计算机组成原理14-课堂练习-第四章Cache

计算机组成原理第四章作业答案

第四章作业答案解释概念：主存、辅存，Cache, RAM, SRAM, DRAM, ROM, PROM ,EPROM ,EEPROM CDROM, Flash Memory.解：1主存：主存又称为内存，直接与CPU交换信息。

2辅存：辅存可作为主存的后备存储器，不直接与CPU交换信息，容量比主存大，速度比主存慢。

3 Cache: Cache缓存是为了解决主存和CPU的速度匹配、提高访存速度的一种存储器。

它设在主存和CPU之间，速度比主存快，容量比主存小，存放CPU最近期要用的信息。

4 RAM; RAM是随机存取存储器，在程序的执行过程中既可读出信息又可写入信息。

5 SRAM: 是静态RAM，属于随机存取存储器，在程序的执行过程中既可读出信息又可写入信息。

靠触发器原理存储信息，只要不掉电，信息就不会丢失。

6 DRAM 是动态RAM，属于随机存取存储器，在程序的执行过程中既可读出信息又可写入信息。

靠电容存储电荷原理存储信息，即使电源不掉电，由于电容要放电，信息就会丢失，故需再生。

7 ROM: 是只读存储器，在程序执行过程中只能读出信息，不能写入信息。

8 PROM: 是可一次性编程的只读存储器。

9 EPROM 是可擦洗的只读存储器，可多次编程。

10 EEPROM: 即电可改写型只读存储器，可多次编程。

11 CDROM 即只读型光盘存储器。

12 Flash Memory 即可擦写、非易失性的存储器。

存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次？计算机如何管理这些层次？答：存储器的层次结构主要体现在Cache—主存和主存—辅存这两个存储层次上。

Cache—主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，CPU访存速度加快，接近于Cache的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。

主存—辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，即从程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存。

计算机组成原理第四章单元测试（二）（含答案）

计算机组成原理第四章单元测试（二）（含答案）第四章存储系统(二)测试1、32位处理器的最大虚拟地址空间为A、2GB、4GC、8GD、16G2、在虚存、内存之间进行地址变换时，功能部件（）将地址从虚拟（逻辑）地址空间映射到物理地址空间A、TLBB、MMUC、CacheD、DMA3、在程序执行过程中，Cache与主存的地址映象是由A、用户编写程序完成B、操作系统完成C、编译系统完成D、硬件自动完成4、某计算机的存储系统由cache和主存组成。

某程序执行过程共访存2000次，其中访问cache缺失(未命中）100次，则该程序执行过程中Cache的命中率为A、80%B、85%C、90%D、95%5、在Cache的地址映射中，若主存中的任意一块均可映射到Cache内任意一行的位置上，则这种映射方法称为A、全相联映射B、直接映射C、2-路组相联映射D、混合映射6、采用虚拟存储器的主要目的是A、提高主存储器的存取速度B、扩大主存储器的存储空间，且能进行自动管理和调度C、提高外存储器的存取速度D、扩大外存储器的存储空间7、虚拟存储器中，程序执行过程中实现虚拟地址到物理地址映射部件（系统）是A、应用程序完成B、操作系统和MMU配合完成C、编译器完成D、MMU完成8、相联存储器是按( )进行寻址访问的存储器A、地址B、内容C、堆栈D、队列9、以下哪种情况能更好地发挥Cache的作用A、程序中存在较多的函数调用B、程序的大小不超过内存容量C、程序具有较好的时间和空间局部性D、递归子程序10、以下关于虚拟存储管理地址转换的叙述中错误的是（）A、地址转换是指把逻辑地址转换为物理地址B、一般来说，逻辑地址比物理地址的位数少C、地址转换过程中可能会发生“缺页”D、MMU在地址转换过程中要访问页表项11、假定主存按字节编址，cache共有64行，采用4路组相联映射方式，主存块大小为32字节，所有编号都从0开始。

问主存第3000号单元所在主存块对应的cache组号是A、1B、5C、13D、2912、下列关于MMU的叙述中，错误的是（）A、MMU是存储管理部件B、MMU负责主存地址到Cache地址的映射C、MMU参与虚拟地址到物理地址的转换D、MMU配合使用TLB 地址转换速度更快13、下列关于主存与cache地址映射方式的叙述中正确的是（）A、全相联映射方式比较适用于大容量CacheB、直接映射是一对一的映射关系，组相联映射是多对一的映射关系C、在Cache容量相等条件下，直接映射方式的命中率比组相联方式有更高的命中率D、在Cache容量相等条件下，组相联方式的命中率比直接映射方式有更高的命中率14、下列关于CaChe的说法中，错误的是（）A、CaChe对程序员透明B、CaChe行大小与主存块大小一致C、分离CaChe(也称哈佛结构)是指存放指令的CaChe与存放数据CaChe分开设置D、读操作也要考虑CaChe与主存的一致性问题15、下列关于CaChe的论述中，正确的是A、采用直接映射时，CaChe无需使用替换算法B、采用最优替换算法，CaChe的命中率可达到100％C、加快CaChe本身速度，比提高CaChe命中率更能提升存储系统的等效访问速度D、CaChe的容量与主存的容量差距越大越能提升存储系统的等效访问速度16、某计算机系统中，CaChe容量为512 KB，主存容量为256 MB，则CaChe 一主存层次的等效容量为A、512 KBB、256 MBC、256 MB+512 KBD、256 MB - 512 KB17、下列关于Cache的描述中正确的是( )A、Cache存储器是内存中的一个特定区域B、Cache存储器的存取速度介于内存和磁盘之间C、Cache存储器中存放的内容是内存的副本D、Cache中存放正在处理的部分指令和数据18、关于TLB和Cache,下面哪些说法中正确的是( )A、TLB和Cache中存的数据不同B、TLB 访问缺失(miss)后，可能在Cache中直接找到页表内容C、TLB miss会造成程序执行出错，但是Cache miss不会D、TLB和Cache都采用虚拟地址访问19、在下列因素中，与Cache的命中率有关的是( )A、Cache块大小B、Cache的总容量C、主存的存取时间D、替换算法20、下面有关Cache的说法中正确的是( )A、设置Cache的目的，是解决CPU和主存之间的速度匹配问题B、设置Cache的理论基础，是程序访问的局部性原理C、Cache与主存统一编址，Cache地址空间是主存的一部分D、Cache功能均由硬件实现，对程序员透明21、下列关于存储系统的描述中正确的是( ）A、每个程序的虚地址空间可以远大于实地址空间，也可以远小于实地址空间B、多级存储体系由cache、主存和虚拟存储器构成C、Cache和虚拟存储器这两种存储器管理策略都利用了程序的局部性原理D、当Cache未命中时，CPU以直接访问主存，而外存与CPU之间则没有直接通路22、下列关于TLB、cache和虚存页(Page)命中组合情况中，一次访存过程中可能发生的是( ）A、TLB命中、cache命中、Page命中B、TLB未命中、cache命中、Page命中C、TLB未命中、cache未命中、Page命中D、TLB未命中、cache命中、Page未命中23、下列RAID组中需要的最小硬盘数为3个的是（）A、RAID 1B、RAID 3C、RAID 5D、RAID 1024、下列RAID技术中采用奇偶校验方式来提供数据保护的是（）A、RAID 1B、RAID 3C、RAID 5D、RAID 1025、在请求分页存储管理方案中，若某用户空间为16个页面，页长1 K B，虚页号0、1、2、3、4对应的物理页号分别为1、5、3、7、2。

