHZ 1 现有鼠标设备 CPU每秒对鼠标进行30次查询 求CPU对这个设备所花费的时间比率 由此可得出什么结论 2 现有硬盘设备 硬盘以32位字长为单位传输数据 即每32位被CPU查询一次 传输率为2MBps 求CPU对这个设备所花费的时间比率 由此可得出什么结论 解 1 CPU每秒对鼠标进行30次查询 所需的时钟周期数为 100 30 3000根据CPU的时钟频率50MHZ 即每秒50 106个时钟周期 故对鼠标的查询占用CPU的时间比率 3000 50 106 100 0 006 可见 对鼠标的查询基本不影响CPU的性能 第五章 举例 解 2 对于硬盘 每32位被CPU查询一次 每秒查询2MB 4B 512K次每秒查询的时钟周期数为100 512 1024 52 4 106故对磁盘的查询占用CPU的时间比率 52
