第6章存储器和存储体系
第6章存储器和存储体系
【考试透视】
本章主要考核主存储器基本工作原理，RAM的结构、组织及其应用，ROM的工作原理及其应用，外存储器工作原理，存储系统。了解存储器的概念、作用，存储器的性能指标，存储器的基本分类及层次概念，主存储结构、组成及其基本操作，存储阵列，地址译码系统；半导体RAM的工作原理，RAM的组织；ROM 的工作原理；外存的组成，外存介质，磁带、磁盘（软、硬盘）的存储原理和工作原理，光盘的存储原理；存储体系，多级存储，Cache技术，虚拟存储技术等。
【同步跟踪强化训练】
一、单项选择题
1.以下关于RAM的说法，错误的是（）
A．RAM是一种半导体存储器B．RAM是随机存取存储器的简称C．静态RAM不需要刷新且存取速度快D．一般计算机内存大量使用静态RAM
2.外存储器存/取速度最快的是（）
A．磁带存储器B．硬磁盘存储器
C．软磁盘存储器D．CD—ROM
3.RAM芯片串联的目的是（）
A．增加存储器字长B．增加存储单元数量
C．提高存储器的速度C．降低存储器的平均价格
4.可编程的只读存储器（）
A．不一定可以改写B．一定可以改写
C．一定不可以改写C．以上都不对
5.需要刷新的是（）
A．只读存储器B．CD—ROM
C．静态存储器D．动态存储器
6.某存储器容量为32K×16位，则（）
A．地址线为16根，数据线为32根B．地址线为32根，数据线为16根
C．地址线为15根，数据线为16根D．地址线为16根，数据线为64根
7.访问存储器时，读出的信息或将写入的信息要经过（）
A．数据寄存器B．指令寄存器
C．地址寄存器D．ROM
8.通常计算机的内存储器可采用（）
A．RAM和ROM B．ROM
C．RAM D．累加器
9.在多级存储体系中，虚拟存储器解决的问题是（）
A．主存容量不足B．主存与辅存速度不匹配
C．辅存与CPU速度不匹配D．主存与CPU速度不匹配
10.组成计算机的存储系统的是（）
A．半导体存储器和磁表面存储器B．静态存储器和动态存储器
C．RAM和ROM D．内存储器和外存储器
11.下列关于磁性存储器的叙述，正确的是（）
A．磁芯存储器是ROM的一种
B．磁芯存储器主要利用磁介质具有矩形磁滞回线的原理存储数据C．磁芯存储器是目前常见的存储器之一
D．以上说法都不对
12.CPU不能直接访问的是（）
A．RAM B．ROM
C，内存D．外存
13.常用的虚拟存储系统由两级存储器组成，其中辅存是大容量的磁表面存储器。
A．主存—辅存B．快存—主存
C．快存—辅存D．通用寄存器—主存
14.某计算机字长是16位，它的存储容量是1MB，按字编址，它
的寻址范围是（）
A．512K B．1M
C．512KB D．1KB
15.关于主存，以下叙述正确的是（）
A．主存比辅存小，但存取速度快B．主存比辅存大，且存取速度快
C．主存比辅存小，且存取速度慢D．主存比辅存大，但存取速度慢
16.下列说法正确的是（）
A．半导体RAM信息可读可写，且断电后仍能保存记忆
B．半导体RAM属易失性存储器，而静态RAM的存储信息是不易失的
C．静态RAM、动态RAM都属易失性存储器，前者在电源不掉时，不易失
D．静态RAM不用刷新，且集成度比动态RAM高，所以计算机系统上常使用它。
17.若主存每个存储单元16 bit，则下述正确的是（）
A．地址线也是16位B．地址线与16无关
C．地址线与16有关D．地址线不得少于16位
18.存储器是计算机系统的记忆设备，它主要用来（）
A．存放程序B．存放数据
C．存放数据和程序D．存放微程序
19.要构造2K×8bit的内存，可以使用（）
A．1K×8 bit进行并联B．4K×8 bit进行串联
C．2K×4 bit进行并联D．2K×4 bit进行并联
20.程序访问的局限性是采用的依据。
A．缓冲B．Cache
C．虚拟内存D．外存
21.采用虚拟存储器的目的是（）
A．提高主存速度B．扩大外存的存取空间
C．扩大存储器的寻址空间D．以上均正确
22.关于主存，以下叙述正确的是（）
A．主存的存取速度可与CPU匹配
B．主存是RAM，不包括ROM
C．辅存中的程序需要调入主存才能运行
D．若指令的地址码为20位，则主存容量一定是1MB
23.主存与辅助的区别不包括（）
A．是否按字节或字编址B．能否长期保存信息
C．能否运行程序D．能否由CPU直接访问
24.虚拟存储器将的地址空间统一编址。
A．程序存储器和数据存储器B．主存和辅存
C．主存和高速缓冲寄存器D．内存储器和只读存储器
25.某硬盘盘片由四片组成，则它的磁头数为（）
A．6个B．8个
C．12个D．不少于6个
26.存储器是计算机系统的记忆部件，它主要用来（）
A．存放程序B．存放数据
C．存放数据和程序D．存放微程序
27.RAM芯片并联的目的是（）
A．增加存储器字长B．增加存储单元数量
C．提高存储器的速度D．降低存储器的平均价格
28.以下关于ROM的说法，错误的是（）
A．ROM是只读存储器的简称