计算机组成原理—习题解答(第四章)

第四章题解计算机组成原理习题解答第四章4.2❒4.2在存储系统的层次结构中，设计高速缓冲存储器和虚拟存储器的目的各是什么？对这两个存储层次的管理有何异同点？❒题解:1、设计cache的目的是为了提高存储器的访问速度。

Cache层使得CPU在对存储器进行访问时，速度可以接近Cache的速度，容量可以达到主存的容量。

设计虚存的目的是为了提高存储器的容量。

虚拟存储技术使得用户在使用存储器时，感觉可用容量接近于辅存的容量，而访问速度上接近于主存。

综合上述两个存储层次的作用，从整个存储系统来看，就达到了速度快、容量大、位价低的优化效果。

2、两个存储层次管理的异同点：两个层次的功能均由系统自动实现，对用户来讲都是透明的。

第四章4.2两个存储层次均以信息块作为基本信息的传送单位，Cache存储器每次传送的信息块是定长的，只有几十字节，而虚拟存储器信息块划分方案很多，有页、段等等，长度均在几百~几百K 字节左右。

主存Cache 存储体系中CPU与Cache和主存都建立了直接访问的通道。

一旦不命中时，CPU 就直接访问主存并同时向Cache调度信息块。

而辅助存储器与CPU之间没有直接通路，一旦在主存不命中时，只能从辅存调块到主存。

Cache 存储器存取信息的过程、地址变换和替换策略全部用硬件实现，对程序员均是透明的。

而主存-辅存层次的虚拟存储器基本上是由操作系统的存储管理软件并辅助一些硬件来进行信息块的划分和主存-辅存之间的调度，所以对设计存储管理软件的系统程序员来说，它是不透明的，而对应用程序员，因为虚拟存储路提供了庞大的逻辑空间可以任意使用，是透明的。

第四章4.4❒4.4 图4-3中，如果检索寄存器的值为“**** 1011 **** ****”，屏蔽寄存器的值是什么？检索完成后，匹配寄存器中的值又是什么？❒题解：❒屏蔽寄存器的值是：0000 1111 0000 0000;完成检索后匹配寄存器的值为：01000…第四章4.74.7 将数据Cache和指令Cache分开有什么好处？答：将数据Cache和指令Cache分开有如下好处：1）可支持超前控制和流水线控制，有利于这类控制方式下指令预取操作的完成；2）指令Cache可用ROM实现，以提高指令存取的可靠性；3）数据Cache对不同数据类型的支持更为灵活，既可支持整数（例32位），也可支持浮点数据（如64位）。

计算机组成原理课后答案第四章_庞海波

答：
设DRAM的刷新最大间隔时间为2ms，
则异步刷新的刷新间隔=2ms/256行=0.0078125ms =7.8125µs
即：每7.8125µs刷新一行。
集中刷新时，死时间为256*0.1us=25.6us。
分散刷新，刷新间隔0.2us，死时间为0.1us，读写周期0.2us
异步刷新，死时间0.1us，刷新间隔7.8125us。
第四章思考题与习题
1．解释下列概念主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、Flash Memory
答：
主存：与CPU直接交换信息，用来存放数据和程序的存储器。
辅存：主存的后援存储器，不与CPU直接交换信息。
CACHE：为了解决CPU和主存的速度匹配，设在主存与CPU之间，起缓冲作用，用于提高访存速度的一种存储器。
3．存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次，计算机如何管理这些层次？
答：存储器的层次结构主要体现在Cache—主存和主存—辅存这两个存储层次上。
Cache—主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，接近于Cache的速度，而容量和位价却接近于主存。
主存—辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存
页面容量=总容量/页面数= 64K×8 / 4 = 16K×8位，4片16K×8字串联成64K×8位
组容量=页面容量/组数= 16K×8位/ 16 = 1K×8位，16片1K×8位字串联成16K×8位
组内片数=组容量/片容量= 1K×8位/ 1K×4位= 2片，两片1K×4位芯片位并联成1K×8位
存储器逻辑框图：

