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；
专业知识分享
WORD格式 编辑整理
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。
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。
主存与CACHE之间的信息调度功能全部由硬件自动完成。而主存与辅存层次的调度目前广泛采用虚拟存储技术实现，即将主存与辅存的一部分通过软硬结合的技术组成虚拟存储器，程序员可使用这个比主存实际空间（物理地址空间）大得多的虚拟地址空间（逻辑地址空间）编程，当程序运行时，再由软、硬件自动配合完成虚拟地址空间与主存实际物理空间的转换。因此，这两个层次上的调度或转换操作对于程序员来说都是透明的。
4. 说明存取周期和存取时间的区别。
解：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。即： 存取周期 = 存取时间 + 恢复时间
5. 什么是存储器的带宽？若存储器的数据总线宽度为32位，存取周期为200ns，则存储器的带宽是多少？
解：存储器的带宽指单位时间内从存储器进出信息的最大数量。 存储器带宽 = 1/200ns ×32位 = 160M位/秒 = 20MB/秒 = 5M字/秒 注意：字长32位，不是16位。（注：1ns=10-9s）
专业知识分享
WORD格式 编辑整理
6. 某机字长为32位，其存储容量是64KB，按字编址它的寻址范围是多少？若主存以字节编址，试画出主存字地址和字节地址的分配情况。 解：存储容量是64KB时，按字节编址的寻址范围就是64K， 如按字编址，其寻址范围为：64K / （32/8）= 16K
主存字地址和字节地址的分配情况：如图
7. 一个容量为16K×32位的存储器，其地址线和数据线的总和是多少？当选用下列不同规格的存储芯片时，各需要多少片？
1K×4位，2K×8位，4K×4位，16K×1位，4K×8位，8K×8位 解：地址线和数据线的总和 = 14 + 32 = 46根； 选择不同的芯片时，各需要的片数为：
1K×4：（16K×32） / （1K×4） = 16×8 = 128片 2K×8：（16K×32） / （2K×8） = 8×4 = 32片 4K×4：（16K×32） / （4K×4） = 4×8 = 32片 16K×1：（16K×32）/ （16K×1） = 1×32 = 32片 4K×8：（16K×32）/ （4K×8） = 4×4 = 16片 8K×8：（16K×32） / （8K×8） = 2×4 = 8片 8. 试比较静态RAM和动态RAM。
专业知识分享
WORD格式 编辑整理
答：略。（参看课件）
9. 什么叫刷新？为什么要刷新？说明刷新有几种方法。 解：刷新：对DRAM定期进行的全部重写过程；
刷新原因：因电容泄漏而引起的DRAM所存信息的衰减需要及时补充，因此安排了定期刷新操作；
常用的刷新方法有三种：集中式、分散式、异步式。
集中式：在最大刷新间隔时间内，集中安排一段时间进行刷新，存在CPU访存死时间。
分散式：在每个读/写周期之后插入一个刷新周期，无CPU访存死时间。 异步式：是集中式和分散式的折衷。
10. 半导体存储器芯片的译码驱动方式有几种？
解：半导体存储器芯片的译码驱动方式有两种：线选法和重合法。 线选法：地址译码信号只选中同一个字的所有位，结构简单，费器材； 重合法：地址分行、列两部分译码，行、列译码线的交叉点即为所选单元。这种方法通过行、列译码信号的重合来选址，也称矩阵译码。可大大节省器材用量，是最常用的译码驱动方式。
11. 一个8K×8位的动态RAM芯片，其内部结构排列成256×256形式，存取周期为0.1μs。试问采用集中刷新、分散刷新和异步刷新三种方式的刷新间隔各为多少？
解：采用分散刷新方式刷新间隔为:2ms，其中刷新死时间为：256×0.1μs=25.6μs
