存儲器習(xí)題參考答案1.解釋概念：主存：主存儲器的簡稱，主要特點是可以和CPU直接交換信息。(P70)

輔存：輔助存儲器的簡稱，是主存儲器的后援存儲器，用來存放當(dāng)前暫時不用的程序和數(shù)據(jù)，它不能與CPU直接交換信息。(P70)Cache：高速緩沖存儲器，用在主存和CPU之間使兩者速度更好地匹配。(P71)RAM：隨機存儲器，是一種可讀/寫存儲器，其特點是存儲器的任何一個存儲單元的內(nèi)容都可以隨機存取，而且存取時間與存儲單元的物理位置無關(guān)。(P69)SRAM：靜態(tài)RAM，以觸發(fā)器原理寄存信息。(P69)DRAM：動態(tài)RAM，以電容充放電原理寄存信息。(P69)

ROM：只讀存儲器，是能對其存儲的內(nèi)容讀出，而不能對其重新寫入的存儲器。這種存儲器一旦存入了原始信息后，在程序執(zhí)行的過程中，只能將內(nèi)部信息讀出，而不能隨意重新寫入新的信息去改變原始信息。(P69)PROM：是可以實現(xiàn)一次性編程的只讀存儲器。(P89)EPROM：是一種可擦除可編程只讀存儲器。它可以由用戶對其所存信息作任意次的改寫。(P90)EEPROM：用電可擦除只讀存儲器，在聯(lián)機條件下，用字擦除方式或頁擦除方式，既可局部擦寫，又可全部擦寫，這種EPROM就是EEPROM。(P69,91)CDROM：只讀型光盤，這種光盤內(nèi)的數(shù)據(jù)和程序是由廠家事先寫入的，使用時用戶只能讀出，不能修改或?qū)懭胄碌膬?nèi)容。(P147)Flah

memory：閃速存儲器，又稱快擦型存儲器，它是在EPROM和EEPROM工藝基礎(chǔ)上產(chǎn)生的一種新型的、具有性能價格比更好、可靠性更高的可擦寫非易失性存儲器。（P91）

綜合上述兩個存儲層次的作用，從整個存儲系統(tǒng)來看，就達(dá)到了速度快、容量大、位價低的優(yōu)化效果。

主存與CACHE之間的信息調(diào)度功能全部由硬件自動完成。而主存—輔存層次的調(diào)度目前廣泛采用虛擬存儲技術(shù)實現(xiàn)，即將主存與輔存的一部份通過軟硬結(jié)合的技術(shù)組成虛擬存儲器，程序員可使用這個比主存實際空間（物理地址空間）大得多的虛擬地址空間（邏輯地址空間）編程，當(dāng)程序運行時，再由軟、硬件自動配合完成虛擬地址空間與主存實際物理空間的轉(zhuǎn)換。因此，這兩個層次上的調(diào)度或轉(zhuǎn)換操作對于程序員來說都是透明的。5.什么是存儲器的帶寬？若存儲器的數(shù)據(jù)總線寬度為32位，存取周期為200ns，則存儲器的帶寬是多少？

解：存儲器的帶寬指單位時間內(nèi)從存儲器進出信息的最大數(shù)量。

存儲器帶寬=1/200ns×32位

=160Mb/s=20MB/s=5MW/s

注意字長（32位）不是16位。

（注：本題的兆單位來自時間=106）6.某機字長為32位，其存儲容量是64KB，按字編址其尋址范圍是多少？若主存以字節(jié)編址，試畫出主存字地址和字節(jié)地址的分配情況。

解：存儲容量是64KB時，按字節(jié)編址的尋址范圍就是64KB，則：

按字尋址范圍=64K×8/32=16K字

按字節(jié)編址時的主存地址分配圖如下：0123…………65465534655327…………6553565533字地址

HB—————字節(jié)地址—————LB048……65528655329.什么叫刷新？為什么要刷新？說明刷新有幾種方法。

解：刷新——對DRAM定期進行的全部重寫過程；

刷新原因——因電容泄漏而引起的DRAM所存信息的衰減需要及時補充，因此安排了定期刷新操作；

常用的刷新方法有三種——集中式、分散式、異步式。

集中式：在最大刷新間隔時間內(nèi)，集中安排一段時間進行刷新；

分散式：在每個讀/寫周期之后插入一個刷新周期，無CPU訪存死時間；

異步式：是集中式和分散式的折衷。11.一個8K×8位的動態(tài)RAM芯片，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)排列成256×256形式，存取周期為0.1μs。試問采用集中刷新、分散刷新及異步刷新三種方式的刷新間隔各為多少？