计算机组成原理课堂练习-第四章

一、单项选择题1．下列叙述中( )是正确的。

A．主存可由RAM和ROM组成B主存只能由ROM组成C．主存只能由RAM组成D以上答案都不正确2．和辅存相比，主存的特点是( )。

A．容量小：速度快、成本高B．容量小、速度快、成本低C、容量大、速度快、成本高D容量大、速度快、成本低3．一个16 K×32位的存储器，其地址线和数据线的总和是( )。

A．48 B．46 C．38 D．444．一台计算机有64 MB的主存，字长为4字节，那么在存储器中对单个字寻址需要( )位地址。

A．23 B 24 C 25 D．265．某存储器容量为32 K×16位，则( )A、地址线l6根，数据线32根B、地址线32根，数据线16根C、地址线15根，数据线16根D、地址线16根，数据线16根6．某存储器容量为32K×16位，则( )A．其地址线是16根 B 其地址线数与16无关C．其地址线数与16有关 D 无法确定其地址线与16的关系8．DRAM地扯分两次输入(行选通RAS、列选通CAS)的目的是( )。

A．提高速度B．减少芯片引出线C．刷新D电平需要9．在磁盘存储器中，以下正确的描述是( )。

A．各磁道的位密度相等B．内圈磁道的位密度较大C．外圈磁道的位密度较大D．内外圈磁道的位密度相等位密度是磁道单位长度上的记录的二进制代码的位数，由于每个磁道记录的信息量是相等的，而内圈的长度较短，所以内圈磁道的位密度较大。

10．活动头磁盘存储器的寻道时间通常是指( )。

A．最大寻道时间B．最小寻道时间C．最大寻道时间和最小寻道时间的平均值D．最大寻道时间和最小寻道时间之和11．多体交叉存储器主要解决的问题是( )。

A 扩充主存储器的容量B 提高主存储器数据传输率C．减少主存储器芯片数量 D 简化线路结构12．一个四体并行低位交叉存储器，每个模块的容量是64 K×32位，存取周期为200 ns，在下列说法中( )是正确的。

计算机组成原理 cache行号的计算例题

计算机组成原理 cache行号的计算例题一、引言Cache是计算机系统中的一种重要硬件组件，用于提高数据访问的效率。

在Cache中，行号是用于定位缓存数据的关键信息。

本文档将通过一个计算例题来介绍如何计算Cache行号。

二、Cache概述Cache是一种基于缓存技术的硬件组件，用于存储计算机系统中的数据副本，以便在需要时快速访问。

Cache通过预测未来的数据访问模式，将频繁使用的数据存储在缓存中，以提高数据访问的效率。

三、Cache行号计算方法1. 确定缓存大小：首先，需要确定Cache的总容量，以确定缓存中可以存储的数据量。

2. 确定行大小：根据Cache的设计，确定每行的大小。

行大小通常以字节为单位。

3. 计算行号：将缓存总容量除以每行的大小，即可得到Cache的总行数。

在计算行号时，通常从0开始，逐行编号。

例如，假设一个Cache的总容量为1MB（1,048,576字节），每行的大小为64字节。

根据上述计算方法，可得到Cache的总行数为：1,048,576 / 64 = 16,384行这意味着该Cache共有16,384行。

在实际使用中，Cache行号的范围通常从0到Cache总行数减1。

四、例题及解答假设有一个大小为2MB的Cache，每行大小为64字节。

请计算该Cache的行号。

根据上述计算方法，可得到：2,097,152 / 64 = 32,060行所以，该Cache共有32,060行。

行号的范围从0到32,059。

五、总结通过以上例题，我们了解了如何计算Cache行号。

在实际使用中，Cache行号的计算对于正确地访问缓存数据至关重要。

合理地设计Cache结构和选择合适的行大小，可以提高Cache的性能和效率。

计算机组成原理第4章作业答案

解：（1）CPU与存储器芯片连接逻辑图：
-MREQ
+5V
A15
C -G2A -G2B
Байду номын сангаасG1
A14
B
74138（3：8）
A13
A
-Y0
-Y1
-Y2
…
-Y7
-CS0
-CS1
-CS2 … -CS7
A12
…
A0
A12 … A0 A12 … A0 A12 … A0
A12 … A0
CPU
8K×8 SRAM
8K×8 SRAM
板地址片地址
片内地址
3
3
12
15. 设CPU共有16根地址线，8根数据线，并用-MREQ（低电平有效）作访存控制信号，R/-W作读/写命令信号（高电平为读，低电平为写）。现有这些存储芯片：
ROM（2K×8位，4K×4位，8K×8位）， RAM（1K×4位，2K×8位，4K×8位），及74138译码器和其他门电路（门电路自定）。
8K×8 … 8K×8
SRAM
SRAM
D7 … D0 D7 … D0 D7 … D0
PROM：是可以实现一次性编程的只读存储器。(P89) EPROM：是一种可擦除可编程只读存储器。它可以由
用户对其所存信息作任意次的改写。(P90) EEPROM：用电可擦除只读存储器，在联机条件下，
用字擦除方式或页擦除方式，既可局部擦写，又可全部擦写，这种EPROM就是EEPROM。(P69,91) CDROM：只读型光盘，这种光盘内的数据和程序是由厂家事先写入的，使用时用户只能读出，不能修改或写入新的内容。(P147) Flah memory：闪速存储器，又称快擦型存储器，它是在EPROM和EEPROM工艺基础上产生的一种新型的、具有性能价格比更好、可靠性更高的可擦写非易失性存储器。（P91）

计算机组成原理第四章存储系统(一)(含答案)

