第4章課后復(fù)習(xí)

1、第4章 存儲(chǔ)器課后復(fù)習(xí)目錄 （）本章復(fù)習(xí)提示 （二）課后習(xí)題參考答案（一）本章復(fù)習(xí)提示（一）本章復(fù)習(xí)提示1. 存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)Cache主存和主存輔存層次的作用主存和主存輔存層次的作用 程序訪問的局部性原理與存儲(chǔ)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)程序訪問的局部性原理與存儲(chǔ)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu) 的關(guān)系的關(guān)系重點(diǎn)重點(diǎn) 緩存緩存 主存層次和主存主存層次和主存 輔存層次輔存層次緩存緩存CPU主存主存輔存輔存10 ns20 ns200 nsms緩存緩存主存主存輔存輔存主存主存虛擬存儲(chǔ)器虛擬存儲(chǔ)器虛地址虛地址邏輯地址邏輯地址實(shí)地址實(shí)地址物理地址物理地址主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器（速度）（速度）（容量）（容量）1. 存儲(chǔ)系統(tǒng)的

2、層次結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)Cache主存和主存輔存層次的作用主存和主存輔存層次的作用 程序訪問的局部性原理與存儲(chǔ)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)程序訪問的局部性原理與存儲(chǔ)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu) 的關(guān)系的關(guān)系重點(diǎn)重點(diǎn)2. 主存、主存、Cache、磁表面存儲(chǔ)器的工作原理、磁表面存儲(chǔ)器的工作原理及技術(shù)指標(biāo)及技術(shù)指標(biāo) 3. 半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的外特性以及與半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的外特性以及與 CPU 的連接的連接 存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)器與 CPU 的連接的連接 (1) 地址線的連接地址線的連接(2) 數(shù)據(jù)線的連接數(shù)據(jù)線的連接(3) 讀讀/寫線的連接寫線的連接(4) 片選線的連接片選線的連接(5) 合理選用芯片合理選用芯片(6) 其他其他 時(shí)序、負(fù)載時(shí)

3、序、負(fù)載例例 設(shè)設(shè) CPU 有有 16 根地址線根地址線，8 根數(shù)據(jù)線，根數(shù)據(jù)線， MREQ 訪存控制信號(hào)（低電平有效），訪存控制信號(hào)（低電平有效）， WR 讀讀/寫控制信號(hào)（高電平為讀，低電平為寫）寫控制信號(hào)（高電平為讀，低電平為寫） RAM ：1K4位；位；4K8位；位；8K8 位位 ROM ：2K8位；位；4K8位；位；8K8 位位 74LS138 譯碼器和各種門電路譯碼器和各種門電路 畫出畫出 CPU 與存儲(chǔ)器的連接圖，要求與存儲(chǔ)器的連接圖，要求 主存地址空間分配：主存地址空間分配： 6000H67FFH 為系統(tǒng)程序區(qū)；為系統(tǒng)程序區(qū)； 6800H6BFFH 為用戶程序區(qū)。為用戶程序區(qū)。

4、 合理選用上述存儲(chǔ)芯片，說明各選幾片？合理選用上述存儲(chǔ)芯片，說明各選幾片？ 詳細(xì)畫出存儲(chǔ)芯片的片選邏輯圖。詳細(xì)畫出存儲(chǔ)芯片的片選邏輯圖。 解解: : (1) 寫出對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制地址碼寫出對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制地址碼(2) 確定芯片的數(shù)量及類型確定芯片的數(shù)量及類型0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0A15A14A13 A11 A10 A7 A4 A3 A00 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 12K8位位1K8位位RAM2片片1K4位位R

5、OM1片片2K8位位(3) 分配地址線分配地址線A10 A0 接接 2K 8 位位 ROM 的地址線的地址線A9 A0 接接 1K 4 位位 RAM 的地址線的地址線(4) 確定片選信號(hào)確定片選信號(hào)C B A0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0A15 A13 A11 A10 A7 A4 A3 A00 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 12K8 位位1片片ROM1K4 位位2片片RAM2K8位位 ROM1K4位位 RAM1K4

6、位位 RAM&PD/ProgrY5Y4G1CBAG2BG2A.MREQA14A15A13A12A11A10A9A0.D7D4D3D0WR.( (5) ) CPU 與存儲(chǔ)器的連接圖與存儲(chǔ)器的連接圖1. 存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)Cache主存和主存輔存層次的作用主存和主存輔存層次的作用 程序訪問的局部性原理與存儲(chǔ)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)程序訪問的局部性原理與存儲(chǔ)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu) 的關(guān)系的關(guān)系重點(diǎn)重點(diǎn)2. 主存、主存、Cache、磁表面存儲(chǔ)器的工作原理、磁表面存儲(chǔ)器的工作原理及技術(shù)指標(biāo)及技術(shù)指標(biāo) 3. 半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的外特性以及與半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的外特性以及與 CPU 的連接的連接 4. .如何提

7、高訪存速度如何提高訪存速度1. .對(duì)于一定容量的存儲(chǔ)器，按字節(jié)或字訪問對(duì)于一定容量的存儲(chǔ)器，按字節(jié)或字訪問 的尋址范圍是不同的的尋址范圍是不同的難點(diǎn)難點(diǎn) 如如 16 MB （227位）位）的存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器按按 字節(jié)字節(jié) 尋址尋址按按 字（字（16位）位）尋址尋址按按 字字 （32位）位）尋址尋址224= 16 M223 = 8 M222 = 4 M尋址范圍尋址范圍容量容量224 = 227位位 223 = 227位位 222 = 227位位 字節(jié)字節(jié) 尋址尋址字（字（16位）位）尋址尋址字字 （32位）位）尋址尋址24 位位23 位位22 位位字節(jié)地址字節(jié)地址字節(jié)地址字節(jié)地址23 24 251

