存储器习题解答.

1. 用下列芯片构成存储系统，各需要多少个RAM芯片？需要多少位地址作为片外地址译码？设系统为20位地址线，采用全译码方式。

（1）512×4位RAM构成16KB的存储系统；
（2）1024×1位RAM构成128KB的存储系统；
（3）2K×4位RAM构成64KB的存储系统；
（4）64K×1位RAM构成256KB的存储系统。

解：(1 需要16KB/512×4=64片，片外地址译码需20-log2512=11位地址线。

(2 需要128KB/1K×1=1024片，片外地址译码需20-log21024=10位地址线。

(3 需要64KB/2K×4=64片，片外地址译码需20-log2(1024×2=9位地址线。

(4 需要256KB/64K×1位=32片，片外地址译码需20-log2(1024×64=4位地址线。

2. 现有一种存储芯片容量为512×4位，若要用它组成4KB的存储容量，需多少这样的存储芯片？每块芯片需多少寻址线？而4KB存储系统最少需多少寻址线？
解: 4K×8bit /512×4bit= 16片，需要16片存储芯片；
29 = 512，每片芯片需9条寻址线；
212 = 4096，4KB存储系统最少需12条寻址线。

3. 一个具有8KB直接相联Cache的32位计算机系统，主存容量为32MB，假定该Cache 中块的大小为4个32位字。

（1）求该主存地址中区号、块号和块内地址的位数。

（2）求主存地址为ABCDEF16的单元在Cache中的位置。

解: (1 主存区数为32MB/8KB = 4096，212 = 4096，区号的位数为12；
区内块数为8KB/4×4B = 512，29 = 512，块号的位数为9；
块内单元数（字节编址）为4×32 / 8 = 16，24 = 16，块内地址的位数4。

（2）主存地址为ABCDEF16的单元其二进制地址为：
0 1010 1011 1100 1101 1110 1111 (主存字节地址为25位
区号为0 1010 1011 110
块号为0 1101 1110
数据在Cache中的位置是 0 1101 1110 1111
4. http://caoliuroom.pen.io/有一个Cache-主存存储层次，主存容量为8个块，Cache 容量为4个块。

采用直接地址映象：
（1）对于如下主存块地址流：0,1,2,5,4,6,4,7,1,2,4,1,3,7,2,如果主存中内容一开始未装入Cache中，请列出每次访问后Cache中各块的分配情况；
（2）指出块命中的时刻；
（3）求出此期间Cache的命中率。

解：(1 每次访问后Cache中各块的分配情况如下表。

时间1 2 3 4 5 6 7 8 9
1
1
1
1
2
1
3
1
4
1
5
地
址流
0 1 2 5 4 6 4 7 1 2 4 1 3 7 2
块
0 0 0 0 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
1
块
1 1 5 5 5 5 5 1 1 1 1 1 1 1
2
块
2 2 2 6 6 6 6 2 2 2 2 2 2
3
块
7 7 7 7 7 3 7 7
（2）从表可见命中时刻为：7,11,12和15
（3）h =4 / 15 =0.267
5. 一个组相联映象Cache由64个存储块构成，每组包含4个存储块；主存包含4096个存储块，每块由128字组成，访存地址为字地址。

（1）一个主存地址有多少位？一个Cache地址有多少位？
（2）计算主存地址格式中，区号、组号、块号和块内地址字段的位数。

解：(1 主存4096块----12位, 每块128字----7位, 共19位
Cache 64块----6位, 每块128字----7位, 共13位
(2 主存区数 = 主存块数 / Cache块数 = 4096 / 64 =64个区---- 6位
区内组数 = Cache块数 / 组内块数 = 64 / 4 =16个组---- 4位
组内块数为4 ----2位
块内地址为7位(字地址，每块128字
主存地址格式如下：
6位 6位 2位 7位
区号组
号
组
内块号
块内地址
6. 有一个16KB 4路组相联Cache的32位微处理器，假定该Cache的块为4个32位的字。

（1）画出该Cache的结构逻辑图，指出主存地址的不同字段的作用。

（2）主存地址为ABCDE8F8的单元在Cache中的什么位置。

解：(1 Cache容量为16KB，地址14位; 采用4路组相联结构，块地址2位；块长为4个字，块内地址2位；每个字32位(4个字节，字内字节地址2位。

由(2知主存地址为32位，则区号为32-14 = 18位。

则逻辑结构图如下：
（2）主存地址单元ABCDE8F8的二进制表示为：
1010 1011 1100 1101 1110 1000 11110 1000
Cache地址为：10 1000 11110 1000
7. 有一个”Cache-主存”存储层次。