计算机组成原理第四章存储系统(一)(含答案)4.1存储系统层次结构随堂测验1、哈弗结构（Harvard Architecture）是指（）（单选）A、数据和指令分别存放B、数据和指令统一存放C、指令和数据分时存放D、指令和数据串行存放2、如果一个被访问的存储单元，很快会再次被访问，这种局部性是（）（单选）A、时间局部性B、空间局部性C、数据局部性D、程序局部性3、下列关于存储系统层次结构的描述中正确的是（）（多选）A、存储系统层次结构由Cache、主存、辅助存储器三级体系构成B、存储系统层次结构缓解了主存容量不足和速度不快的问题C、构建存储系统层次结构的的原理是局部性原理D、构建存储系统层次结构还有利于降低存储系统的价格4、下列属于加剧CPU和主存之间速度差异的原因的是（）（多选）A、由于技术与工作原理不同，CPU增速度明显高于主存增速率B、指令执行过程中CPU需要多次访问主存C、辅存容量不断增长D、辅存速度太慢5、下列关于局部性的描述中正确的是（）（多选）A、局部性包括时间局部行和空间局部性B、局部性是保证存储系统层次结构高效的基础C、顺序程序结构具有空间局部性D、循环程序结构具有时间局部性4.2主存中的数据组织随堂测验1、设存储字长为64位,对short变量长度为16位，数据存储按整数边界对齐，关于short变量j在主存中地址的下列描述中正确的是（）（此题为多选题）A、j的物理地址mod 8 = 0B、j的物理地址mod 8 = 1C、j的物理地址mod 8 = 2D、j的物理地址mod 8 = 312、设存储字长为64位,对char变量长度为8位，数据存储按整数边界对齐，关于char变量j在主存中地址的下列描绘中精确的是（）（此题为多项选择题）A、j的物理地址mod 8 = 0B、j的物理地址mod 8 = 1C、j的物理地址mod 8 = 2D、j的物理地址mod 8 = 33、下列关于大端与小端模式的描述中，正确的是（）（此题为多选题）A、大端模式(Big-endian)是指数据的低位保存在内存的高地址中，而数据的高位，保存在内存的低地址中B、小端形式(Little-endian)是指数据的低位保存在内存的低地址中，而数据的高位保存在内存的高地址中C、0xxxxxxxxx按大端模式存放时，其所在存储单元最低字节单元存放的数据是0x12D、0xxxxxxxxx按小端模式存放时，其所在存储单元最高字节单元存放的数据是0x124、下列关于存储字长的描述中正确的是（）（此题为多选题）A、主存一个单元能存储的二进制位数的最大值B、存储字长与所存放的数据类型有关C、存储字长等于存储在主存中数据类型包含的二进制位数D、存储字长普通应是字节的整数倍5、某计算机按字节编址，数据按整数边界存放，可通过设置使其采用小端方式或大端方式，有一个float型变量的地址为FFFF C000H。

计算机组成原理第四章单元测试(二)(含答案)

第四章存储系统(二)测试1、32位处理器的最大虚拟地址空间为A、2GB、4GC、8GD、16G2、在虚存、内存之间进行地址变换时，功能部件（）将地址从虚拟（逻辑）地址空间映射到物理地址空间A、TLBB、MMUC、CacheD、DMA3、在程序执行过程中，Cache与主存的地址映象是由A、用户编写程序完成B、操作系统完成C、编译系统完成D、硬件自动完成4、某计算机的存储系统由cache和主存组成。

某程序执行过程共访存2000次，其中访问cache缺失(未命中）100次，则该程序执行过程中Cache的命中率为A、80%B、85%C、90%D、95%5、在Cache的地址映射中，若主存中的任意一块均可映射到Cache内任意一行的位置上，则这种映射方法称为A、全相联映射B、直接映射C、2-路组相联映射D、混合映射6、采用虚拟存储器的主要目的是A、提高主存储器的存取速度B、扩大主存储器的存储空间，且能进行自动管理和调度C、提高外存储器的存取速度D、扩大外存储器的存储空间7、虚拟存储器中，程序执行过程中实现虚拟地址到物理地址映射部件（系统）是A、应用程序完成B、操作系统和MMU配合完成C、编译器完成D、MMU完成8、相联存储器是按( )进行寻址访问的存储器A、地址B、内容C、堆栈D、队列9、以下哪种情况能更好地发挥Cache的作用A、程序中存在较多的函数调用B、程序的大小不超过内存容量C、程序具有较好的时间和空间局部性D、递归子程序10、以下关于虚拟存储管理地址转换的叙述中错误的是（）A、地址转换是指把逻辑地址转换为物理地址B、一般来说，逻辑地址比物理地址的位数少C、地址转换过程中可能会发生“缺页”D、MMU在地址转换过程中要访问页表项11、假定主存按字节编址，cache共有64行，采用4路组相联映射方式，主存块大小为32字节，所有编号都从0开始。