采用分散刷新方式刷新间隔为：256×（0.1μs+×0.1μs）=51.2μs 采用异步刷新方式刷新间隔为:2ms
专业知识分享
WORD格式 编辑整理
12. 画出用1024×4位的存储芯片组成一个容量为64K×8位的存储器逻辑框图。要求将64K分成4个页面，每个页面分16组，指出共需多少片存储芯片。 解：设采用SRAM芯片，则：
总片数 = （64K×8位） / （1024×4位）= 64×2 = 128片
题意分析：本题设计的存储器结构上分为总体、页面、组三级，因此画图时也应分三级画。首先应确定各级的容量：
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：（略）。
13. 设有一个64K×8位的RAM芯片，试问该芯片共有多少个基本单元电路（简称存储基元）？欲设计一种具有上述同样多存储基元的芯片，要求对芯片字长的选择应满足地址线和数据线的总和为最小，试确定这种芯片的地址线和数据线，并说明有几种解答。
解：存储基元总数 = 64K×8位 = 512K位 = 219位；
思路：如要满足地址线和数据线总和最小，应尽量把存储元安排在字向，因为地址位数和字数成2的幂的关系，可较好地压缩线数。
设地址线根数为a，数据线根数为b，则片容量为：2a×b = 219；b = 219-a； 若a = 19，b = 1，总和 = 19+1 = 20； a = 18，b = 2，总和 = 18+2 = 20； a = 17，b = 4，总和 = 17+4 = 21； a = 16，b = 8，总和 = 16+8 = 24； …… ……
专业知识分享
WORD格式 编辑整理
由上可看出：芯片字数越少，芯片字长越长，引脚数越多。芯片字数减1、芯片位数均按2的幂变化。
结论：如果满足地址线和数据线的总和为最小，这种芯片的引脚分配方案有两种：地址线 = 19根，数据线 = 1根；或地址线 = 18根，数据线 = 2根。
14. 某8位微型机地址码为18位，若使用4K×4位的RAM芯片组成模块板结构的存储器，试问：
（1）该机所允许的最大主存空间是多少？
（2）若每个模块板为32K×8位，共需几个模块板？ （3）每个模块板内共有几片RAM芯片？ （4）共有多少片RAM？ （5）CPU如何选择各模块板？
解：（1）该机所允许的最大主存空间是：218 × 8位 = 256K×8位 = 256KB （2）模块板总数 = 256K×8 / 32K×8 = 8块
（3）板内片数 = 32K×8位 / 4K×4位 = 8×2 = 16片 （4）总片数 = 16片×8 = 128片
（5）CPU通过最高3位地址译码输出选择模板，次高3位地址译码输出选择芯片。地址格式分配如下：
15. 设CPU共有16根地址线，8根数据线，并用控制信号，
（低电平有效）作访存
作读写命令信号（高电平为读，低电平为写）。现有下列存储
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）。试从上述规格中选用合适芯片，画出CPU和存储芯片的连接图。要求：
（1）最小4K地址为系统程序区，4096~16383地址范围为用户程序区。
专业知识分享
WORD格式 编辑整理
（2）指出选用的存储芯片类型及数量。 （3）详细画出片选逻辑。 解：（1）地址空间分配图：
系统程序区（ROM共4KB）：0000H-0FFFH 用户程序区（RAM共12KB）：1000H-3FFFH （2）选片：ROM：选择4K×4位芯片2片，位并联
RAM：选择4K×8位芯片3片，字串联(RAM1地址范围为:1000H-1FFFH,RAM2地址范围为2000H-2FFFH, RAM3地址范围为:3000H-3FFFH)
