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18. 什么是“程序访问的局部性”？存储系统中哪一级采用了程序访问的局部性原理？ 解：程序运行的局部性原理指：在一小段时间内，最近被访问过的程序和数据很可能再次被访问；在空间上，这些被访问的程序和数据往往集中在一小片存储区；在访问顺序上，指令顺序执行比转移执行的可能性大 (大约 5:1 )。存储系统中Cache—主存层次采用了程序访问的局部性原理。

25. Cache做在CPU芯片内有什么好处？将指令Cache和数据Cache分开又有什么好处？ 答：Cache做在CPU芯片内主要有下面几个好处：

1）可提高外部总线的利用率。因为Cache在CPU芯片内，CPU访问Cache时不必占用外部总线。

2）Cache不占用外部总线就意味着外部总线可更多地支持I/O设备与主存的信息传输，增强了系统的整体效率。

3）可提高存取速度。因为Cache与CPU之间的数据通路大大缩短,故存取速度得以提高。 将指令Cache和数据Cache分开有如下好处：

1）可支持超前控制和流水线控制，有利于这类控制方式下指令预取操作的完成。 2）指令Cache可用ROM实现，以提高指令存取的可靠性。

3）数据Cache对不同数据类型的支持更为灵活，既可支持整数（例32位），也可支持浮点数据（如64位）。 补充：

Cache结构改进的第三个措施是分级实现，如二级缓存结构，即在片内Cache（L1）和主存之间再设一个片外Cache（L2），片外缓存既可以弥补片内缓存容量不够大的缺点，又可在主存与片内缓存间起到平滑速度差的作用，加速片内缓存的调入调出速度。

30. 一个组相连映射的CACHE由64块组成，每组内包含4块。主存包含4096块，每块由128

字组成，访存地址为字地址。试问主存和高速存储器的地址各为几位？画出主存地址格式。 解：cache组数：64/4=16 ，Cache容量为：64*128=213字，cache地址13位

主存共分4096/16=256区，每区16块

主存容量为：4096*128=219字，主存地址19位，地址格式如下： 主存字块标记（8位） 组地址（4位） 字块内地址（7位） 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： 8 7 2 3 2

（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x号块），主存读8号字单元时，将1号块（8~15）调入Cache（1组x号块）…… 主存读96号单元时，将12号块（96~103）调入Cache（12组x号块）。

共需调100/8 13次，就把主存中的100个数调入Cache。除读第1遍时CPU需访问主存13次外，以后重复读时不需再访问主存。则在800个读操作中：

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访Cache次数=（100-13）+700=787次 0.98

Cache命中率=787/800 98%

T/6+13T

787

（3）设无Cache时访主存需时800T（T为主存周期），加入Cache后需时： （131.167+13）T144.167T 5.55倍

则：800T/144.167T

有Cache和无Cache相比，速度提高4.55倍左右。

38. 磁盘组有六片磁盘，每片有两个记录面，存储区域内径22厘米，外径33厘米，道密度为

40道/厘米，内层密度为400位/厘米，转速2400转/分，问： （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？ 解：

（1）若去掉两个保护面，则共有： 6 × 2 - 2 = 10个存储面可用； （2）有效存储区域 =（33-22）/ 2 = 5.5cm

柱面数 = 40道/cm × 5.5= 220道 = （3）内层道周长=22 69.08cm 道容量=400位/cm×69.08cm = 3454B

面容量=3454B × 220道 = 759，880B

盘组总容量 = 759，880B × 10面 = 7，598，800B （4）转速 = 2400转 / 60秒 = 40转/秒

数据传输率 = 3454B × 40转/秒 = 138，160 B/S 注意：

1）计算盘组容量时一般应去掉上、下保护面； 的精度选取不同将引起答案不同，一般取两位小数；盘组总磁道数（=一个盘面上的磁道数）4）数据传输率与盘面数无关；

5）数据传输率的单位时间是秒，不是分。

4.39 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12 288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。

3）柱面数

2）

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解： （1）存储容量 = 275道×12 288B/道×4面 = 13 516 800B （2）最高位密度 = 12 288B/230 最低位密度 = 12 288B / 340

≈17B/mm≈136位/mm（向下取整） ≈11B/mm≈92位 / mm （向下取整）

最大磁道直径=230mm+275道/5道 × 2= 230mm + 110mm = 340mm

（3）磁盘数据传输率= 12 288B × 3000转/分=12 288B × 50转/秒=614 400B/S （4）平均等待时间 = 1/50 / 2 = 10ms

讨论：1、本题给出的道容量单位为字节，因此算出的存储容量单位也是字节，而不是位； 2、由此算出的位密度单位最终应转换成bpm(位/毫米）； 3、平均等待时间是磁盘转半圈的时间，与容量无关。