问主存第3000号单元所在主存块对应的cache组号是A、1B、5C、13D、2912、下列关于MMU的叙述中，错误的是（）A、MMU是存储管理部件B、MMU负责主存地址到Cache地址的映射C、MMU参与虚拟地址到物理地址的转换D、MMU配合使用TLB 地址转换速度更快13、下列关于主存与cache地址映射方式的叙述中正确的是（）A、全相联映射方式比较适用于大容量CacheB、直接映射是一对一的映射关系，组相联映射是多对一的映射关系C、在Cache容量相等条件下，直接映射方式的命中率比组相联方式有更高的命中率D、在Cache容量相等条件下，组相联方式的命中率比直接映射方式有更高的命中率14、下列关于CaChe的说法中，错误的是（）A、CaChe对程序员透明B、CaChe行大小与主存块大小一致C、分离CaChe(也称哈佛结构)是指存放指令的CaChe与存放数据CaChe分开设置D、读操作也要考虑CaChe与主存的一致性问题15、下列关于CaChe的论述中，正确的是A、采用直接映射时，CaChe无需使用替换算法B、采用最优替换算法，CaChe的命中率可达到100％C、加快CaChe本身速度，比提高CaChe命中率更能提升存储系统的等效访问速度D、CaChe的容量与主存的容量差距越大越能提升存储系统的等效访问速度16、某计算机系统中，CaChe容量为512 KB，主存容量为256 MB，则CaChe 一主存层次的等效容量为A、512 KBB、256 MBC、256 MB+512 KBD、256 MB - 512 KB17、下列关于Cache的描述中正确的是( )A、Cache存储器是内存中的一个特定区域B、Cache存储器的存取速度介于内存和磁盘之间C、Cache存储器中存放的内容是内存的副本D、Cache中存放正在处理的部分指令和数据18、关于TLB和Cache,下面哪些说法中正确的是( )A、TLB和Cache中存的数据不同B、TLB 访问缺失(miss)后，可能在Cache中直接找到页表内容C、TLB miss会造成程序执行出错，但是Cache miss不会D、TLB和Cache都采用虚拟地址访问19、在下列因素中，与Cache的命中率有关的是( )A、Cache块大小B、Cache的总容量C、主存的存取时间D、替换算法20、下面有关Cache的说法中正确的是( )A、设置Cache的目的，是解决CPU和主存之间的速度匹配问题B、设置Cache的理论基础，是程序访问的局部性原理C、Cache与主存统一编址，Cache地址空间是主存的一部分D、Cache功能均由硬件实现，对程序员透明。

计算机组成原理第四章课后习题和答案-唐朔飞(完整版)

第4章存储器1. 解释概念：主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、Flash Memory。

答：主存：主存储器，用于存放正在执行的程序和数据。

CPU可以直接进行随机读写，访问速度较高。

辅存：辅助存储器，用于存放当前暂不执行的程序和数据，以及一些需要永久保存的信息。

Cache：高速缓冲存储器，介于CPU和主存之间，用于解决CPU和主存之间速度不匹配问题。

RAM：半导体随机存取存储器，主要用作计算机中的主存。

SRAM：静态半导体随机存取存储器。

DRAM：动态半导体随机存取存储器。

ROM：掩膜式半导体只读存储器。

由芯片制造商在制造时写入容，以后只能读出而不能写入。

PROM：可编程只读存储器，由用户根据需要确定写入容，只能写入一次。

EPROM：紫外线擦写可编程只读存储器。

需要修改容时，现将其全部容擦除，然后再编程。

擦除依靠紫外线使浮动栅极上的电荷泄露而实现。

EEPROM：电擦写可编程只读存储器。

CDROM：只读型光盘。

Flash Memory：闪速存储器。

或称快擦型存储器。

2. 计算机中哪些部件可以用于存储信息？按速度、容量和价格/位排序说明。

答：计算机中寄存器、Cache、主存、硬盘可以用于存储信息。

按速度由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘；按容量由小至大排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘；按价格/位由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘。

3. 存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次？计算机如何管理这些层次？答：存储器的层次结构主要体现在Cache-主存和主存-辅存这两个存储层次上。

Cache-主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，CPU访存速度加快，接近于Cache的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。

主存-辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，即从程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存。

计算机组成原理-第4章存储器-2(cache)

– 当Cahce容量达到一定值时，命中率不会因容量的增大而明显提高。 – Cache容量大，成本增加。
Cache的命中率与cache容量的关系
命中率 1
H
Cache容量
C
块容量与命中率
命中率
H 1
容量大
容量小 BC 块大小
例
• 设Cache的速度是主存的5倍，命中率为 95%，则采用Cache后性能提升多少？
1. 全相联映像
cache
t+c位 m= m=t+c 标记标记
主存第0块第1块
第0块第1块 … 第 2c-1 块第 2m- 1 块 …
标记
主存地址
主存字块标记 t+c位 m= m=t+c
字块内地址 b位
“标记位”增多，比较位数增加(m位) •Cache Cache“
数值比较器
• 1位 • 2位
超前控制、流水线控制
：在当前指令执行过程尚未结束时，提前将下一 • 超前控制超前控制：在当前指令执行过程尚未结束时，提前将下一条准备执行的指令取出（指令预取）：实质上是多条指令同时执行。 • 流水线控制流水线控制：实质上是多条指令同时执行。
– 强调指令的预取和指令的并行执行。 – 必须将指令Cache和数据Cache分开
全关联 0 1 2 3 4 5 6 7 直接映象 0 1 2 3 4 5 6 7 组关联 0 1 2 3 4 5 6 7
Block Frame address
Set Set Set Set 0 1 2 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
3. 组相联映象（2 way-set-associated）

计算机组成原理第四章课后习题及答案唐朔飞完整版

第4章存储器1. 解释概念：主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、Flash Memory。

答：主存：主存储器，用于存放正在执行的程序和数据。

CPU可以直接进行随机读写，访问速度较高。

辅存：辅助存储器，用于存放当前暂不执行的程序和数据，以及一些需要永久保存的信息。

Cache：高速缓冲存储器，介于CPU和主存之间，用于解决CPU和主存之间速度不匹配问题。

RAM：半导体随机存取存储器，主要用作计算机中的主存。

SRAM：静态半导体随机存取存储器。

DRAM：动态半导体随机存取存储器。

ROM：掩膜式半导体只读存储器。

由芯片制造商在制造时写入内容，以后只能读出而不能写入。

PROM：可编程只读存储器，由用户根据需要确定写入内容，只能写入一次。

EPROM：紫外线擦写可编程只读存储器。

需要修改内容时，现将其全部内容擦除，然后再编程。

擦除依靠紫外线使浮动栅极上的电荷泄露而实现。

EEPROM：电擦写可编程只读存储器。

CDROM：只读型光盘。

Flash Memory：闪速存储器。

或称快擦型存储器。

2. 计算机中哪些部件可以用于存储信息？按速度、容量和价格/位排序说明。

答：计算机中寄存器、Cache、主存、硬盘可以用于存储信息。

按速度由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘；按容量由小至大排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘；按价格/位由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘。