注意：DRAM的最大刷新間隔時間為2ms，因此分析是要注明是行間刷新間隔、芯片最大刷新間隔。

解：則

異步刷新，最大刷新間隔時間為2ms，行間刷新間隔=2ms/256行

=0.0078125ms=7.8125μs

即：每7.8125μs刷新一行。

集中刷新時，最大刷新間隔時間為2ms，行間刷新間隔為0.1μs

。集中刷新的死時間

=0.1μs×256行=25.6μs。

分散刷新的行間刷新間隔=0.1μs×2=0.2μs

即：每0.2μs刷新一行。

分散刷新一遍的時間

=0.1μs×2×256行=51.2μs則

分散刷新時，

2ms內(nèi)可重復(fù)刷新遍數(shù)

=2ms/51.2μs≈39遍

設(shè)地址線根數(shù)為a，數(shù)據(jù)線根數(shù)為b，則片容量為：2a×b=219；b=219-a；

若a=19，b=1，總和=19+1=

20；

a=18，b=2，總和=18+2=20；

a=17，b=4，總和=17+4=21；

a=16，b=8，總和=16+8=24；

…………

由上可看出：片字?jǐn)?shù)越少，片字長越長，引腳數(shù)越多。片字?jǐn)?shù)、片位數(shù)均按2的冪變化。

結(jié)論：如果滿足地址線和數(shù)據(jù)線的總和為最小，這種芯片的引腳分配方案有兩種：地址線=19根，數(shù)據(jù)線=1根；或地址線=18根，數(shù)據(jù)線=2根。14.某8位微型機地址碼為18位，若使用4K×4位的RAM芯片組成模塊板結(jié)構(gòu)的存儲器，試問：

（1）該機所允許的最大主存空間是多少？

（2）若每個模塊板為32K×8位，共需幾個模塊板？

（3）每個模塊板內(nèi)共有幾片RAM芯片？

（4）共有多少片RAM？

（5）CPU如何選擇各模塊板？

解：

（1）218=256K，則該機所允許的最大主存空間是256K×8位（或256KB）；

（2）模塊板總數(shù)=256K×8/32K×8

=8個；

（3）板內(nèi)片數(shù)=32K×8位/4K×4位

=8×2=16片；

（4）總片數(shù)=16片×8個=128片；

（5）CPU通過最高3位地址譯碼選板，次高3位地址譯碼選片。地址格式分配如下：板地址片地址片內(nèi)地址331217151412110

解：第一步，根據(jù)題目的地址范圍寫出相應(yīng)的二進制地址碼。A15…A12A11…A8A7…A4A3…A00000000000000000…00001111111111110001000000000000…0011111111111111最小4K×8位系統(tǒng)程序區(qū)相鄰12K×8位用戶程序區(qū)第二步，根據(jù)地址范圍的容量及其在計算機系統(tǒng)中的作用，確定最小4KB最小系統(tǒng)程序區(qū)選擇2片4K×4位ROM；與其相鄰的12KB用戶程序區(qū)選擇3片4K×8位RAM。第三步，分配CPU地址線。將CPU的低12位地址線A11~A0

與2片4K×4位ROM和3片4K×8位RAM的地址線相連。

第四步，形成片選信號。將74138譯碼器的控制端G1接+5V，-G2A,-G2B分別接A15和-MREQ.CPU的A14,A13,A12分別接在譯碼器的C,B,A端。-Y0作為并聯(lián)的兩片ROM的片選信號，-Y1,-Y2,-Y3分別作為串聯(lián)的3片RAM的片選信號。CPU和存儲器連接邏輯圖及片選邏輯：4K×4ROMCPU74138（3：8）4K×4ROM4K×8RAM4K×8RAM4K×8RAM-MREQA15A14A13A12CBA-Y0-G2A-G2BG1+5VA11…A0D7…D4D3…D0R/-W-Y1-Y2-Y3A11…A0A11…A0A11…A0A11…A0A11…A0D7…D4D3…D0D7…D0D7…D0D7…D0-CS0-CS1-CS2-CS3討論：

