第6章習(xí)題 存儲(chǔ)系統(tǒng)

1、v掌握掌握cache的基本原理、地址映射、替換策略；的基本原理、地址映射、替換策略；v掌握虛擬存儲(chǔ)器的基本概念以及段式、頁(yè)式、段掌握虛擬存儲(chǔ)器的基本概念以及段式、頁(yè)式、段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器的原理；頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器的原理；v了解只讀存儲(chǔ)器、閃速存儲(chǔ)器的原理及存儲(chǔ)保護(hù)了解只讀存儲(chǔ)器、閃速存儲(chǔ)器的原理及存儲(chǔ)保護(hù)的原理。的原理。v了解外存儲(chǔ)設(shè)備的發(fā)展動(dòng)態(tài)。了解外存儲(chǔ)設(shè)備的發(fā)展動(dòng)態(tài)。 教教 學(xué)學(xué) 要要 求求 習(xí)題課習(xí)題課一、填空題一、填空題1. 層次化存儲(chǔ)體系涉及到主存、輔存、層次化存儲(chǔ)體系涉及到主存、輔存、Cache和寄存器，按照存和寄存器，按照存取速度排序依次是取速度排序依次是_。2. Cache介于主存

2、和介于主存和CPU之間，其速度比主存之間，其速度比主存_容量比主存容量比主存小很多；它的作用是彌補(bǔ)小很多；它的作用是彌補(bǔ)CPU與主存在與主存在_上的差異。上的差異。 3. 將輔助存儲(chǔ)器將輔助存儲(chǔ)器(磁盤(pán)磁盤(pán))當(dāng)作主存來(lái)使用，從而擴(kuò)大程序可訪問(wèn)的當(dāng)作主存來(lái)使用，從而擴(kuò)大程序可訪問(wèn)的存儲(chǔ)空間，這樣的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)稱(chēng)為存儲(chǔ)空間，這樣的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)稱(chēng)為_(kāi). 4. 主存地址映射是用來(lái)確定主存地址映射是用來(lái)確定_地址與地址與_地址之間的邏地址之間的邏輯關(guān)系。輯關(guān)系。5. 常用的地址映射方法有常用的地址映射方法有_、_組相聯(lián)映射三種。組相聯(lián)映射三種。6. 按照主存按照主存-外存層次的信息傳送單位不同，虛擬存儲(chǔ)器有外存

3、層次的信息傳送單位不同，虛擬存儲(chǔ)器有_式式_式和式和 式三類(lèi)。式三類(lèi)。答案：答案： 1 寄存器、寄存器、Cache、主存、輔存、主存、輔存 2 快快 速度速度 3 虛擬存儲(chǔ)器虛擬存儲(chǔ)器 4 主存主存Cache 5 直接映射直接映射 全相聯(lián)映射全相聯(lián)映射 6 段式、頁(yè)式、段頁(yè)式段式、頁(yè)式、段頁(yè)式7. 虛擬存儲(chǔ)器在運(yùn)行是時(shí)，虛擬存儲(chǔ)器在運(yùn)行是時(shí)，CPU根據(jù)程序指令生成的地址根據(jù)程序指令生成的地址是是_，該地址經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的形成，該地址經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的形成_8. 虛擬存儲(chǔ)器通常是由主存和虛擬存儲(chǔ)器通常是由主存和_兩級(jí)存儲(chǔ)體系組成的。兩級(jí)存儲(chǔ)體系組成的。為了在一臺(tái)特定的機(jī)器上執(zhí)行程序，必須把為了在一臺(tái)特定的機(jī)器

4、上執(zhí)行程序，必須把_映射映射到這臺(tái)機(jī)器主存儲(chǔ)器的到這臺(tái)機(jī)器主存儲(chǔ)器的_空間上，這個(gè)過(guò)程成為地空間上，這個(gè)過(guò)程成為地址映射。址映射。9. 建立高速緩沖存儲(chǔ)器的理論依據(jù)是建立高速緩沖存儲(chǔ)器的理論依據(jù)是_。10. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，下列部件都能夠存儲(chǔ)信息：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，下列部件都能夠存儲(chǔ)信息： a. 主存主存 b. CPU內(nèi)的通用寄存器內(nèi)的通用寄存器 cCache d磁帶磁帶 e磁盤(pán)磁盤(pán)按照按照CPU存取速度排列，由快到慢依次為存取速度排列，由快到慢依次為 _， 答案：答案：7虛擬地址虛擬地址(邏輯地址邏輯地址) 主存實(shí)地址主存實(shí)地址(物理地址物理地址)8輔存輔存 邏輯地址邏輯地址 物理地址物理地址9程