4.41 设有效信息为110，试用生成多项式G(x) =11011将其编成循环冗余校验码。 解：编码过程如下： M(x) =110 n =3

G(x) =11011 k+1 =5 k =4 M(x)·x4 =110 0000

M(x)·x4/G(x) =110 0000/11011=100+1100/11011 R(x) =1100 M(x)·x4+R(x) =110 0000+1100=110 1100 =CRC码 （7，3）码

注：此题的G(x)选得不太好，当最高位和最低位出错时，余数相同，均为0001。此时只能检错，无法纠错

第 五 章

1. I/O有哪些编址方式？各有何特点？

解：常用的I/O编址方式有两种： I/O与内存统一编址和I/O独立编址；

特点： I/O与内存统一编址方式的I/O地址采用与主存单元地址完全一样的格式，I/O设备和主存占用同一个地址空间，CPU可像访问主存一样访问I/O设备，不需要安排专门的I/O指令。

I/O独立编址方式时机器为I/O设备专门安排一套完全不同于主存地址格式的地址编码，此时I/O地址与主存地址是两个独立的空间，CPU需要通过专门的I/O指令来访问I/O地址空间。 讨论：I/O编址方式的意义：

I/O编址方式的选择主要影响到指令系统设计时I/O指令的安排，因此描述其特点时一定要说明此种I/O编址方式对应的I/O指令设置情况。

I/O与内存统一编址方式将I/O地址看成是存储地址的一部分，占用主存空间；

问题：确切地讲， I/O与内存统一编址的空间为总线空间，I/O所占用的是内存的扩展空间。 I/O独立编址方式有明显的I/O地址标识，识。

2. 简要说明CPU与I/O之间传递信息可采用哪几种联络方式？它们分别用于什么场合？

而I/O与内存统一的编址方式没有；

问题：无论哪种编址方式，I/O地址都是由相应的指令提供的，而地址本身并没有特殊的标

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答： CPU与I/O之间传递信息常采用三种联络方式：直接控制（立即响应）、 同步、异步。 适用场合分别为：

直接控制适用于结构极简单、速度极慢的I/O设备，CPU直接控制外设处于某种状态而无须联络信号。

同步方式采用统一的时标进行联络，适用于CPU与I/O速度差不大，近距离传送的场合。 异步方式采用应答机制进行联络，适用于CPU与I/O速度差较大、远距离传送的场合。 讨论：注意I/O交换方式、I/O传送分类方式与I/O联络方式的区别： 串行、并行I/O传送方式常用于描述I/O传送宽度的类型； I/O交换方式主要讨论传送过程的控制方法；

I/O联络方式主要解决传送时CPU与I/O之间如何取得通信联系以建立起操作上的同步配合关系。

同步方式适用于CPU与I/O工作速度完全同步的场合。

问题： I/O 要达到与CPU工作速度完全同步一般是不可能的。同步方式的实质是“就慢不就快”，如采用同步方式一般CPU达不到满负荷工作。

5.3 .I/O设备与主机交换信息时，共有哪鸡枞控制方式？简述它们的特点。

(1）程序直接控制方式：也称查询方式，采用该方式，数据在CPU和外设间的传送完全靠计算机程序控制，CPU的操作和外围设备操作同步，硬件结构简单，但由于外部设备动作慢，浪费CPU时间多，系统效率低。

（2）程序中断方式：外设备准备就绪后中断方式猪肚通知CPU，在CPU相应I/O设备的中断请求后，在暂停现行程序的执行，转为I/O设备服务科明显提高CPU的利用率，在一定程度上实现了主机和I/O设备的并行工作，但硬件结构负载，服务开销时间大、

（3）DMA方式与中断方式一样，实现了主机和I/O设备的并行工作，由于DMA方式直接依靠硬件实现贮存与I/O设备之间的数据传送，传送期间不需要CPU程序干预，CPU可继续执行原来的程序，因此CPU利用率和系统效率比中断方式更高，但DMA方式的硬件结构更为复杂。 I/O通道方式、I/O处理机方式。

6. 字符显示器的接口电路中配有缓冲存储器和只读存储器，各有何作用？

解：显示缓冲存储器的作用是支持屏幕扫描时的反复刷新；只读存储器作为字符发生器使用，他起着将字符的ASCII码转换为字形点阵信息的作用。

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； 波特——是数据传送速率波特率的单位。

注：题意中给出的是字符传送速率，即：字符/秒。要求的是数据传送速率，串行传送时一般用波特率表示。

两者的区别：字符传送率是数据的“纯”有效传送率，不含数据格式信息；波特率是“毛”传送率，含数据格式信息。

10. 什么是I/O接口?为什么要设置I/O接口？I/O接口如何分类？

解： I/O接口一般指CPU和I/O设备间的连接部件； I/O接口分类方法很多，主要有： 按数据传送方式分有并行接口和 串行接口两种；

按数据传送的控制方式分有程序控制接口、程序中断接口、DMA接口三种。 5.12 结合程序查询方式的接口电路，说明其工作过程。

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