1）選片：當(dāng)采用字?jǐn)U展和位擴展所用芯片一樣多時，選位擴展。

理由：字?jǐn)U展需設(shè)計片選譯碼，較麻煩，而位擴展只需將數(shù)據(jù)線按位引出即可。

本題如選用2K×8ROM，則RAM也應(yīng)選2K×8的。否則片選要采用二級譯碼，實現(xiàn)較麻煩。

當(dāng)需要RAM、ROM等多種芯片混用時，應(yīng)盡量選容量等外特性較為一致的芯片，以便于簡化連線。

2）應(yīng)盡可能的避免使用二級譯碼，以使設(shè)計簡練。但要注意在需要二級譯碼時如果不使用，會使選片產(chǎn)生二意性。16.CPU假設(shè)同上題，現(xiàn)有8片8K×8位的RAM芯片與CPU相連。

（1）用74138譯碼器畫出CPU與存儲芯片的連接圖；

（2）寫出每片RAM的地址范圍；

（3）如果運行時發(fā)現(xiàn)不論往哪片RAM寫入數(shù)據(jù)，以A000H為起始地址的存儲芯片都有與其相同的數(shù)據(jù)，分析故障原因。

（4）根據(jù)（1）的連接圖，若出現(xiàn)地址線A13與CPU斷線，并搭接到高電平上，將出現(xiàn)什么后果？

解：（1）CPU與存儲器芯片連接邏輯圖：CPU8K×8SRAMD7…D0R/-W8K×8SRAM8K×8SRAM8K×8SRAM-MREQA15A14A13A12…A0-CS0-CS1-CS2…-CS774138（3：8）CBA-G2A-G2BG1+5V…A12…A0D7…D0A12…A0A12…A0A12…A0D7…D0D7…D0D7…D0-Y0-Y1-Y2…-Y7

（2）每片RAM的地址劃分：0~81918192~1638316384~2457524576~3276732768~4095940960~4915149152~5734357344~65535A15…A12A11…A8A7…A4A3…A00000000000000000…00011111111111110010000000000000…00111111111111110100000000000000…01011111111111110110000000000000…01111111111111111000000000000000…10011111111111111010000000000000…10111111111111111100000000000000…11011111111111111110000000000000…1111111111111111

（4）如果地址線A13與CPU斷線，并搭接到高電平上，將會出現(xiàn)A13恒為“1”的情況。此時存儲器只能尋址A13=1的地址空間，A13=0的另一半地址空間將永遠(yuǎn)訪問不到。若對A13=0的地址空間進行訪問，只能錯誤地訪問到A13=1的對應(yīng)空間中去。17.寫出1100、1101、1110、1111對應(yīng)的漢明碼。

解：1100對應(yīng)0111100

1101對應(yīng)1010101

1110對應(yīng)0010110

1111對應(yīng)26.計算機中設(shè)置Cache的作用是什么？能不能把Cache的容量擴大，最后取代主存，為什么？

答：計算機中設(shè)置Cache主要是為了加速CPU訪存速度；

不能把Cache的容量擴大到最后取代主存，主要因為Cache和主存的結(jié)構(gòu)原理以及訪問機制不同（主存是按地址訪問，Cache是按內(nèi)容及地址訪問）。28.設(shè)主存容量為256K字，Cache容量為2K字，塊長為4。

（1）設(shè)計Cache地址格式，Cache中可裝入多少塊數(shù)據(jù)？

（2）在直接映射方式下，設(shè)計主存地址格式。

（3）在四路組相聯(lián)映射方式下，設(shè)計主存地址格式。

（4）在全相聯(lián)映射方式下，設(shè)計主存地址格式。

（5）若存儲字長為32位，存儲器按字節(jié)尋址，寫出上述三種映射方式下主存的地址格式。

解：（1）Cache容量為2K=2^11字，得Cache字地址為11位。每塊4字，默認(rèn)訪存地址為字地址，得塊內(nèi)地址為位，即b=2，且Cache共有2K/4=512=2^9塊，即c=9,則Cache中可裝入512塊數(shù)據(jù)，其地址格式為：（2）主存容量256K字=2^18字，得主存字地址為18位。在直接相聯(lián)映射下，主存字塊標(biāo)記為18-c-b=18-9-2=7位。地址格式為：字塊內(nèi)地址緩存字塊地址主存字塊標(biāo)記7位9位2位塊內(nèi)地址緩存字塊地址9位2位

（3）在四路組相聯(lián)映射方式下，緩存分2^9/4=2^7組，即q=7，則主存字塊標(biāo)記在四路組相聯(lián)映射下為18-q-b=18-7-2=9位。（4）全相聯(lián)映射下主存字塊標(biāo)記為18-b=18-2=16位。字塊內(nèi)地址