主存共分为8个块(0～7，Cache为4个块(0～3，采用组相联映象，组内块数为2块，采用LRU(近期最少使用法的替换算法。

（1）画出主存、Cache地址的各字段对应关系；
（2）画出主存、Cache空间块的映象对应关系的示意图；
（3）对于如下主存块地址流：1、2、4、1、3、7、0、1、2、5、4、6、4、7、2，设主存中的內容在初始化时未装入Cache中，写出随时间的Cache中各块的使用情况;指出块失效又发生块争用的时刻;求出此期间Cache的命中率。

解：(1 主存、Cache地址的各字段对应关系
如下：
(2 主存的第0和第1块映射到Cache的第0和第1块；
主存的第2和第3块映射到Cache的第2和第3块；
主存的第4和第5块映射到Cache的第0和第1块；
主存的第6和第7块映射到Cache的第2和第3块。

如下图所示：
(3 Cache 中各块的使用状况如下图所示：
块失效又发生块争用的时刻为：6、7、9、10、11、12、14、15。

Cache命中3次,在此期间Cache的命中率为：
H = 3 / 15 = 0.2。

8. 某一存储器系统如下图所示，问它们的存储容量各是多少？RAM和EPROM存储器地址分配范围各是多少？
解：该存储系统由一片EPROM芯片和一片RAM组成，由集成译码电路74LS138进行片选译码。

EPROM芯片片内地址线12条为A0～A11，直接同8088的地址线A0～A11相连(注意，这里的地址线已从双重总线AD0～AD15，A16/S3～A19/S6中分离出来；另外，由于图中采用控制线IO/M，因此CPU必然为8088。

8088的高8位地址线A12～A19参加片外译码。

按
74LS138的工作要求G1必须为高电平，G2A、G2B为低电平，则A19～A15=11111，EPROM的CE 同74LS138的Y5相接，A14A13A12=101，由此可得本题中EPROM的地址范围11111101000000000000～11111101111111111111即FD000H～FDFFFH，容量为4KB。

而RAM芯片内地址线11条为A0～A10，直接同8088的地址线A0～A10相连，8088的高8位地址线A12～A19参加片外译码。

这里必须注意，CPU的A11未参加RAM的片内和片外的译码，是一个任选项，是0是1都可以。

这里RAM的CS同74LS138的Y1相连。

A14A13A12=001，由此可得本题中RAM的地址范围为11111001X00000000000～
11111001X11111111111，这样RAM的地址范围有2个，当A11=0时，地址范围为F9000H～
F97FFH和F9800H～F9FFFH，存在“地址重叠”。

这里还需说明的是RAM芯片的CS、OE同74LS138的Y1相连，RAM芯片的WE同“非与门”(或门的输出端相连。

这样，当CS为低电平选中RAM，同时OE为低电平，此时对RAM的读写取决于WE。

当进行存储器读操作时，IO/ M=“L”，WR=“H”，或门输出为高电平，RAM 的WE=“H”。

由6116的工作方式表可知WE=“L”，OE=“L”为读操作；当进行存储器写操作时，IO / M=L，WR=“L”，OE=“L”。

由6116的工作方式表可知WE=“L”，OE=X(不管是“H”是“L”都为写操作。

EPROM的地址范围为FD000H～FDFFFH，存储容量为4KB；RAM的地址范围为F9000H～
F97FFH或F9800H～F9FFFH，存储容量为2KB。

由于A11未参加译码，因而有地址重叠，一个内存单元有2个地址对应。

9. 使用6116、2732和74LS138译码器构成一个存储容量为12KB ROM（00000H～
02FFFH）、8KB RAM（03000H～04FFFH）的存储系统。

系统地址总线为20位，数据总线为8位。

解：①译码地址线安排：
2732的容量为4K×8位存储器芯片，有12条地址线，12KB ROM需采用3片2732。

6116的容量为2K×8位存储器芯片，有11条地址线，8KB RAM需采用4片6116。

ROM有片外译码的地址线为8条，RAM有片外译码的地址线为9条。

采用74LS138译码，每个输出端对应4KB 地址范围，对于6116的A11还需进行二次译码。

②列出地址范围：
、在固定爬梯处上下；
爬梯上必须正确设置生命线，施工人员上到指定点后，必须连接生命线方可移动。

6、0
放到安装位置的檩条，应按图纸要求连接妥当。

防止遗忘连接或孔太大连接不牢，高空作业时失衡。

动火时确信无可燃物；
六、
1、 4、
0装货时应有专业指挥员制定详细的装货方案，必要时制作牢固的存放架。

抬运时，应控制抬货重量。

抬运面积较大物品时
应防止突然倾覆。

1 0 1
A19
A 18 A 17 A 16 A
15 A
14 A
13 A 12 A
1 1 A 10
A 9 A
8 A 7 A 6 A 5 A 4
td
A 3
A 2 A 1 A 0
EPRO
M1
1、
0 安全带必须与生命线和其他可靠结构牢固0
维修时，必须
两人
以上
才能上屋面，
必须有有效的4、 吊
机统一指挥； 吊机操作三、 高空
坠落物品
安全
管理规定 1、
正确
1 1 1
连接2、
屋面施工须谨慎；
屋面施工人员必须使用生命线。