3. 存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次？计算机如何管理这些层次？答：存储器的层次结构主要体现在Cache-主存和主存-辅存这两个存储层次上。

Cache-主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，CPU访存速度加快，接近于Cache的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。

主存-辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，即从程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存。

计算机组成原理习题及答案

存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。
1.主存的性能指标有哪些？
存储容量，存取时间，存储周期，存储器带宽。
存取时间，存储周期，存储器带宽反映了主存的速度指标。
这个二进制代码位是存储器中最小的存储单位，称为存储位元。由若干个存储位元组组成一个存储单元，然后再由许多存储单元组成一个存储器。
1.设有一个具有20位地址和32位字长的存储器，问：
（1）该存储器能存储多少个字节的信息？
（2）如果存储器由512K*8位SRAM芯片组成，需要多少片？
（3）需要多少位地址做芯片选择？
解：（1）220*32/8=222=4M字节
（2）（1024K*32）/（512K*8）=2*4=8片
（3）1位
响应时间表征从输入到系统产生响应之间的时间度量，用时间单位来度量。
利用率在给定的时间间隔内系统被实际使用的时间所占比率，用百分比表示。
处理机字长指处理机运算器中一次能够完成二进制运算的位数，
总线宽度一般指CPU中运算器与存储器之间进行互连的内部总线二进制位数。
存储器容量存储器中所有存储单元的总数目。
通常把取指令的一段时间叫做取值周期，而把执行指令的一段时间叫做执行周期。
把运算器和控制器合在一起称为中央处理机，简称CPU。目前存储器也放入到CPU芯片中，称为中央处理器。
系统总线是构成计算机系统的骨架，是多个系统部件之间进行数据传送的公共通路。
计算机是由运算器、存储器、控制器、适配器、总线和输入/输出设备组成的。
7.某机器中，已知配有一个地址空间为0000H-3FFFH的ROM区域。现在再用一个RAM芯片（8K*8）形成40K*16位的RAM区域，起始地址为6000H。假设RAM芯片有CS和WE信号控制端。CPU的地址总线为A15 -A0，数据总线为D15 -D0，控制信号为R/W（读/写），MREQ（访存），要求：

计算机组成原理-课堂练习-第四章Cache

一、单项选择题15. 关于Cache的论述中，正确的是( )。

A．Cache是一种介于主存和辅存之间的存储器。

B．如果访问Cache不命中，则用从内存中取到的数据块替换Cache中最近被访问过的数据块。

C．Cache的命中率必须很高，一般要达到90%以上才能充分发挥其作用。

D．Cache中的信息必须与主存中的信息时刻保持一致。

16．Cache的地址映射中( )比较多的采用“按内容寻址”的相联存储器来实现。

A．直接映射B．全相联映射C．组相联映射D．段相联映射17．在下列因素中，与Cache命中率无关的是( )。

A Cache字块的大小B Cache的总容量C Cache字块的个数D主存的存取时间18．在程序的执行过程中，Cache与主存的地址映射是由( )。

A 操作系统来管理的B 程序员调度的C由硬件自动完成的 D 存储管理硬件和存储管理软件共同完成的二、综合应用题2．Cache存放的是什么内容，其命中率受哪些因素影响？答：Cache存储器中保存的字块是主存中相应字块的一个副本。

Cache的容量和块的大小是影响命中率的重要因素。

一般来说，Cache的存储容量比主存的容量小得多，但不能太小，太小会使命中率太低；也没必要太大，过大不仅会增加成本，而且当容量超过一定值后，命中率随容量的增加将不会有明显的增长。

此外，Cache的组织方式与Cache的替换策略的选择也会影响Cache的命中率。

6．在Cache管理中，当新的主存块需要调入Cache时，有几种替换算法？各有何特点？哪种算法的平均命中率高？答：在Cache管理中，当新的主存块需调人Cache时，常用的有先进先出(FIFO)算法和近期最少使用LRU算法。

前者是把最先调入Cache的块替换出去，它不随时记录各块的使用情况，所以容易实现，且开销小；后者是把近期最少使用的块替换出去，这种算法需随时记录Cache中各块的使用情况，以便确定哪个块是近期最少使用的。

计算机组成原理第四章单元测试(一)(含答案)