8、. .對(duì)于一定容量的存儲(chǔ)器，按字節(jié)或字訪問對(duì)于一定容量的存儲(chǔ)器，按字節(jié)或字訪問 的尋址范圍是不同的的尋址范圍是不同的難點(diǎn)難點(diǎn)2. 多體并行結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器順序編址和交叉編址多體并行結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器順序編址和交叉編址 對(duì)訪存速度的影響對(duì)訪存速度的影響 多體并行系統(tǒng)多體并行系統(tǒng)(1) 高位交叉高位交叉 M0M1M2M3體內(nèi)地址體內(nèi)地址體號(hào)體號(hào)體號(hào)體號(hào)地址地址00 000000 000100 111101 000001 000101 111110 000010 000110 111111 000011 000111 1111順序編址順序編址 各個(gè)體并行工作各個(gè)體并行工作M0地址地址01n1M1nn+12n1M2

9、2n2n+13n1M33n3n+14n1地址譯碼地址譯碼體內(nèi)地址體內(nèi)地址體號(hào)體號(hào)體號(hào)體號(hào)(1) 高位交叉高位交叉 M0M1M2M3體號(hào)體號(hào)體內(nèi)地址體內(nèi)地址地址地址0000 000000 010000 100000 110001 000001 010001 100001 111111 001111 011111 101111 11(2) 低位交叉低位交叉各個(gè)體輪流編址各個(gè)體輪流編址M0地址地址044n4M1154n3M2264n2M3374n1地址譯碼地址譯碼 體號(hào)體號(hào)體內(nèi)地址體內(nèi)地址 體號(hào)體號(hào)(2) 低位交叉低位交叉 各個(gè)體輪流編址各個(gè)體輪流編址低位交叉的特點(diǎn)低位交叉的特點(diǎn)在不改變存取周期的前

10、提下，增加存儲(chǔ)器的帶寬在不改變存取周期的前提下，增加存儲(chǔ)器的帶寬時(shí)間時(shí)間 單體單體訪存周期訪存周期 單體單體訪存周期訪存周期啟動(dòng)存儲(chǔ)體啟動(dòng)存儲(chǔ)體 0啟動(dòng)存儲(chǔ)體啟動(dòng)存儲(chǔ)體 1啟動(dòng)存儲(chǔ)體啟動(dòng)存儲(chǔ)體 2啟動(dòng)存儲(chǔ)體啟動(dòng)存儲(chǔ)體 3 設(shè)四體低位交叉存儲(chǔ)器，存取周期為設(shè)四體低位交叉存儲(chǔ)器，存取周期為T，總線傳輸周期，總線傳輸周期為為，為實(shí)現(xiàn)流水線方式存取，應(yīng)滿足，為實(shí)現(xiàn)流水線方式存取，應(yīng)滿足 T 4。連續(xù)讀取連續(xù)讀取 4 個(gè)字所需的時(shí)間為個(gè)字所需的時(shí)間為 T(4 1)1. .對(duì)于一定容量的存儲(chǔ)器，按字節(jié)或字訪問對(duì)于一定容量的存儲(chǔ)器，按字節(jié)或字訪問 的尋址范圍是不同的的尋址范圍是不同的難點(diǎn)難點(diǎn)2. 多體并行結(jié)

11、構(gòu)存儲(chǔ)器順序編址和交叉編址多體并行結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器順序編址和交叉編址 對(duì)訪存速度的影響對(duì)訪存速度的影響3. 不同的不同的 Cache 主存地址映射，直接影響主主存地址映射，直接影響主存地址字段的分配、替換策略及命中率存地址字段的分配、替換策略及命中率（1） 直接映射直接映射每個(gè)緩存塊每個(gè)緩存塊 i 可以和可以和 若干若干 個(gè)個(gè) 主存塊主存塊 對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)每個(gè)主存塊每個(gè)主存塊 j 只能和只能和 一一 個(gè)個(gè) 緩存塊緩存塊 對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)i = j mod C 字塊字塊2m1 字塊字塊2c+1 字塊字塊2c+11 字塊字塊2c +1 字塊字塊2c 字塊字塊2c1 字塊字塊1 字塊字塊0主存儲(chǔ)體主存儲(chǔ)體 字塊字塊 1

12、標(biāo)記標(biāo)記 字塊字塊 0標(biāo)記標(biāo)記字塊字塊 2c1標(biāo)記標(biāo)記Cache存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體t位位01C1 字塊字塊字塊地址字塊地址主存字主存字塊標(biāo)記塊標(biāo)記t 位位c 位位b 位位主存地址主存地址 比較器（比較器（t位）位）= 不命中不命中有效位有效位=1？*m位位Cache內(nèi)地址內(nèi)地址否否是是命中命中 字塊字塊2c+1 字塊字塊2c 字塊字塊0 字塊字塊 0（2） 全相聯(lián)映射全相聯(lián)映射主存主存 中的中的 任一塊任一塊 可以映射到可以映射到 緩存緩存 中的中的 任一塊任一塊字塊字塊2m1字塊字塊2c1字塊字塊1 字塊字塊0字塊字塊2c1字塊字塊1字塊字塊0標(biāo)記標(biāo)記標(biāo)記標(biāo)記標(biāo)記標(biāo)記主存字塊標(biāo)記主存字塊標(biāo)記字塊內(nèi)