3、生命线的设置和使用必须规范和合格；
生命线由水平生命线、防高
空坠
落的
救助
措
施。

二、
起重
作业
安全
管理
规定
1
、
吊
钩
、
吊
索
每
天
检
查
两
次
；
每天
者只
听从
一人
指
挥，
不得
七嘴
八
舌，
指挥
员必
须正
确使
用口
语和
手语
指
挥。

5
、
吊
臂
或
吊
物
下
严
禁
有
佩
戴
安
全
帽
；
进入
工地
必须
正确
佩戴
安全
帽穿
工作
鞋。

1
2
、
严
禁
高
空
抛
扔
物
品
；
垂直生命线两种。

4、钢丝绳必须检查；
检查中发现有损坏或断股，不得在用于生命线，生命线使用完毕后必须上油保护。

至少
两次
检查
吊
钩、
吊索
并形
成记
录。

发现
损坏
或断
股立
即更
换。

与起
重有
关构
件必
须经
常检
验。

严禁
吊机
带病
作
业。

2
、
人
；
严禁
任何
人在
吊臂
或所
吊物
品下
来回
走
动、
站
立，
防止
砸
伤。

吊装
区域
应设
置安
全警
示
线。

6
、
使
用
0 起
重
机
应
保
持
平
衡
；
要时
刻关
注和
保持
吊机
平
衡。

起重
机必
须按
规定
将支
腿座
放置
平衡
后方
可使
用。

不能
超重
以免
合法起重设备；
影响平衡。

3
、
正
确
使
用
牵
引
绳
；
E P R O M
2 四
、
安
全
用
气
与
动
火
安
全
管
理
气瓶
分开
并设
置回
火
器；
氧气
瓶与
乙炔
瓶必
须分
开5
动火
人员
必须
确保
用火
构件
10
分钟
内不
得触
碰，
以免
烫
伤。

如果
2、
按程
序使
用合
格电
器；
应按
正确
程序
操
作，
使用
正确
的、
规
定1、
动火须有资格证书；
只有获得动火资格证的人员才能进行动火操作。

0 米以
上，
乙炔
瓶上
必须
有回
火
器。

4、
防止
触碰
动火
后的
构
件；
本人
离开
工作
区域
要安
排他
人看
管。

五
、
安
全
用
电
安
全
管
理
规
定
1、
合格
的设
备、
元器
件和
线
缆，
严禁
使用
破损
的和
有可
能漏
电的
线缆
和插
头。

电器
使用
完毕
后一
定要
断开
或关
闭电
源。

电焊
机应
有电
源防
护壳
罩。

电源线必须腾空，不得碾压。

01000～01FFF H 0小
配电
箱：
漏电
保护
器（
0 0 0 0 1
保
持
良
好
的
现
场
堆
放
秩
序
；
1
2
、
构
件
应
堆
放
平
稳
；
1
1 1
E P R O
M30
八、
物料
装卸
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
安全
管理
规定
1、
车旁
及吊
件下
严禁
站
人；
起吊
时，
严禁
站在
车旁
或吊
运物
之
间。

2、0
02000
～
0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 02FFF
H
0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 S R A M
I
03000
～
0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 037FF
FH
S R A M
0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
2
03800
H～
0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 03FFF
H
S R A M
0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
3
04000
H～
0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 047FF
H
S R A M
0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
4
04800
0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 H～
04FFF
H
138引脚 G2B G1 C B A
(G1为G1端经非门后的连线
EPROM1~EPROM3的CE分别接74LS138的Y0~Y2，SRAM1的CE同Y3，A11经或门后的输出相连，SRAM2的CE同Y3，A11经或门后的输出相连，SRAM3的CE同Y4，A11经或门后的输出相连，SRAM4的CE同Y3，A11经或门后的输出相连，如图2.17所示。

图2.17存储器接口
10. 微机系统的存储器由5片RAM芯片组成，如图习5-5所示，其中U1有12 条地址线，8条数据线，U2~U5各有10条地址线，4条数据线，试计算芯片U1和U2，U3的地址范围，以及该存储器的总容量。

图习5-5
解：芯片 U1的的地址范围计算：
A19 ~ A14 A13 A12 A11 A10 ~ A0
0 ~ 0 0 1 0 0 ~ 0
0 ~ 0 0 1 1 1 ~ 1
地址范围为01000H~01FFFH
芯片 U2和U3的的地址范围计算：
A19 ~ A14 A13 A12 A11 A10 A9 ~ A0
0 ~ 0 1 0 0 0 0 ~ 0
0 ~ 0 1 0 0 0 1 ~ 1
地址范围为02000H~023FFH。

总容量为6KB（U1为4KB、U2、U3为1KB、U4、U5为1KB）。