存储系统（一）单元测验1、CPU可直接访问的存储器是A、磁盘B、主存C、光盘D、磁带2、主存储器和CPU之间增加高速缓冲存储器（Cache）的目的是A、提高存储系统访问速度B、简化存储管理C、扩大主存容量D、支持虚拟存储技术3、存储字长是指A、存储器地址线的二进制位数B、存放在一个存储单元中的二进制位数C、存储单元总数D、寄存器的数据位数4、计算机字长32位，主存容量为128MB，按字编址，其寻址范围为A、0 ~ 32M-1B、0 ~ 128M-1C、0 ~ 64M-1D、0 ~ 16M-15、字位结构为256Kｘ4位SRAM存储芯片，其地址引脚与数据引脚之和为A、18B、22C、24D、306、某SRAM芯片，存储容量为64K×16位，该芯片的地址线和数据线数目分别为A、64，16B、16，64C、16，16D、64,647、假定用若干块4K *4位的存储芯片组成一个8K*8位的存储器，则地址0B1F所在芯片的最小地址是A、0000HB、0600HC、0700HD、0B00H8、计算机系统中的存贮器系统是指A、RAM和ROM存贮器B、CacheC、磁盘存储器D、Cache、主存贮器和外存贮器9、用若干片2K´4位的存储芯片组成一个8K´8位的存储器，则地址0B1FH所在的芯片在全局的最大地址是A、0CFFHB、0BFFHC、1BFFHD、0FFFH10、动态存储器刷新以（）为单位进行A、存储单元B、行C、列D、字节11、下列存储器类型中，速度最快的是A、DRAMB、Flash MemoryC、SRAMD、EPROM12、某计算机字长32位，下列地址属性中属于按双字长边界对齐的是A、存储器地址线低三位全部为0B、存储器地址线低二位全部为0C、存储器地址线最低为0D、存储器地址线低三位取值随意13、在32位的机器上存放0X12345678，假定该存储单元的最低字节地址为0X4000，则在小端存储模式下存在在0X4002单元的内容是A、0X12B、0X34C、0X56D、0X7814、关于内存的下列说法中，错误的是A、内存的存取速度不能低于CPU速度，否则会造成数据丢失B、程序只有在数据和代码等被调入内存后才能运行C、采用虚拟内存技术后程序可以在硬盘上直接运行D、某计算机内存容量为8GB，按字节编址，那么它的地址总线为33位15、下列关于RAM和ROM的叙述中，正确的是A、RAM是易失性存储器，ROM是非失性存储器B、RAM和ROM都采用随机存取的方式进行访问C、Cache可选RAM、ROM做数据存储体D、ROM和RAM都不需要刷新16、下列属于衡量存储器技术指标的是A、存储容量B、存取时间C、存储周期D、存储器带宽17、不需要定时刷新的半导体存储器芯片是A、SRAMB、DRAMC、EPROMD、Flash Memory18、DRAM比SRAM慢，可能的原因包括A、DRAM需要刷新B、DRAM存储体行列地址线复用C、DRAM读之前需要预充电D、DRAM存储单元采用了双译码结构19、全部使用4片32K*8位的SRAM存储芯片，可设计的存储器有A、128K* 8位B、32K* 32位C、64K* 16位D、128K* 16位20、符合存储体系构建思想的是A、时间局部性B、空间局部性C、编程采用顺序结构D、编程采用分支结构21、某计算机主存容量为64K*16,其中ROM区为4K，其余为RAM区，按字节编址。

计算机组成原理第四章

64KB
1K×4 1K×4
1K×4 1K×4
1K×4 1K×4
1K×4 1K×4
4KB
需12位地址
寻址： A11～A0
低位地址分配给芯片，高位地址形成片选逻辑。芯片芯片地址片选信号片选逻辑
1K
A9～A0
CS0
1K
A9～A0
CS1
1K
A9～A0
CS2
1K
A9～A0
CS3
A11A10 A11A10
第４章存储器
4.1 概述 4.2 主存储器 4.3 高速缓冲存储器 4.4 辅助存储器
4.1 概述
一、存储器分类
1. 按存储介质分类
(1) 半导体存储器 TTL 、MOS
易失
(2) 磁表面存储器 (3) 磁芯存储器 (4) 光盘存储器
磁头、载磁体
非硬磁材料、环状元件易
失
激光、磁光材料
2. 按存取方式分类
字扩展方式
A15
3/8
译
A14 A13
码器
A12
A0 C P WE
U D7
111
000
001
010
011
100 101 110 CS CS
8K x 8 8K x 8 8K x 8 8K x 8 8K x 8 8K x 8 8K x 8 8K x 8
D0
（3）字位扩展：既增加字数，又增加字长
给出芯片地址分配与片选逻辑,并画出M框图。
1.计算芯片数
（1）先扩展位数，再扩展字（单元）数。
2片1K×4 4组1K×8
1K×8 8片 4K×8
（2）先扩展字数，再扩展位数。
4片1K×4 2组4K×4

计算机组成原理课后答案第四章-庞海波讲解

"第四章思考题与习题1．解释下列概念主存、辅存、 Cache、 RAM、 SRAM、 DRAM、 ROM、 PROM、 EPROM、 EEPROM、CDROM、 Flash Memory答：主存：与 CPU 直接交换信息，用来存放数据和程序的存储器。

辅存：主存的后援存储器，不与 CPU 直接交换信息。

CACHE：为了解决 CPU 和主存的速度匹配，设在主存与 CPU之间，起缓冲作用，用于提高访存速度的一种存储器。

RAM：随机存储器：是随机存取的，在程序执行过程中既可读出也可写入，存取时间与存储单元所在位置无关。

SRAM：静态 RAM，以触发器原理存储信息。

(DRAM：动态 RAM，以电容充放电原理存储信息。

ROM：只读存储器，在程序执行过程中只能读出，而不能对其写入。

PROM：一次性编程的只读存储器。

EPROM：可擦除的可编程只读存储器，用紫外线照射进行擦写。

EEPROM：用电可擦除的可编程只读存储器。

CDROM：只读型光盘Flash Memory：快擦型存储器，是性能价格比好，可靠性高的可擦写非易失型存储器：2．计算机中哪些部件可用于存储信息，请按其速度、容量和价格/位排序说明。

答：寄存器、缓存、主存、磁盘、磁带等。

速度按顺序越来越慢，容量越来越高和价格/位越来越低3．存储器的层次结构主要体现在什么地方为什么要分这些层次，计算机如何管理这些层次答：存储器的层次结构主要体现在Cache—主存和主存—辅存这两个存储层次上。

Cache—主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，接近于Cache的速度，而容量和位价却接近于主存。

.主存—辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存4．说明存取周期和存取时间的区别。

答：存取周期和存取时间的主要区别是：存取时间仅为完成一次存取操作的时间，而存取周期不仅包含操作时间，还包含操作后线路的恢复时间。

计算机组成原理第四章存储系统(二)(含答案)