（3）各芯片二进制地址分配如下： A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 ROM1,2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 RAM1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 RAM2 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 RAM3 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 A8 0 1 0 1 0 1 0 1 A7 0 1 0 1 0 1 0 1 A6 0 1 0 1 0 1 0 1 A5 0 1 0 1 0 1 0 1 A4 0 1 0 1 0 1 0 1 A3 0 1 0 1 0 1 0 1 A2 0 1 0 1 0 1 0 1 A1 A0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 CPU和存储器连接逻辑图及片选逻辑 图略
16. CPU假设同上题，现有8片8K×8位的RAM芯片与CPU相连，试回答： （1）用74138译码器画出CPU与存储芯片的连接图； （2）写出每片RAM的地址范围；
（3）如果运行时发现不论往哪片RAM写入数据后，以A000H为起始地址的存储芯片都有与其相同的数据，分析故障原因。
（4）根据（1）的连接图，若出现地址线A13与CPU断线，并搭接到高电平上，将出现什么后果？
解：（1）CPU与存储器芯片连接逻辑图 图略
专业知识分享
WORD格式 编辑整理
（2）地址空间分配图： RAM0：0000H——1FFFH RAM1：2000H——3FFFH RAM2：4000H——5FFFH RAM3：6000H——7FFFH RAM4：8000H——9FFFH RAM5：A000H——BFFFH RAM6：C000H——DFFFH RAM7：E000H——FFFFH
（3）如果运行时发现不论往哪片RAM写入数据后，以A000H为起始地址的存储芯片(RAM5)都有与其相同的数据，则根本的故障原因为：该存储芯片的片选输入端很可能总是处于低电平。假设芯片与译码器本身都是好的，可能的情况有： 1）该片的
端与
端错连或短路；
2）该片的端与CPU的端错连或短路；
3）该片的端与地线错连或短路。
（4）如果地址线A13与CPU断线，并搭接到高电平上，将会出现A13恒为“1”的情况。此时存储器只能寻址A13=1的地址空间(奇数片)，A13=0的另一半地址空间（偶数片）将永远访问不到。若对A13=0的地址空间（偶数片）进行访问，只能错误地访问到A13=1的对应空间(奇数片)中去。
17. 写出1100、1101、1110、1111对应的汉明码。 解：有效信息均为n=4位，假设有效信息用b4b3b2b1表示 校验位位数k=3位，（2k>=n+k+1）
专业知识分享
WORD格式 编辑整理
设校验位分别为c1、c2、c3，则汉明码共4+3=7位，即：c1c2b4c3b3b2b1 校验位在汉明码中分别处于第1、2、4位 c1=b4⊕b3⊕b1 c2=b4⊕b2⊕b1 c3=b3⊕b2⊕b1
当有效信息为1100时，c3c2c1=110,汉明码为0111100。 当有效信息为1101时，c3c2c1=001,汉明码为1010101。 当有效信息为1110时，c3c2c1=000,汉明码为0010110。 当有效信息为1111时，c3c2c1=111,汉明码为1111111。
18. 已知收到的汉明码（按配偶原则配置）为1100100、1100111、1100000、1100001，检查上述代码是否出错？第几位出错？
解：假设接收到的汉明码为：c1’c2’b4’c3’b3’b2’b1’ 纠错过程如下：
P1=c1’⊕b4’⊕b3’⊕b1’ P2=c2’⊕b4’⊕b2’⊕b1’ P3=c3’⊕b3’⊕b2’⊕b1’
如果收到的汉明码为1100100，则p3p2p1=011，说明代码有错，第3位（b4’）出错，有效信息为：1100
如果收到的汉明码为1100111，则p3p2p1=111，说明代码有错，第7位（b1’）出错，有效信息为：0110
如果收到的汉明码为1100000，则p3p2p1=110，说明代码有错，第6位（b2’）出错，有效信息为：0010