13、地址字塊內(nèi)地址主存地址主存地址m = t + c 位位b位位m = t+cCache 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器 字塊字塊0字塊字塊2m1字塊字塊2c-r+1 字塊字塊2c-r + 1 字塊字塊2c-r字塊字塊2c-r 字塊字塊1 字塊字塊0 字塊字塊 3標(biāo)記標(biāo)記 字塊字塊 1標(biāo)記標(biāo)記字塊字塊 2c1標(biāo)記標(biāo)記 字塊字塊 2標(biāo)記標(biāo)記 字塊字塊 0標(biāo)記標(biāo)記字塊字塊 2c2標(biāo)記標(biāo)記 字塊內(nèi)地址字塊內(nèi)地址組地址組地址主存字塊標(biāo)記主存字塊標(biāo)記s = t + r 位位q = cr 位位b 位位組組012c-r1主存地址主存地址Cache主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器m 位位共共 Q 組組，每組內(nèi)兩塊（，每組內(nèi)兩塊（r

14、 = 1)1某一主存塊某一主存塊 j 按模按模 Q 映射到映射到 緩存緩存 的第的第 i 組組中的中的 任一塊任一塊i = j mod Q直接映射直接映射全相聯(lián)映射全相聯(lián)映射 字塊字塊0 字塊字塊 1 字塊字塊 0 字塊字塊2c-r 字塊字塊2c-r+1（3）組相聯(lián)映射）組相聯(lián)映射假設(shè)主存容量為假設(shè)主存容量為 512 KB，Cache 容量為容量為 4KB，每個(gè)字塊為，每個(gè)字塊為 16 個(gè)字，每個(gè)字個(gè)字，每個(gè)字 32 位。位。例例 根據(jù)根據(jù) Cache 容量為容量為 4KB 得得 Cache 地址地址 12 位位 4KB/4B = 1K字字 1K/16 = 64 塊塊 根據(jù)根據(jù) 512KB 得

15、主存地址得主存地址 19 位位 512KB/4B = 128K字字 128K/16 = 8192 塊。塊。（1）Cache 地址有多少位？可容納多少塊？地址有多少位？可容納多少塊？（2）主存地址有多少位？可容納多少塊？）主存地址有多少位？可容納多少塊？（3）在直接映射方式下，主存的第幾塊映射到）在直接映射方式下，主存的第幾塊映射到 Cache 中的第中的第 5 塊（設(shè)起始字塊為第塊（設(shè)起始字塊為第 1 塊）？塊）？ 主存的第主存的第 5，64 + 5，264 + 5， ， 8192 64 + 5 塊塊 能映射到能映射到 Cache 的第的第 5 塊塊（4）畫出直接映射方式下主存地址字段中各段的

16、位數(shù)）畫出直接映射方式下主存地址字段中各段的位數(shù) 在直接映射方式下，主存地址字段的各段位數(shù)分配在直接映射方式下，主存地址字段的各段位數(shù)分配如圖所示。其中字塊內(nèi)地址為如圖所示。其中字塊內(nèi)地址為 6 位（位（4 位表示位表示 16 個(gè)字，個(gè)字，2 位表示每字位表示每字 32 位），緩存共位），緩存共 64 塊，故緩存字塊地址為塊，故緩存字塊地址為 6 位，主存字塊標(biāo)記為主存地址長(zhǎng)度與位，主存字塊標(biāo)記為主存地址長(zhǎng)度與 Cache 地址長(zhǎng)度之差，地址長(zhǎng)度之差，即即 19 - 12 = 7 位。位。 假設(shè)主存容量位假設(shè)主存容量位 512K16 位，位，Cache 容量為容量為 409616 位，位， 塊

17、長(zhǎng)為塊長(zhǎng)為 4 個(gè)個(gè) 16 位的字，訪存地址為位的字，訪存地址為 字地址字地址。例例 根據(jù)根據(jù) Cache 容量為容量為 4K字，得字，得 Cache 字地址為字地址為 12 位。位。 根據(jù)塊長(zhǎng)為根據(jù)塊長(zhǎng)為 4，按字訪問，得字塊內(nèi)地址，按字訪問，得字塊內(nèi)地址 2 位，位， Cache 共有共有 4K/4 = 1024 塊，塊， 根據(jù)主存容量為根據(jù)主存容量為 512K，得主存字地址，得主存字地址 19 位。位。 主存地址格式主存地址格式（1）在直接映射方式下，設(shè)計(jì)主存的地址格式。）在直接映射方式下，設(shè)計(jì)主存的地址格式。假設(shè)主存容量位假設(shè)主存容量位 512K16 位，位，Cache 容量為容量為

18、409616 位，位， 塊長(zhǎng)為塊長(zhǎng)為 4個(gè)個(gè)16 位的字，訪存地址為位的字，訪存地址為 字地址字地址。例例 （3）在二路組相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存的地址格式。）在二路組相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存的地址格式。 二路組相聯(lián)，即一組內(nèi)有二路組相聯(lián)，即一組內(nèi)有 2 塊，塊，Cache共分共分 1024 塊塊 1024/2 = 512 組，組，29 = 512，組地址，組地址 9 位位（2）在全相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存的地址格式。）在全相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存的地址格式。假設(shè)主存容量位假設(shè)主存容量位 512K16 位，位，Cache容量為容量為 409616 位，位， 塊長(zhǎng)為塊長(zhǎng)為 4個(gè)個(gè) 16 位的字，

