计算机硬件基础考题解析：磁盘性能、Cache映射与控制器设计

"太原理工计算机组成原理考试题.pdf" 该文件是太原理工大学计算机组成原理课程的一份考试题目，涉及了多个核心知识点。以下是这些知识点的详细解释： 1. 硬盘存储器计算： - 平均寻址时间：包括平均寻道时间和旋转延迟。已知平均寻道时间为5毫秒，但旋转延迟需要计算。旋转延迟 = (最大半径 - 最小半径) / 2 * 道密度 * 转速，其中信息区的最大半径为10厘米，最小半径为5厘米，道密度为400道/厘米，转速为6000转/分钟。计算得出平均寻址时间。 - 总容量：容量 = 记录面数 * （最大半径 - 最小半径）* 圆周 * 道密度 * 位密度。这里需要将位密度转换为每厘米的位数，然后乘以圆周（3.14 * 外直径的一半）。 - 数据传输率：通常由硬盘的内部传输速率决定，这需要额外的信息才能计算。 2. Cache与主存映射： - Cache分为8组，每组4页，每页128字节，主存1MB。主存的大小需要转换为页的数量，即1MB / (页大小 * 字节数)。对于主存的第1200个10位单元，需要计算其所在的页。映射规则为组相联映射，所以主存的地址会映射到Cache的特定组，通过地址计算可以确定具体是哪一页以及页标记。 3. 控制器类型比较： - 组合逻辑控制器：优点是速度快，结构简单，但设计复杂，不易修改。缺点是灵活性低，难以适应复杂指令集。 - 微程序控制器：优点是设计灵活，易于修改和扩展，适用于复杂的指令系统。缺点是速度相对较慢，因为需要执行微指令序列。 4. 内存类型比较： - 动态RAM (DRAM)：优点是集成度高，成本低，适合大容量存储；缺点是需要定期刷新，访问速度相对较慢。 - 静态RAM (SRAM)：优点是速度快，不需要刷新，但集成度较低，成本高。内存条一般使用DRAM，因为需要大容量且成本可控。 5. 专用寄存器及微程序控制方式： - PC (程序计数器)：存储下一条指令的地址。 - IR (指令寄存器)：存放当前正在执行的指令。 - MAR (存储器地址寄存器)：用于存储要访问的内存地址。 - MDR (存储器数据寄存器)：用于暂时存储从内存读取或写入的数据。微程序控制方式的基本思想是利用内存中的微指令来实现对硬件的操作控制。 6. 程序中断优先排队和过程： - 原因：确保高优先级任务得到及时处理，防止低优先级任务占用过多资源。 - 过程：中断请求 -> 中断屏蔽与优先级判断 -> 保存现场 -> 执行中断处理子程序 -> 恢复现场 -> 返回被中断的程序。 7. 存储器设计： - 7M×16存储器的构建：需要计算不同芯片数量，考虑到7M=7*1024K，1M=1024K，先用2M×4的芯片覆盖，剩余部分用1M×4的芯片补充，然后确定地址范围和连接逻辑图。 8. 指令格式设计： - 操作码位数：如果操作码固定，120条指令需要log2(120)位。 - 寄存器和寻址方式编码：32个寄存器需要log2(32)位，16种寻址方式需要log2(16)位。 - 补码表示范围：16位寄存器能表示的十进制数范围是-2^15到2^15-1。 以上就是试卷中涵盖的计算机组成原理相关知识点的详细解析。