5、序訪問(wèn)的局部性原理程序訪問(wèn)的局部性原理10bcaed11. 使用高速緩沖存儲(chǔ)器是為了解決使用高速緩沖存儲(chǔ)器是為了解決_問(wèn)題，存儲(chǔ)管理主問(wèn)題，存儲(chǔ)管理主要由要由_實(shí)現(xiàn)。使用虛擬存儲(chǔ)器是為了解決實(shí)現(xiàn)。使用虛擬存儲(chǔ)器是為了解決_問(wèn)題，問(wèn)題，存儲(chǔ)管理主要由存儲(chǔ)管理主要由_實(shí)現(xiàn)。后者在執(zhí)行程序時(shí)，必須把實(shí)現(xiàn)。后者在執(zhí)行程序時(shí)，必須把_映射到主存儲(chǔ)器的映射到主存儲(chǔ)器的_空間上，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為空間上，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為_(kāi) 。12. 在計(jì)算機(jī)中，主存的工作方式是在計(jì)算機(jī)中，主存的工作方式是_；輔存的工作方；輔存的工作方式是式是_答案：答案：11 速度速度 硬件硬件 容量容量 軟件軟件 邏輯地址邏輯地址 物理地址物理地

6、址 虛實(shí)地址的轉(zhuǎn)換虛實(shí)地址的轉(zhuǎn)換12 隨機(jī)按字存取隨機(jī)按字存取 DMA成組傳送成組傳送二、選擇題二、選擇題1. 計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器采用分級(jí)方式是為了計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器采用分級(jí)方式是為了_A減少主機(jī)箱的體積減少主機(jī)箱的體積 B解決容量、價(jià)格、速度解決容量、價(jià)格、速度C. 保存大量數(shù)據(jù)方便保存大量數(shù)據(jù)方便 D操作方便操作方便2. 在主存和在主存和CPU之間增加之間增加cache的目的是的目的是_A增加內(nèi)存容量增加內(nèi)存容量 B提高內(nèi)存的可靠性提高內(nèi)存的可靠性C解決解決CPU與內(nèi)存之間的速度匹配問(wèn)題與內(nèi)存之間的速度匹配問(wèn)題D增加內(nèi)存容量，同時(shí)加快存取速度增加內(nèi)存容量，同時(shí)加快存取速度3. 采用虛擬存儲(chǔ)器的主要

7、目的是采用虛擬存儲(chǔ)器的主要目的是_A提高主存儲(chǔ)器的存取速度提高主存儲(chǔ)器的存取速度B擴(kuò)大存儲(chǔ)器空間，并能進(jìn)行自動(dòng)管理擴(kuò)大存儲(chǔ)器空間，并能進(jìn)行自動(dòng)管理C. 提高外存儲(chǔ)器的存取速度提高外存儲(chǔ)器的存取速度D擴(kuò)大外存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)空間擴(kuò)大外存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)空間答案：答案：1B 2C 3B4程序訪問(wèn)的局限性是使用程序訪問(wèn)的局限性是使用_的依據(jù)。的依據(jù)。 A.緩沖緩沖 B. Cache C.虛擬內(nèi)存虛擬內(nèi)存 D.進(jìn)程進(jìn)程5有關(guān)高速緩沖存儲(chǔ)器有關(guān)高速緩沖存儲(chǔ)器Cache的說(shuō)法正確的是的說(shuō)法正確的是_. A只能在只能在CPU以外以外 BCPU內(nèi)外都可設(shè)置內(nèi)外都可設(shè)置Cache C. 只能在只能在CPU以內(nèi)以內(nèi) D若存在

8、若存在Cache，CPU就不能再訪問(wèn)內(nèi)存就不能再訪問(wèn)內(nèi)存6現(xiàn)行奔騰機(jī)的主板上都帶有現(xiàn)行奔騰機(jī)的主板上都帶有Cache存儲(chǔ)器，這個(gè)存儲(chǔ)器，這個(gè)Cache存儲(chǔ)器是存儲(chǔ)器是_。 A. 硬盤(pán)與主存之間的緩存硬盤(pán)與主存之間的緩存 B. 軟盤(pán)與主存之間的緩存軟盤(pán)與主存之間的緩存 C. CPU與視頻設(shè)備之間的緩存與視頻設(shè)備之間的緩存 D. CPU與主存儲(chǔ)器之間的緩存與主存儲(chǔ)器之間的緩存答案：答案：4B 5B 6D 三、綜合題三、綜合題1. CPU執(zhí)行一段程序時(shí)，執(zhí)行一段程序時(shí)，cache完成存取的次數(shù)為完成存取的次數(shù)為1900次，次，主存完成存取的次數(shù)為主存完成存取的次數(shù)為100次，已知次，已知cache存