19、訪存地址為位的字，訪存地址為 字地址字地址。例例 根據(jù)塊長(zhǎng)不變根據(jù)塊長(zhǎng)不變 4 個(gè)個(gè)16 位的字位的字 訪存地址仍為字（訪存地址仍為字（16 位）地址位）地址 容量為容量為 512K32 位位 相當(dāng)于容量為相當(dāng)于容量為 1024K16 位位 得主存地址得主存地址 20 位位 四路組相聯(lián)，即一組內(nèi)四路組相聯(lián)，即一組內(nèi) 4 塊塊 Cache共有共有1024/4 = 256 組組 28 = 256 組地址為組地址為 8 位位（4）主存容量為）主存容量為 512K32 位，塊長(zhǎng)不變，在四路組相聯(lián)映射位，塊長(zhǎng)不變，在四路組相聯(lián)映射 方式下，設(shè)計(jì)主存的地址格式。方式下，設(shè)計(jì)主存的地址格式。（二）課后習(xí)題參

20、考答案 3. 存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在什么地方？為什么要分這些層次？計(jì)算機(jī)如何管理這些層次？ 答：存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在Cache主存和主存輔存這兩個(gè)存儲(chǔ)層次上。 Cache主存層次在存儲(chǔ)系統(tǒng)中主要對(duì)CPU訪存起加速作用，即從整體運(yùn)行的效果分析，CPU訪存速度加快，接近于Cache的速度，而尋址空間和位價(jià)卻接近于主存。 主存輔存層次在存儲(chǔ)系統(tǒng)中主要起擴(kuò)容作用，即從程序員的角度看，他所使用的存儲(chǔ)器其容量和位價(jià)接近于輔存，而速度接近于主存。 綜合上述兩個(gè)存儲(chǔ)層次的作用，從整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)來看，就達(dá)到了速度快、容量大、位價(jià)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(dòng)完成。而主存

21、輔存層次的調(diào)度目前廣泛采用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)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(chǔ)器，程序員可使用這個(gè)比主存實(shí)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(yùn)行時(shí)，再由軟、硬件自動(dòng)配合完成虛擬地址空間與主存實(shí)際物理空間的轉(zhuǎn)換。因此，這兩個(gè)層次上的調(diào)度或轉(zhuǎn)換操作對(duì)于程序員來說都是透明的。 4. 說明存取周期和存取時(shí)間的區(qū)別。 解：存取周期和存取時(shí)間的主要區(qū)別是：存取時(shí)間僅為完成一次操作的時(shí)間，而存取周期不僅包含操作時(shí)間，還包含操作后線路的恢復(fù)時(shí)間。即： 存取周期 = 存取時(shí)間 + 恢復(fù)時(shí)間 5. 什么是存儲(chǔ)器的帶寬？若存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)總線寬度為32位，存取周期為

22、200ns，則存儲(chǔ)器的帶寬是多少？ 解：存儲(chǔ)器的帶寬指單位時(shí)間內(nèi)從存儲(chǔ)器進(jìn)出信息的最大數(shù)量。 存儲(chǔ)器帶寬 = 1/200ns 32位= 160M位/秒 = 20MB/S = 5M字/秒 注意字長(zhǎng)（32位）不是16位。 （注：本題的兆單位來自時(shí)間=106） 6. 某機(jī)字長(zhǎng)為32位，其存儲(chǔ)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(chǔ)容量是64KB時(shí)，按字節(jié)編址的尋址范圍就是64KB，則： 按字尋址范圍 = 64K8 / 32=16K字 按字節(jié)編址時(shí)的主存地址分配圖如下：3討論： 1、 在按字節(jié)編址的前提下，按字尋址時(shí)，地址仍為16位，

23、即地址編碼范圍仍為064K-1，但字空間為16K字，字地址不連續(xù)。 2、 字尋址的單位為字，不是B（字節(jié)）。 3、 畫存儲(chǔ)空間分配圖時(shí)要畫出上限。 7. 一個(gè)容量為16K32位的存儲(chǔ)器，其地址線和數(shù)據(jù)線的總和是多少？當(dāng)選用下列不同規(guī)格的存儲(chǔ)芯片時(shí)，各需要多少片？ 1K4位，2K8位，4K4位，16K1位，4K8位，8K8位 解：地址線和數(shù)據(jù)線的總和 = 14 + 32 = 46根； 各需要的片數(shù)為： 1K4：16K32 /1K4 = 168 = 128片 2K8：16K32 /2K 8 = 8 4 = 32片 4K4：16K32 /4K 4 = 4 8 = 32片 16K1：16K 32 /

24、16K 1 = 32片 4K8：16K32 /4K8 = 4 4 = 16片 8K8：16K32 / 8K 8 = 2X4 = 8片 討論： 地址線根數(shù)與容量為2的冪的關(guān)系，在此為214，14根； 數(shù)據(jù)線根數(shù)與字長(zhǎng)位數(shù)相等，在此為32根。（注：不是2的冪的關(guān)系。 ） ：32=25，5根8. 試比較靜態(tài)RAM和動(dòng)態(tài)RAM。答：靜態(tài)RAM和動(dòng)態(tài)RAM的比較見下表： 9. 什么叫刷新？為什么要刷新？說明刷新有幾種方法。 解：刷新對(duì)DRAM定期進(jìn)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(shí)補(bǔ)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