如果收到的汉明码为1100001，则p3p2p1=001，说明代码有错，第1位（c1’）出错，有效信息为：0001
专业知识分享
WORD格式 编辑整理
19. 已经接收到下列汉明码，分别写出它们所对应的欲传送代码。 （1）1100000（按偶性配置） （2）1100010（按偶性配置） （3）1101001（按偶性配置） （4）0011001（按奇性配置） （5）1000000（按奇性配置） （6）1110001（按奇性配置）
解：（一）假设接收到的汉明码为C1’C2’B4’C3’B3’B2’B1’，按偶性配置则：
P1=C1’⊕B4’⊕B3’⊕B1’ P2=C2’⊕B4’⊕B2’⊕B1’ P3=C3’⊕B3’⊕B1’
（1）如接收到的汉明码为1100000， P1=1⊕0⊕0⊕0=1 P2=1⊕0⊕0⊕0=1 P3=0⊕0⊕0=0
P3P2P1=011，第3位出错，可纠正为1110000，故欲传送的信息为1000。 （2）如接收到的汉明码为1100010， P1=1⊕0⊕0⊕0=1 P2=1⊕0⊕1⊕0=0 P3=0⊕0⊕0=0
P3P2P1=001，第1位出错，可纠正为0100010，故欲传送的信息为0010。 （3）如接收到的汉明码为1101001， P1=1⊕0⊕0⊕1=0
专业知识分享
WORD格式 编辑整理
P2=1⊕0⊕0⊕1=0 P3=1⊕0⊕1=0
P3P2P1=000，传送无错，故欲传送的信息为0001。
（二）假设接收到的汉明码为C1’C2’B4’C3’B3’B2’B1’，按奇性配置则： P1=C1’⊕B4’⊕B3’⊕B1’⊕1 P2=C2’⊕B4’⊕B2’⊕B1’⊕1 P3=C3’⊕B3’⊕B1’⊕1
（4）如接收到的汉明码为0011001， P1=0⊕1⊕0⊕1⊕1=1 P2=0⊕1⊕0⊕1⊕1=1 P3=1⊕0⊕1⊕1=1
P3P2P1=111，第7位出错，可纠正为0011000，故欲传送的信息为1000。 （5）如接收到的汉明码为1000000， P1=1⊕0⊕0⊕0⊕1=0 P2=0⊕1⊕0⊕0⊕1=0 P3=0⊕0⊕0⊕1=1
P3P2P1=100，第4位出错，可纠正为1001000，故欲传送的信息为0000。 （6）如接收到的汉明码为1110001， P1=1⊕1⊕0⊕1⊕1=0 P2=1⊕1⊕0⊕1⊕1=0 P3=0⊕0⊕1⊕1=0
P3P2P1=000，传送无错，故欲传送的信息为1001。
专业知识分享
WORD格式 编辑整理
20. 欲传送的二进制代码为1001101，用奇校验来确定其对应的汉明码，若在第6位出错，说明纠错过程。
解：欲传送的二进制代码为1001101，有效信息位数为n=7位，则汉明校验的校验位为k位，则：2k>=n+k+1，k=4，进行奇校验设校验位为C1C2C3C4，汉明码为C1C2B7C3B6B5B4C4B3B2B1，
C1=1⊕B7⊕B6⊕B4⊕B3⊕B1=1⊕1⊕0⊕1⊕1⊕1=1 C2=1⊕B7⊕B5⊕B4⊕B2⊕B1=1⊕1⊕0⊕1⊕0⊕1=0 C3=1⊕B6⊕B5⊕B4=1⊕0⊕0⊕1=0 C4=1⊕B3⊕B2⊕B1=1⊕1⊕0⊕1=1
故传送的汉明码为10100011101，若第6位(B5)出错，即接收的码字为10100111101，则
P1=1⊕C1’⊕B7’⊕B6’⊕B4’⊕B3’⊕B1’=1⊕1⊕1⊕0⊕1⊕1⊕1=0 P2=1⊕C2’⊕B7’⊕B5’⊕B4’⊕B2’⊕B1’=1⊕0⊕1⊕1⊕1⊕0⊕1=1 P3=1⊕C3’⊕B6’⊕B5’⊕B4’=1⊕0⊕0⊕1⊕1=1 P4=1⊕C4’⊕B3’⊕B2’⊕B1’=1⊕1⊕1⊕0⊕1=0
P4P3P2P1=0110说明第6位出错，对第6位取反即完成纠错。
21. 为什么在汉明码纠错过程中，新的检测位P4P2P1的状态即指出了编码中错误的信息位？
答：汉明码属于分组奇偶校验，P4P2P1=000，说明接收方生成的校验位和收到的校验位相同，否则不同说明出错。由于分组时校验位只参加一组奇偶校验，有效信息参加至少两组奇偶校验，若果校验位出错，P4P2P1的某一位将为1，刚好对应位号4、2、1；若果有效信息出错，将引起P4P2P1中至少两位为1，如B1出错，将使P4P1均为1，P2=0,P4P2P1=101,