9、取周期為存取周期為50ns，主存存取周期為主存存取周期為250ns，求，求cache的命中率和平均訪問(wèn)時(shí)間。的命中率和平均訪問(wèn)時(shí)間。 解：解：（1）命中率）命中率:（2）平均訪問(wèn)時(shí)間：）平均訪問(wèn)時(shí)間： 2. 已知已知cache命中率命中率H=0.98 ，主存比，主存比cache慢慢4倍，主存存取倍，主存存取周期為周期為200ns，求，求cache的平均訪問(wèn)時(shí)間。的平均訪問(wèn)時(shí)間。 解：解： 平均訪問(wèn)時(shí)間平均訪問(wèn)時(shí)間:95010019001900.)/()N/(NNHmCCnsnsnsTHTHTmca60250)95. 01 (5095. 0)1 (nsTTTTRmccm504/4/；nsnsns

10、THTHTmca53200)98. 01 (5098. 0)1 ( 3一臺(tái)計(jì)算機(jī)的主存容量為一臺(tái)計(jì)算機(jī)的主存容量為1MB，字長(zhǎng)為，字長(zhǎng)為32位，位，直接映像的直接映像的Cache容量為容量為512字，字，Cache塊長(zhǎng)為塊長(zhǎng)為1字，試設(shè)計(jì)字，試設(shè)計(jì)Cache和主存的地址格式。和主存的地址格式。解：解：Cache塊長(zhǎng)為塊長(zhǎng)為1字，字長(zhǎng)為字，字長(zhǎng)為32位，位，所以有所以有4個(gè)字節(jié)，字地址為個(gè)字節(jié)，字地址為2位。位。Cache容量容量=512 32 = 29*25 = 214bit= 211BCache地址格式：地址格式： 主存容量為主存容量為1MB=220B，所以主存地址格式為：，所以主存地址格式

11、為： Cache塊號(hào)（塊號(hào)（9位）位）塊內(nèi)地址（塊內(nèi)地址（2位）位）主存標(biāo)記（主存標(biāo)記（9位）位） Cache塊號(hào)（塊號(hào)（9位）位）塊內(nèi)地址（塊內(nèi)地址（2位）位） 4. 有一主存有一主存-Cache層次的存儲(chǔ)器，主存容量層次的存儲(chǔ)器，主存容量lMB，cache容量容量64KB，每塊，每塊8KB，采用直接映像方式。，采用直接映像方式。（1）求主存地址格式）求主存地址格式?（2）主存地址為）主存地址為25301H的存儲(chǔ)單元，問(wèn)它在主存的哪個(gè)塊的存儲(chǔ)單元，問(wèn)它在主存的哪個(gè)塊?對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)Cache的哪一塊？的哪一塊？ 解：解：（1） cache容量容量64KB=216B，每塊，每塊8KB=213B， 所

12、以塊內(nèi)地址為所以塊內(nèi)地址為13位，塊地址為位，塊地址為16-13=3位位; 主存容量主存容量1MB=220B，故故主存標(biāo)記為主存標(biāo)記為20-16=4位。位。 主存地址格式如下：主存地址格式如下： （2） 25301H=0010 0101 0011 0000 0001B 所以區(qū)號(hào)所以區(qū)號(hào)=0010，塊號(hào)，塊號(hào)=010， 塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址=1 0011 0000 0001主存標(biāo)記（主存標(biāo)記（4位）位） Cache塊號(hào)（塊號(hào)（3位）位）塊內(nèi)地址（塊內(nèi)地址（13位）位）5.一個(gè)組相聯(lián)映像一個(gè)組相聯(lián)映像cache由由64個(gè)存儲(chǔ)塊構(gòu)成，每組包含個(gè)存儲(chǔ)塊構(gòu)成，每組包含4個(gè)存儲(chǔ)塊。每組包含個(gè)存儲(chǔ)塊。每組包含4

13、個(gè)存儲(chǔ)塊，每塊由個(gè)存儲(chǔ)塊，每塊由128字組字組成。訪存地址為字地址。成。訪存地址為字地址。 (1)寫(xiě)出主存地址位數(shù)和地址格式。寫(xiě)出主存地址位數(shù)和地址格式。 (2)寫(xiě)出寫(xiě)出Cache地址位數(shù)和地址格式。地址位數(shù)和地址格式。解：解：(1)cache由由64個(gè)存儲(chǔ)塊構(gòu)成，個(gè)存儲(chǔ)塊構(gòu)成， Cache容量容量=64*128字字=213字字 cache地址格式為：地址格式為：(2)主存包含主存包含4096個(gè)存儲(chǔ)塊，每組包含個(gè)存儲(chǔ)塊，每組包含4個(gè)存儲(chǔ)塊，個(gè)存儲(chǔ)塊，所以主存有所以主存有1 024個(gè)組個(gè)組,主存容量主存容量=4096128字字=219字字主存地址格式為：主存地址格式為：6.頁(yè)式存儲(chǔ)系統(tǒng)的邏輯地址是由頁(yè)號(hào)和頁(yè)內(nèi)地址兩部分組成。頁(yè)式存儲(chǔ)系統(tǒng)的邏輯地址是由頁(yè)號(hào)和頁(yè)內(nèi)地址兩部分組成。假定假定頁(yè)面的大小為頁(yè)面的大小為4K，地