25、式：在最大刷新間隔時(shí)間內(nèi)，集中安排一段時(shí)間進(jìn)行刷新； 分散式：在每個(gè)讀/寫周期之后插入一個(gè)刷新周期，無CPU訪存死時(shí)間； 異步式：是集中式和分散式的折衷。討論：1）刷新與再生的比較： 共同點(diǎn)： 動(dòng)作機(jī)制一樣。都是利用DRAM存儲(chǔ)元破壞性讀操作時(shí)的重寫過程實(shí)現(xiàn)； 操作性質(zhì)一樣。都是屬于重寫操作。區(qū)別： 解決的問題不一樣。再生主要解決DRAM存儲(chǔ)元破壞性讀出時(shí)的信息重寫問題；刷新主要解決長(zhǎng)時(shí)間不訪存時(shí)的信息衰減問題。 操作的時(shí)間不一樣。再生緊跟在讀操作之后，時(shí)間上是隨機(jī)進(jìn)行的；刷新以最大間隔時(shí)間為周期定時(shí)重復(fù)進(jìn)行。 動(dòng)作單位不一樣。再生以存儲(chǔ)單元為單位，每次僅重寫剛被讀出的一個(gè)字的所有位；刷新以行

26、為單位，每次重寫整個(gè)存儲(chǔ)器所有芯片內(nèi)部存儲(chǔ)矩陣的同一行。 芯片內(nèi)部I/O操作不一樣。讀出再生時(shí)芯片數(shù)據(jù)引腳上有讀出數(shù)據(jù)輸出；刷新時(shí)由于CAS信號(hào)無效，芯片數(shù)據(jù)引腳上無讀出數(shù)據(jù)輸出（唯RAS有效刷新，內(nèi)部讀）。鑒于上述區(qū)別，為避免兩種操作混淆，分別叫做再生和刷新。 2）CPU訪存周期與存取周期的區(qū)別： CPU訪存周期是從CPU一邊看到的存儲(chǔ)器工作周期，他不一定是真正的存儲(chǔ)器工作周期；存取周期是存儲(chǔ)器速度指標(biāo)之一，它反映了存儲(chǔ)器真正的工作周期時(shí)間。 3）分散刷新是在讀寫周期之后插入一個(gè)刷新周期，而不是在讀寫周期內(nèi)插入一個(gè)刷新周期，但此時(shí)讀寫周期和刷新周期合起來構(gòu)成CPU訪存周期。 4）刷新定時(shí)方式

27、有3種而不是2種，一定不要忘了最重要、性能最好的異步刷新方式。 10. 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的譯碼驅(qū)動(dòng)方式有幾種？ 解：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的譯碼驅(qū)動(dòng)方式有兩種：線選法和重合法。 線選法：地址譯碼信號(hào)只選中同一個(gè)字的所有位，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，費(fèi)器材； 重合法：地址分行、列兩部分譯碼，行、列譯碼線的交叉點(diǎn)即為所選單元。這種方法通過行、列譯碼信號(hào)的重合來選址，也稱矩陣譯碼?？纱蟠蠊?jié)省器材用量，是最常用的譯碼驅(qū)動(dòng)方式。 11. 一個(gè)8K8位的動(dòng)態(tài)RAM芯片，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)排列成256256形式，存取周期為0.1s。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：該題題意不太明確。實(shí)際上，只有異步刷

28、新需要計(jì)算刷新間隔。 解：設(shè)DRAM的刷新最大間隔時(shí)間為2ms，則 異步刷新的刷新間隔 =2ms/256行 =0.0078125ms =7.8125s 即：每7.8125s刷新一行。 集中刷新時(shí)，刷新最晚啟動(dòng)時(shí)間=2ms-0.1s256行 =2ms-25.6s=1974.4s 集中刷新啟動(dòng)后， 刷新間隔 = 0.1s 即：每0.1s刷新一行。 集中刷新的死時(shí)間 =0.1s256行 =25.6s 分散刷新的刷新間隔 =0.1s2 =0.2s 即：每0.2s刷新一行。 分散刷新一遍的時(shí)間 =0.1s2256行 =51.2s 則 分散刷新時(shí)， 2ms內(nèi)可重復(fù)刷新遍數(shù) =2ms/ 51.2s 39遍

29、12. 畫出用10244位的存儲(chǔ)芯片組成一個(gè)容量為64K8位的存儲(chǔ)器邏輯框圖。要求將64K分成4個(gè)頁(yè)面，每個(gè)頁(yè)面分16組，指出共需多少片存儲(chǔ)芯片？（注：將存儲(chǔ)器分成若干個(gè)容量相等的區(qū)域，每一個(gè)區(qū)域可看做一個(gè)頁(yè)面。） 解：設(shè)采用SRAM芯片， 總片數(shù) = 64K 8位 / 1024 4位 = 64 2 = 128片 題意分析：本題設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)上分為總體、頁(yè)面、組三級(jí)，因此畫圖時(shí)也應(yīng)分三級(jí)畫。首先應(yīng)確定各級(jí)的容量： 頁(yè)面容量 = 總?cè)萘?/ 頁(yè)面數(shù) = 64K 8位 / 4 = 16K 8位； 組容量 = 頁(yè)面容量 / 組數(shù) = 16K 8位 / 16 = 1K 8位； 組內(nèi)片數(shù) = 組容量

