计算机组成原理：Cache与内存设计及指令系统解析

"计算机组成原理例题.pdf" 在计算机组成原理中，我们关注的主要知识点包括：Cache、内存组织、RAM与ROM的区别、地址映射以及指令系统的设计。 1. Cache组织与映射方式： 问题中提到的Cache有16块，并且采用2路组相联映射方式。这意味着Cache被分为多个组，每个组内可以容纳2块数据。如果每个主存块大小是32字节，那么主存地址可以按照字节进行编址。129号单元的主存块应装入到哪个Cache组，可以通过计算129除以主存块大小（32字节/块）得到。由于是按字节编址，129 / 32 = 4余1，余数不计入，所以129号单元所在主存块应装入到的Cache组号是4。 2. 内存设计与芯片选择： 64KB的主存，ROM区4KB，剩余部分是RAM区。首先，我们需要计算RAM和ROM各自需要的芯片数量。ROM区需要的2K×8位芯片数为4KB / (2K × 8位) = 2片；而RAM区需要的4K×4位芯片数为(64KB - 4KB) / (4K × 4位) = 15片。所以，ROM芯片数为2，RAM芯片数为15。 3. RAM与ROM的特性： （1）RAM是易失性存储器，在断电后数据会丢失，而ROM是非易失性存储器，断电后数据仍然保留。 （2）两者都支持随机存取，即访问任何位置的数据所需时间基本相同。 （3）RAM通常用于Cache，而ROM因为其非易失性，通常用于存储固定不变的程序或数据，如BIOS。 （4）RAM需要定期刷新以保持数据，而ROM则不需要。因此，正确的叙述是（1）和（2），选项A。 4. 存储器地址与芯片分配： 假设使用2Kx4位芯片构建8Kx8位的存储器，地址0B1FH所在的芯片需要找到最小的地址。0B1FH是1727号字节，而8Kx8位意味着有2^13=8192个字节。将1727除以2K（2^11），得到0B1FH所在芯片的最小地址是0800H。 5. 计算机指令系统设计： （1）16位的指令格式，其中12位用于操作码（OP），意味着最多有2^12 = 4096条不同的指令。如果用8位表示寄存器编号，那么最多有2^8 = 256个通用寄存器。存储器地址需要13位（因为地址空间是128KB，即2^17字节），而存储器数据寄存器通常与字长相同，所以是16位。 （2）转移指令采用相对寻址，相对偏移用补码表示，且是11位（16位指令格式减去5位的操作码和2位的寻址方式）。因此，转移目标地址范围是从-2048（1111111111110000B的补码）到+2047（0000000000001111B）。 （3）对于加法操作，操作码是0010B，助记符是add。如果R4和R5分别是100B和101B，它们的内容是1234H和5678H，执行加法后，结果存储在R4（因为没有指定其他寄存器）。计算结果为1234H + 5678H = 68B2H。 通过这些问题，我们可以深入理解计算机的内部工作原理，包括高速缓存的工作机制、内存的组织和寻址、以及微处理器中的指令系统设计。这些知识对于理解和设计计算机系统至关重要。