22. 某机字长16位，常规的存储空间为64K字，若想不改用其他高速的存储芯片，而使访存速度提高到8倍，可采取什么措施？画图说明。
解：若想不改用高速存储芯片，而使访存速度提高到8倍，可采取八体交叉存取技术，8体交叉访问时序图略。
专业知识分享
WORD格式 编辑整理
23. 设CPU共有16根地址线，8根数据线，并用控制信号（高电平为访存，低电平为访I/O），
作为访问存储器或I/O的（低电平有效）为写命令，
（低电平有效）为读命令。设计一个容量为64KB的采用低位交叉编址的8体并
行结构存储器。现有下图所示的存储器芯片和138译码器。
画出CPU和存储器芯片（芯片容量自定）的连接图，并写出图中每个存储芯片的地址范围（用十六进制数表示）。
解：8体低位交叉并行存储器的每个存储体容量为64KB/8=8KB，因此应选择8KBRAM芯片，芯片地址线12根（A0-A12），数据线8根（D0-D7），用138译码器进行存储体的选择。图略
24. 一个4体低位交叉的存储器，假设存储周期为T，CPU每隔1/4存取周期启动一个存储体，试问依次访问64个字需多少个存取周期？
解：4体低位交叉的存储器的总线传输周期为τ，τ=T/4，依次访问64个字所需时间为：
t=T+(64-1) τ=T+63T/4=16.75T
25. 什么是“程序访问的局部性”？存储系统中哪一级采用了程序访问的局部性原理？
答：程序运行的局部性原理指：在一小段时间内，最近被访问过的程序和数据很可能再次被访问；在空间上，这些被访问的程序和数据往往集中在一小片存储区；在访问顺序上，指令顺序执行比转移执行的可能性大 (大约 5:1 )。存储系统中Cache-主存层次和主存-辅存层次均采用了程序访问的局部性原理。
专业知识分享
WORD格式 编辑整理
26. 计算机中设置Cache的作用是什么？能否将Cache的容量扩大，最后取代主存，为什么？
答：计算机中设置Cache的作用是解决CPU和主存速度不匹配问题。
不能将Cache的容量扩大取代主存，原因是:（1）Cache容量越大成本越高，难以满足人们追求低价格的要求；（2）如果取消主存，当CPU访问Cache失败时，需要将辅存的内容调入Cache再由CPU访问，造成CPU等待时间太长，损失更大。
27. Cache做在CPU芯片内有什么好处？将指令Cache和数据Cache分开又有什么好处？
答：Cache做在CPU芯片内主要有下面几个好处：
（1）可提高外部总线的利用率。因为Cache在CPU芯片内，CPU访问Cache时不必占用外部总线。
（2）Cache不占用外部总线就意味着外部总线可更多地支持I/O设备与主存的信息传输，增强了系统的整体效率。
（3）可提高存取速度。因为Cache与CPU之间的数据通路大大缩短,故存取速度得以提高。
将指令Cache和数据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）。 补充：
Cache结构改进的第三个措施是分级实现，如二级缓存结构，即在片内Cache（L1）和主存之间再设一个片外Cache（L2），片外缓存既可以弥补片内缓存容量不够大的缺点，又可在主存与片内缓存间起到平滑速度差的作用，加速片内缓存的调入调出速度。
28. 设主存容量为256K字，Cache容量为2K字，块长为4。 （1）设计Cache地址格式，Cache中可装入多少块数据？
专业知识分享
WORD格式 编辑整理
（2）在直接映射方式下，设计主存地址格式。 （3）在四路组相联映射方式下，设计主存地址格式。 （4）在全相联映射方式下，设计主存地址格式。
（5）若存储字长为32位，存储器按字节寻址，写出上述三种映射方式下主存的地址格式。