30、/ 片容量 = 1K8位 / 1K4位 = 2片；地址分配： 組邏輯圖如下：（組邏輯圖如下：（位擴(kuò)展位擴(kuò)展） 頁(yè)面邏輯框圖：（字?jǐn)U展）4:16 存儲(chǔ)器邏輯框圖：（字?jǐn)U展） 13. 設(shè)有一個(gè)64K8位的RAM芯片，試問該芯片共有多少個(gè)基本單元電路（簡(jiǎn)稱存儲(chǔ)基元）？欲設(shè)計(jì)一種具有上述同樣多存儲(chǔ)基元的芯片，要求對(duì)芯片字長(zhǎng)的選擇應(yīng)滿足地址線和數(shù)據(jù)線的總和為最小，試確定這種芯片的地址線和數(shù)據(jù)線，并說明有幾種解答。 解： 存儲(chǔ)基元總數(shù) = 64K 8位 = 512K位 = 219位； 思路：如要滿足地址線和數(shù)據(jù)線總和最小，應(yīng)盡量把存儲(chǔ)元安排在字向，因?yàn)榈刂肺粩?shù)和字?jǐn)?shù)成2的冪的關(guān)系，可較好地壓縮線數(shù)。 設(shè)地

31、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(zhǎng)越長(zhǎng)，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. 某某8位位微型機(jī)微型機(jī)地址碼為地址碼為18

32、位位，若使，若使用用4K4位位的的RAM芯片組成模塊板結(jié)構(gòu)的存芯片組成模塊板結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器，試問：儲(chǔ)器，試問： （1）該機(jī)所允許的）該機(jī)所允許的最大主存空間最大主存空間是多是多少？少？ （2）若每個(gè)模塊板為）若每個(gè)模塊板為32K8位位，共，共需需幾個(gè)幾個(gè)模塊板？模塊板？ （3）每個(gè)模塊板內(nèi)共有）每個(gè)模塊板內(nèi)共有幾片幾片RAM芯片？芯片？ （4）共有）共有多少片多少片RAM？ （5）CPU如何如何選擇選擇各模塊板？各模塊板？ 解： （1）218 = 256K，則該機(jī)所允許的最大主存空間是256K8位（或256KB）； （2）模塊板總數(shù) = 256K8 / 32K8 = 8塊； （3）板內(nèi)片數(shù) =

33、32K8位 / 4K4位 = 8 2 = 16片； （4）總片數(shù) = 16片 8 = 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：17 15 14 12 11 0 15. 設(shè)CPU共有16根地址線，8根數(shù)據(jù)線，并用-MREQ（低電平有效）作訪存控制信號(hào)，R/-W作讀/寫命令信號(hào)（高電平為讀，低電平為寫）?，F(xiàn)有這些存儲(chǔ)芯片：ROM（2K8位，4K4位，8K8位），RAM（1K4位，2K8位，4K8位），及74138譯碼器和其他門電路（門電路自定）。 試從上述規(guī)格中選用合適的芯片，畫出CPU和存儲(chǔ)芯片的連接圖。要求如下： （1）最小4K地址為系統(tǒng)程序區(qū)

34、，409616383地址范圍為用戶程序區(qū)； （2）指出選用的存儲(chǔ)芯片類型及數(shù)量； （3）詳細(xì)畫出片選邏輯。 解： （1）地址空間分配圖如下： （2）選片：ROM：4K 4位：2片； RAM：4K 8位：3片； （3）CPU和存儲(chǔ)器連接邏輯圖及片選邏輯：CBA -Y0-Y1-Y2-Y3討論： 1）選片：當(dāng)采用字?jǐn)U展和位擴(kuò)展所用芯片一樣多時(shí)，選位擴(kuò)展。 理由：字?jǐn)U展需設(shè)計(jì)片選譯碼，較麻煩，而位擴(kuò)展只需將數(shù)據(jù)線按位引出即可。 本題如選用2K8 ROM，則RAM也應(yīng)選2K8的。否則片選要采用二級(jí)譯碼，實(shí)現(xiàn)較麻煩。 當(dāng)需要RAM、ROM等多種芯片混用時(shí)，應(yīng)盡量選容量等外特性較為一致的芯片，以便于簡(jiǎn)化連線

35、。 2）應(yīng)盡可能的避免使用二級(jí)譯碼，以使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)練。但要注意在需要二級(jí)譯碼時(shí)如果不使用，會(huì)使選片產(chǎn)生二意性。 3）片選譯碼器的各輸出所選的存儲(chǔ)區(qū)域是一樣大的，因此所選芯片的字容量應(yīng)一致，如不一致時(shí)就要考慮二級(jí)譯碼。 4）其它常見錯(cuò)誤： EPROM的PD端接地；（PD為功率下降控制端，當(dāng)輸入為高時(shí)，進(jìn)入功率下降狀態(tài)。因此PD端的合理接法是與片選端-CS并聯(lián)。） ROM連讀/寫控制線-WE；（ROM無讀/寫控制端） 注：該題缺少“系統(tǒng)程序工作區(qū)”條件。 16. CPU假設(shè)同上題，現(xiàn)有8片8K8位的RAM芯片與CPU相連。 （1）用74138譯碼器畫出CPU與存儲(chǔ)芯片的連接圖； （2）寫出每片RAM的

36、地址范圍； （3）如果運(yùn)行時(shí)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(chǔ)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(chǔ)器芯片連接邏輯圖：R/-WD70A120-MREQA13A14A15 （2）地址空間分配圖： （3）如果運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)不論往哪片RAM寫入數(shù)據(jù)后，以A000H為起始地址的存儲(chǔ)芯片都有與其相同的數(shù)據(jù)，則根本的故障原因?yàn)椋涸摯鎯?chǔ)芯片的片選輸入端很可能總是處于低電平?？赡艿那闆r有：1）該片的-CS端與-WE端錯(cuò)連或短路；2）該片的-CS端與CPU的-MREQ端錯(cuò)連