第四章存储系统（二）4.6 多体交叉存储器随堂测验1、一个4体并行低位交叉存储器，每个模块的容量是64K×32位，存取周期为200ns，假定四个存储可以连续访问，以下说法中，（）是正确的。

（单选)A、在连续工作一段时间后，200ns内储器向CPU提供256位二进制信息B、连续工作一段时间后，200ns内存储器向CPU提供128位二进制信息C、在连续工作一段时间后，200ns存储器向CPU提供32位二进制信息D、以上答案都不正确2、下列关于多体交叉存储器的描述中，正确的是（）（多选）A、通过并行访问提高存储系统的访问速率B、通过增加数据总线的位数提高存储系统访问速率C、通过提高存储单体的速率提高存储系统的访问速率D、实现对不同存储单体数据的并行访问对数据的分布有要求3、为了通过交叉访问提高存储系的访问速率，必须满足下列条件（）（多选）A、采用低位地址交叉B、采用高位地址交叉C、满足局部性原理D、采用最优调度算法4、下图为能实现并行访问的多体交叉存储系统示意图。

设存储单体的存储周期为T1、存储系统的周期为T2、总线的传输周期为t . 下列描述中正确的是（）（多选）A、是高位多体交叉B、是低位多体交叉C、T1=T2D、CPU连续并行访问m个字的总时间为T1 + (m -1)t4.7 Cache的基本原理随堂测验1、为实现Cache地址映射，需要将来自CPU的物理地址根据映射方式进行不同划分，下列描述中错误的是（）（单选）A、全相联映射方式下，将地址划分为主存块地址和块内偏移地址两部分B、直接相联映射方式下，根据Cache大小将地址划分为标记（Tag）、索引(Index)和块内偏移地址三部分。

其中Index指向Cache特定行位置C、组相联映射方式下，根据Cache 分组数大小将地址划分为标记（Tag）、索引(Index)和块内偏移地址三部分。

其中Index指向Cache特定组位置D、K路组相联是指CHCHE被分成K组2、下列关于Cache的描述中正确的是（）（多选）A、缓解快速CPU与慢速主存之间的速度差异B、实现Cache目标的理论基础是局部性原理C、在存储体系中，Cache处于CPU和主存之间D、Cache的写穿策略是指CPU写Cache的同时也把数据写入主存3、下列关于Cache结构的描述中正确的是（) （多选）A、标记存储体存放从主存地址中剥离出的标记(Tag)B、数据存储体存放与主存交换的数据C、有效位(Valid)用于判断Cache的数据是否有效D、脏位(Dirty)用于判断主存的相关数据是否有效4、下列属于协助Cache工作所需的部件或功能是（）（多选）A、相联存储器B、调度替换算法C、脏位和有效位比较电路D、标记比较电路4.8 相联存储器随堂测验1、相联存储器是一种按内容访问的存储器,这里的"内容"是指（）（单选）A、所访问的数据B、主存地址C、从主存地址中分离出的标记(Tag)D、从主存地址中分离出来的索引(Index)2、下列关于相联存储器的描述中，正确的是（）（单选）A、在实现技术相同的情况下，容量较小的相联存储器，速度较快B、相联存储器结构简单，与静态存储器的访问方式基本相同C、为提高查找速度，相联存储器的存储体应采用动态存储单元D、访问相联存储器时既需要内容，也需要地址3、下列关于相联存储器的描述中，正确的是（）（多选）A、按地址进行并行访问B、对访问的内容进行并行比较C、按关键字实现快速查找D、相联存储器中存放的是主存数据的副本4.9 Cache地址映射与变换方法随堂测验1、某计算机的Cache共有16块，采用2路组相联映射方式（即每组2块）。

计算机组成原理第四章部分课后题答案(唐朔飞版)

4.1 解释概念：主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、Flash Memory。

主存：用于存放数据和指令，并能由中央处理器直接随机存取，包括存储器体M、各种逻辑部件、控制电路等辅存：辅助存储器，又称为外部存储器（需要通过I/O系统与之交换数据）。

存储容量大、成本低、存取速度慢，以及可以永久地脱机保存信息。

主要包括磁表面存储器、软盘存储器、磁带存储设备、光盘存储设备。

Cache：高速缓冲存储器，比主存储器体积小但速度快，用于保有从主存储器得到指令的副本很可能在下一步为处理器所需的专用缓冲器。

RAM：(Random Access Memory)随机存储器。

存储单元的内容可按需随意取出或存入，且存取的速度与存储单元的位置无关的存储器。

这种存储器在断电时将丢失其存储内容，故主要用于存储短时间使用的程序。

按照存储信息的不同，随机存储器又分为静态随机存储器（StaticRAM,SRAM)和动态随机存储器（Dynamic RAM,DRAM)。

SRAM：(Static Random Access Memory)它是一种具有静止存取功能的内存，不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。

DRAM：(Dynamic Random Access Memory)，即动态随机存取存储器最为常见的系统内存。

DRAM 只能将数据保持很短的时间。

为了保持数据，DRAM使用电容存储，所以必须隔一段时间刷新（refresh）一次，如果存储单元没有被刷新，存储的信息就会丢失。

（关机就会丢失数据）ROM：只读内存（Read-Only Memory）的简称，是一种只能读出事先所存数据的固态半导体存储器。

其特性是一旦储存资料就无法再将之改变或删除。

通常用在不需经常变更资料的电子或电脑系统中，资料并且不会因为电源关闭而消失。

PROM：(Programmable Read-Only Memory)－可编程只读存储器，也叫One-Time Programmable (OTP)ROM“一次可编程只读存储器”，是一种可以用程序操作的只读内存。