解：（1）Cache容量为2K字，块长为4，Cache共有2K/4=211/22=29=512块， Cache字地址9位，字块内地址为2位 因此，Cache地址格式设计如下： Cache字块地址（9位） 字块内地址（2位） （2）主存容量为256K字=218字，主存地址共18位，共分256K/4=216块， 主存字块标记为18-9-2=7位。 直接映射方式下主存地址格式如下：
主存字块标记（7位） Cache字块地址（9位） 字块内地址（2位） （3）根据四路组相联的条件，一组内共有4块，得Cache共分为512/4=128=27
组，
主存字块标记为18-7-2=9位，主存地址格式设计如下： 主存字块标记（9位） 组地址（7位） 字块内地址（2位） （4）在全相联映射方式下，主存字块标记为18-2=16位，其地址格式如下： 主存字块标记（16位） 字块内地址（2位） （5）若存储字长为32位，存储器按字节寻址，则主存容量为256K*32/8=220B， Cache容量为2K*32/4=214B，块长为4*32/8=16B=24B，字块内地址为4位， 在直接映射方式下，主存字块标记为20-9-4=7位，主存地址格式为： 主存字块标记（7位） Cache字块地址（9位） 字块内地址（4位） 在四路组相联映射方式下，主存字块标记为20-7-4=9位，主存地址格式为：
专业知识分享
WORD格式 编辑整理
主存字块标记（9位） 组地址（7位） 字块内地址（4位） 在全相联映射方式下，主存字块标记为20-4=16位，主存地址格式为： 主存字块标记（16位）
29. 假设CPU执行某段程序时共访问Cache命中4800次，访问主存200次，已
知Cache的存取周期为30ns，主存的存取周期为150ns，求Cache的命中率以及Cache-主存系统的平均访问时间和效率，试问该系统的性能提高了多少倍？ 解：Cache被访问命中率为：4800/(4800+200)=24/25=96%
则Cache-主存系统的平均访问时间为：ta=0.96*30ns+(1-0.96)*150ns=34.8ns Cache-主存系统的访问效率为：e=tc/ta*100%=30/34.8*100%=86.2% 性能为原来的150ns/34.8ns=4.31倍，即提高了3.31倍。
30. 一个组相连映射的CACHE由64块组成，每组内包含4块。主存包含4096块，每块由128字组成，访存地址为字地址。试问主存和高速存储器的地址各为几位？画出主存地址格式。
解：cache组数：64/4=16 ，Cache容量为：64*128=213字，cache地址13位 主存共分4096/16=256区，每区16块
主存容量为：4096*128=219字，主存地址19位，地址格式如下： 主存字块标记（8位） 组地址（4位）
31. 设主存容量为1MB，采用直接映射方式的Cache容量为16KB，块长为4，每字32位。试问主存地址为ABCDEH的存储单元在Cache中的什么位置？ 解：主存和Cache按字节编址，
Cache容量16KB=214B，地址共格式为14位，分为16KB/(4*32/8B)=210块，每块
4
4*32/8=16B=2B，Cache地址格式为： Cache字块地址（10位） 专业知识分享
字块内地址（4位） 字块内地址（7位） 字块内地址（4位） WORD格式 编辑整理
主存容量1MB=220B，地址共格式为20位，分为1MB/(4*32/8B)=216块，每块24B，采用直接映射方式，主存字块标记为20-14=6位，主存地址格式为： 主存字块标记（6位） Cache字块地址（10位） 字块内地址（4位） 主存地址为ABCDEH=1010 1011 1100 1101 1110B，主存字块标记为101010，Cache字块地址为11 1100 1101，字块内地址为1110，故该主存单元应映射到Cache的101010块的第1110字节，即第42块第14字节位置。或者在Cache的第11 1100 1101 1110=3CDEH字节位置。
32. 设某机主存容量为4MB，Cache容量为16KB，每字块有8个字，每字32位，设计一个四路组相联映射（即Cache每组内共有4个字块）的Cache组织。 （1）画出主存地址字段中各段的位数。