37、或短路；3）該片的-CS端與地線錯(cuò)連或短路； 在此，假設(shè)芯片與譯碼器本身都是好的。 （4）如果地址線A13與CPU斷線，并搭接到高電平上，將會(huì)出現(xiàn)A13恒為“1”的情況。此時(shí)存儲(chǔ)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(duì)A13=0的地址空間進(jìn)行訪問，只能錯(cuò)誤地訪問到A13=1的對(duì)應(yīng)空間中去。 22. 某機(jī)字長(zhǎng)為16位，常規(guī)的存儲(chǔ)空間為64K字，若想不改用其他高速的存儲(chǔ)芯片，而使訪存速度提高到8倍，可采取什么措施？畫圖說明。 解：若想不改用高速存儲(chǔ)芯片，而使訪存速度提高到8倍，可采取多體交叉存取技術(shù)，圖示如下：8體交叉訪問時(shí)序： 23. 設(shè)CPU共有16根地址

38、線，8根數(shù)據(jù)線，并用M/-IO作為訪問存儲(chǔ)器或I/O的控制信號(hào)（高電平為訪存，低電平為訪I/O)，-WR（低電平有效）為寫命令，-RD（低電平有效）為讀命令。設(shè)計(jì)一個(gè)容量為64KB的采用低位交叉編址的8體并行結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器?，F(xiàn)有右圖所示的存儲(chǔ)芯片及138譯碼器。 畫出CPU和存儲(chǔ)芯片（芯片容量自定）的連接圖，并寫出圖中每個(gè)存儲(chǔ)芯片的地址范圍（用十六進(jìn)制數(shù)表示）。解：芯片容量=64KB/8=8KB 每個(gè)芯片（體）的地址范圍以8為模低位交叉分布如下：方案1：8體交叉編址的CPU和存儲(chǔ)芯片的連接圖：方案2：8體交叉并行存取系統(tǒng)體內(nèi)邏輯如下： CPU和各體的連接圖：由于存儲(chǔ)器單體的工作速率和總線速率不一致

39、，因此各體之間存在總線分配問題，存儲(chǔ)器不能簡(jiǎn)單地和CPU直接相連，要在存儲(chǔ)管理部件的控制下連接。 24. 一個(gè)4體低位交叉的存儲(chǔ)器，假設(shè)存取周期為T，CPU每隔1/4存取周期啟動(dòng)一個(gè)存儲(chǔ)體，試問依次訪問64個(gè)字需多少個(gè)存取周期？ 解：本題中，只有訪問第一個(gè)字需一個(gè)存取周期，從第二個(gè)字開始，每隔1/4存取周期即可訪問一個(gè)字，因此，依次訪問64個(gè)字需： 存取周期個(gè)數(shù) =(64-1)(1/4)T+T =（63/4+1）T =15.75+1 =16.75T 與常規(guī)存儲(chǔ)器的速度相比，加快了：（64-16.75）T =47.25T 注：4體交叉存取雖然從理論上講可將存取速度提高到4倍，但實(shí)現(xiàn)時(shí)由于并行存取

40、的分時(shí)啟動(dòng)需要一定的時(shí)間，故實(shí)際上只能提高到接近4倍。 25. 什么是“程序訪問的局部性”？存儲(chǔ)系統(tǒng)中哪一級(jí)采用了程序訪問的局部性原理？ 解：程序運(yùn)行的局部性原理指：在一小段時(shí)間內(nèi)，最近被訪問過的程序和數(shù)據(jù)很可能再次被訪問；在空間上，這些被訪問的程序和數(shù)據(jù)往往集中在一小片存儲(chǔ)區(qū)；在訪問順序上，指令順序執(zhí)行比轉(zhuǎn)移執(zhí)行的可能性大 (大約 5:1 )。存儲(chǔ)系統(tǒng)中Cache主存層次采用了程序訪問的局部性原理。 26. 計(jì)算機(jī)中設(shè)置Cache的作用是什么？能不能把Cache的容量擴(kuò)大，最后取代主存，為什么？ 答：計(jì)算機(jī)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(kuò)大到最后取代主

41、存，主要因?yàn)镃ache和主存的結(jié)構(gòu)原理以及訪問機(jī)制不同（主存是按地址訪問，Cache是按內(nèi)容及地址訪問）。 27. Cache制作在CPU芯片內(nèi)有什么好處？將指令Cache和數(shù)據(jù)Cache分開又有什么好處？ 答：Cache做在CPU芯片內(nèi)主要有下面幾個(gè)好處： 1）可提高外部總線的利用率。因?yàn)镃ache在CPU芯片內(nèi)，CPU訪問Cache時(shí)不必占用外部總線； 2）Cache不占用外部總線就意味著外部總線可更多地支持I/O設(shè)備與主存的信息傳輸，增強(qiáng)了系統(tǒng)的整體效率； 3）可提高存取速度。因?yàn)镃ache與CPU之間的數(shù)據(jù)通路大大縮短,故存取速度得以提高； 將指令Cache和數(shù)據(jù)Cache分開有如下好