組地址主存字塊標(biāo)記9位7位2位字塊內(nèi)地址主存字塊標(biāo)記16位2位

（5）主存容量為256K字*32位=2^20B，得主存地址為20位。緩存容量為2K字*32位=2^13B。得Cache地址為13位。塊長4字*32位=2^4B，且按字節(jié)尋址，得塊內(nèi)地址為4位，即b=4,塊數(shù)為2^13/2^4=2^9塊，即c=9。則直接映射下主存字塊標(biāo)記為20-c-b=20-9-4=7,地址格式為：四路相聯(lián)映射下，緩存分2^9/4=2^7組，即q=7，則主存字塊標(biāo)記在四路組相聯(lián)映射下為20-q-b=20-7-4=9位，其地址格式為：全相聯(lián)映射下主存字塊標(biāo)記為20-b=20-4=16位，地址格式為：字塊內(nèi)地址

組地址主存字塊標(biāo)記9位7位4位字塊內(nèi)地址主存字塊標(biāo)記16位4位字塊內(nèi)地址緩存字塊地址主存字塊標(biāo)記7位9位4位29.假設(shè)CPU執(zhí)行某段程序時共訪問Cache命中4800次，訪問主存200次，已知Cache的存取周期是30ns，主存的存取周期是150ns，求Cache的命中率以及Cache-主存系統(tǒng)的平均訪問時間和效率，試問該系統(tǒng)的性能提高了多少？

解：

Cache命中率為：4800/(4800+200)=96%

Cache-主存系統(tǒng)的平均訪問時間為：

30ns*96%+150ns*（1-96%）=34.8ns

效率e=30ns/34.8ns=86.2%

該系統(tǒng)的性能是原來的150ns/34.8ns=4.31倍，故提高了4.31-1=3.31倍30.一個組相聯(lián)映射的Cache由64塊組成，每組內(nèi)包含4塊。主存包含4096塊，每塊由128字組成，訪存地址為字地址。試問主存和Cache的地址各為幾位？畫出主存的地址格式。

解：4路組相連主存容量為4096*128字=2^19字，故主存字地址有19位。Cache容量為64*128字=2^13字，其字地址有13位。Cache分64/4=16=2^4組，即q=4位。每塊有128字=2^7字，即b=7位。組相聯(lián)映射下，主存字塊標(biāo)記為19-q-b=8位。主存地址格式為：字塊內(nèi)地址組地址主存字塊標(biāo)記8位4位7位32.設(shè)某機主存容量為4MB，Cache容量為16KB，每字塊有8個字，每字32位，設(shè)計一個四路組相聯(lián)映射（即Cache每組內(nèi)共有4個字塊）的Cache組織。

（1）畫出主存地址字段中各段的位數(shù)；

（2）設(shè)Cache的初態(tài)為空，CPU依次從主存第0、1、2……89號單元讀出90個字（主存一次讀出一個字），并重復(fù)按此次序讀8次，問命中率是多少？

（3）若Cache的速度是主存的6倍，試問有Cache和無Cache相比，速度約提高多少倍？

答：

（1）由于容量是按字節(jié)表示的，則主存地址字段格式劃分如下：

1075（3+2）

（2）由于題意中給出的字地址是連續(xù)的，故（1）中地址格式的最低2位不參加字的讀出操作。當(dāng)主存讀0號字單元時，將主存0號字塊（0~7）調(diào)入Cache（0組0號塊），主存讀8號字單元時，將1號塊（8~15）調(diào)入Cache（1組0號塊）……主存讀89號單元時，將11號塊（88~89）調(diào)入Cache（11組0號塊）。塊內(nèi)字地址+Cache組地址主存字塊標(biāo)記字節(jié)地址

共需調(diào)90/812次，就把主存中的90個字調(diào)入Cache。除讀第1遍時CPU需訪問主存12次外，以后重復(fù)讀時不需再訪問主存。則在90×8=720個讀操作中：

訪Cache次數(shù)=720-12=708次

Cache命中率

=708/7200.9898%

（3）設(shè)無Cache時訪主存需時720T（T為主存周期），加入Cache后需時：

708T/6+12T=（118+12）T

=130T

則：720T/130T5.54倍

有Cache和無Cache相比，速度提高了4.54倍左右。38.磁盤組有6片磁盤，最外兩側(cè)盤面可以記錄，存儲區(qū)域內(nèi)徑22cm，外徑33cm，道密度為40道/cm，內(nèi)層密度為400位/cm，轉(zhuǎn)速3600轉(zhuǎn)/分。

（1）共有多少存儲面可用？

（2）共