（2）设Cache的初态为空，CPU依次从主存第0，1，2，…，89号单元读出90个字（主存一次读出一个字），并重复按此次序读8次，问命中率是多少？ （3）若Cache的速度是主存的6倍，试问有Cache和无Cache相比，速度约提高多少倍？
解：（1）根据每字块有8个字，每字32位（4字节），得出主存地址字段中字块内地址为3+2=5位。
根据Cache容量为16KB=214B，字块大小为8*32/8=32=25B，得Cache地址共14位，Cache共有214-5=29块。
根据四路组相联映射，Cache共分为29/22=27组。
根据主存容量为4MB=222B，得主存地址共22位，主存字块标记为22-7-5=10位，故主存地址格式为： 主存字块标记（10位） 组地址（7位） 字块内地址（5位） （2）由于每个字块中有8个字，而且初态为空，因此CPU读第0号单元时，未
命中，必须访问主存，同时将该字所在的主存块调入Cache第0组中的任一块内，接着CPU读第1~7号单元时均命中。同理，CPU读第8，16，…，88号时均未命中。可见，CPU在连续读90个字中共有12次未命中，而后8次循环读90个字全部命中，命中率为：
专业知识分享
WORD格式 编辑整理
（3）设Cache的周期为t，则主存周期为6t，没有Cache的访问时间为6t*90*8，有Cache的访问时间为t（90*8-12）+6t*12，则有Cache和无Cache相比，速度提高的倍数为：
33．简要说明提高访存速度可采取的措施。 答：提高访存速度可采取三种措施：
（1）采用高速器件。即采用存储周期短的芯片，可提高访存速度。
（2）采用Cache。CPU最近要使用的信息先调入Cache，而Cache的速度比主存快得多，这样CPU每次只需从Cache中读写信息，从而缩短访存时间，提高访存速度。
（3）调整主存结构。如采用单体多字或采用多体结构存储器。
38. 磁盘组有6片磁盘，最外两侧盘面可以记录，存储区域内径22cm，外径33cm，道密度为40道/cm，内层密度为400位/cm，转速3600转/分，问： （1）共有多少存储面可用？ （2）共有多少柱面？ （3）盘组总存储容量是多少？ （4）数据传输率是多少？
解：（1）共有：6×2=12个存储面可用。 （2）有效存储区域=（33-22）/ 2 = 5.5cm 柱面数 = 40道/cm × 5.5= 220道 （3）内层道周长=p×22=69.08cm 道容量=400位/cm×69.08cm= 3454B 面容量=3454B×220道=759，880B
专业知识分享
WORD格式 编辑整理
盘组总容量=759，880B ×12面= 9，118，560B （4）转速 = 3600转 / 60秒 = 60转/秒
数据传输率 = 3454B × 60转/秒 = 207，240 B/S
39. 某磁盘存储器转速为3000转/分，共有4个记录盘面，每毫米5道，每道记录信息12 288字节，最小磁道直径为230mm，共有275道，求： （1）磁盘存储器的存储容量。
（2）最高位密度（最小磁道的位密度）和最低位密度。 （3）磁盘数据传输率。 （4）平均等待时间。
解：（1）存储容量 = 275道×12 288B/道×4面 = 13 516 800B
（2）最高位密度 = 12 288B/（p×230）= 17B/mm = 136位/mm（向下取整） 最大磁道直径=230mm+2×275道/(5道/mm) = 230mm + 110mm = 340mm 最低位密度 = 12 288B /(p×340)= 11B/mm = 92位 / mm （向下取整） （3）磁盘数据传输率= 12 288B × 3000转/分=12 288B × 50转/秒=614 400B/s （4）平均等待时间 = 1s/50 / 2 = 10ms
专业知识分享
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容