42、處： 1）可支持超前控制和流水線控制，有利于這類控制方式下指令預(yù)取操作的完成； 2）指令Cache可用ROM實(shí)現(xiàn)，以提高指令存取的可靠性； 3）數(shù)據(jù)Cache對(duì)不同數(shù)據(jù)類型的支持更為靈活，既可支持整數(shù)（例32位），也可支持浮點(diǎn)數(shù)據(jù)（如64位）。 補(bǔ)充討論： Cache結(jié)構(gòu)改進(jìn)的第三個(gè)措施是分級(jí)實(shí)現(xiàn)，如二級(jí)緩存結(jié)構(gòu)，即在片內(nèi)Cache（L1）和主存之間再設(shè)一個(gè)片外Cache（L2），片外緩存既可以彌補(bǔ)片內(nèi)緩存容量不夠大的缺點(diǎn)，又可在主存與片內(nèi)緩存間起到平滑速度差的作用，加速片內(nèi)緩存的調(diào)入調(diào)出速度（主存L2L1）。 28. 設(shè)主存容量為256K字，Cache容量為2K字，塊長(zhǎng)為4。（1）設(shè)計(jì)Cac

43、he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(jì)主存地址格式。（3）在四路組相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存地址格式。（4）在全相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存地址格式。（5）若存儲(chǔ)字長(zhǎng)為32位，存儲(chǔ)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。 29. 假設(shè)CPU執(zhí)行某段程序時(shí)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(shí)間和效率，試問該系統(tǒng)的性能提高了多少？ 30. 一個(gè)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

44、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。 31. 設(shè)主存容量為1MB，采用直接映射方式的Cache容量為16KB，塊長(zhǎng)為4，每字32位。試問主存地址為ABCDEH的存儲(chǔ)單元在Cache中的什么位置？ 32. 設(shè)某機(jī)主存容量為4MB，Cache容量為16KB，每字塊有8個(gè)字，每字32位，設(shè)計(jì)一個(gè)四路組相聯(lián)映射（即Cache每組內(nèi)共有4個(gè)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、289號(hào)單元讀出90個(gè)字（主存一次讀出一個(gè)字），并重復(fù)按此次序讀8次，問命中率是多少？（3）若Cache的

45、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： 8 7 2 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(hào)字單元時(shí)，將主存0號(hào)字塊（07）調(diào)入Cache（0組0號(hào)塊），主存讀8號(hào)字單元時(shí)，將1號(hào)塊（815）調(diào)入Cache（1組0號(hào)塊） 主存讀89號(hào)單元時(shí)，將11號(hào)塊（8889）調(diào)入Cache（11組0號(hào)塊）。塊內(nèi)字地址塊內(nèi)字地址組內(nèi)塊號(hào)組內(nèi)塊號(hào)Cache組號(hào)組號(hào)主存字塊標(biāo)記主存字塊標(biāo)記字節(jié)地址字節(jié)地址 共需調(diào)90/8 12次，就把主存中的90個(gè)字

46、調(diào)入Cache。除讀第1遍時(shí)CPU需訪問主存12次外，以后重復(fù)讀時(shí)不需再訪問主存。則在908 =720個(gè)讀操作中： 訪Cache次數(shù) =（90-12）+630 =708次 Cache命中率 =708/720 0.98 98%（3）設(shè)無Cache時(shí)訪主存需時(shí)720T（T為主存周期），加入Cache后需時(shí)： 708T/6+12T =（118+12）T =130T 則：720T/130T 5.54倍 有Cache和無Cache相比，速度提高了4.54倍左右。 35. 畫出RZ、NRZ、NRZ1、PE、FM寫入數(shù)字串1011001的寫電流波形圖。 解：ttttt 36. 以寫入1001 0110為例，

47、比較調(diào)頻制和改進(jìn)調(diào)頻制的寫電流波形圖。 解：寫電流波形圖如下：ttt 比較： 1）FM和MFM寫電流在位周期中心處的變化規(guī)則相同； 2）MFM制除連續(xù)一串“0”時(shí)兩個(gè)0周期交界處電流仍變化外，基本取消了位周期起始處的電流變化； 3）FM制記錄一位二進(jìn)制代碼最多兩次磁翻轉(zhuǎn)，MFM制記錄一位二進(jìn)制代碼最多一次磁翻轉(zhuǎn)，因此MFM制的記錄密度可提高一倍。上圖中示出了在MFM制時(shí)位周期時(shí)間縮短一倍的情況。由圖可知，當(dāng)MFM制記錄密度提高一倍時(shí)，其寫電流頻率與FM制的寫電流頻率相當(dāng)； 4）由于MFM制并不是每個(gè)位周期都有電流變化，故自同步脈沖的分離需依據(jù)相鄰兩個(gè)位周期的讀出信息產(chǎn)生，自同步技術(shù)比FM制復(fù)雜得多。 37. 畫出調(diào)相制記錄01100010的驅(qū)動(dòng)電流、記錄磁通、感應(yīng)電勢(shì)、同步脈沖及讀出代碼等幾種波形。 解：ttttt注意： 1）畫波形圖時(shí)應(yīng)嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)各種信號(hào)的時(shí)間關(guān)系。 2）讀出感應(yīng)信號(hào)不是方波而是與磁翻轉(zhuǎn)邊沿對(duì)應(yīng)的尖脈沖； 3）同步脈沖的出現(xiàn)時(shí)間應(yīng)能“包裹”要選的讀出感應(yīng)信號(hào)，才能保證選通有效的讀出數(shù)據(jù)信號(hào)，并屏蔽掉無用的感應(yīng)信號(hào)。PE記錄方式的同步脈沖應(yīng)安排對(duì)準(zhǔn)代碼周期的中間。 4）最后讀出的數(shù)據(jù)代碼應(yīng)與寫入代碼一