B．断电以后ROM中的信息不会丢失
C．ROM的电路比RAM的电路复杂
D．掩膜式ROM的特点是其存储内容出厂时由生产厂家一次制成，用户不能修改
29.在虚拟存储器中，当程序正在执行时，由完成地址转换。
A．程序员B．编译器
C．操作系统D．累加器
30.在ROM存储器中必须有电路。
A．数据写入B．再生
C．地址译码D．刷新
31.计算机内存储器可以采用（）
A．RAM和ROM B．只有ROM
C．只有RAM D．RAM和SAM
32.下列说法正确的是（）
A．0磁道是磁盘最内侧的那条磁道B．0磁道是磁盘最外侧的那条磁道
C．0磁道是磁盘中间的那条磁道D．以上说法都不对
33.磁盘和磁带都属于磁表面存储器，按存取方式分（）
A．二者都是顺序存储的B．前者是顺序存储器，后者是直接存储器C．二者都是直接存储器D．前者是直接存储器，后者是顺序存储器34.活动头磁盘存储器的平均存取时间是指（）
A．最大找道时间加上最小找道时间B．平均找道时间
C．平均找道时间加上平均等待时间D．平均等待时间
35.相联存储器是按进行寻址的存储器。
A．地址指定方式B．堆栈存取方式
C．内容指定方式D．地址指定方式与堆栈存取方式结合36.EPROM是指（）
A．随机读写存储器B．只读存储器
C．可编程的只读存储器D．可擦可编程的只读存储器
37.某计算机字长是16位，它的存储容量是64K，按字编址，它的寻址范围是（）
A．32K B．32KB
C．16K D．16KB
38.某RAM芯片，其容量是512×8 bit，除电源线和接地线外该芯片引脚的最少数目是（）
A．21 B．19
C．17 D．18
39.双极型和MOS型存储器（）
A．属于磁存储器B．分别属磁存储和半导体存储器
C．都属于半导体存储器D．都属于磁存储器
40.由于磁盘上内部磁道较外部磁道短，在处理存储数量时（）
A．内部磁道存储信息比外部磁道存储信息少
B．无论哪条磁道，存储信息均相同
C．内部磁道扇区少，是它的存储信息少于外部磁道
D．各磁道扇区数相同，但内部磁道上每扇区记录信息少
41.CPU通过指令访问主存所用的程序地址叫做（）
A．逻辑地址B．物理地址
C．真实地址D．偏移地址
42.访问存储器时，读出的信息或将写入的信息要经过（）
A．数据寄存器B．指令寄存器
C．地址寄存器D．累加器
43.有关高速缓冲存储器cache的说法正确的是（）
A．只能在CPU以外B．CPU内外都可以设置Cache
C．只能在CPU以内D．若存在Cache，CPU就不能再访问内存44.在活动头磁盘存储器中，信息写入或读出磁盘是以进行的。
A．并行方式B．串行方式
C．串—并行方式D．并—串行方式
45.磁盘存储器的记录方式一般采用（）
A．归零制B．不归零制
C．调频制D．调相制
46.和外存储器相比，内存储器的优点是（）
A．容量大，速度快，成本低B．容量大，速度快，成本高
C．容量小，速度快，成本高D．容量小，速度慢，成本高
47.存储周期是指（）
A．存储器的读出时间
B．存储器的写入时间
C．存储器进行连续读和写操作所允许的最短时间间隔
D．存储器进行连续写操作所允许的最短时间间隔
48.某微型计算机系统，其操作系统保存在软磁盘上，其内存储器应该采用（）
A．RAM B．ROM
C．RAM和ROM D．CCD
49.下列说法不正确的是（）
A．随机存储器可随时时，访问时间与单元的物理位置无关
B．在访问随机存储器时，访问时间与单元的物理地址无关
C．内存储器中，随机存储器内可存放基本输入输出系统（BIOS）D．随机存储器和只读存储器可以统一编址
50.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．编译器完成的
51.与活动头磁盘存储器相比，固定头磁盘存储器的特点是（）
A．不需要找道，速度快，所用磁头多B．需要找道，速度慢，所用磁头少
C．不需要找道，速度慢，所用磁头少D．需要找道，速度快，所用磁头多
52.磁盘存储器的等待时间通常是指（）
A．磁盘旋转一周所需的时间B．磁盘旋转半周所需的时间
C．磁盘旋转1/3周所需的时间D．磁盘旋转2/3周所需的时间
53.某存储芯片为2K×8 bit，在按字节编址首地址为2800H，那么它的末地址是（）
A．28FFH B．2FFFH
C．3201H D．432FH
54.采用八体并行交叉存储器，设每个体的存储容量为32K×16位，存取周期为400ns，在以下说法中正
确的是（）
A．在400ns内，存储器可向CPU提供27位二进制信息
B．在50ns内，存储器可向CPU提供27位二进制信息
C．在400ns内，存储器可向CPU提供28位二进制信息
D．在50ns内，存储器可向CPU提供28位二进制信息
55.在磁盘和磁带两种磁表面存储器中，存取时间与存储单元的物理位置有关，按存储方式分（）
A．二者都是顺序存取
B．磁盘是随半机顺序存取，磁带是顺序存取
C．磁带是随机半顺序存取，磁盘是顺序存取
D．二者都是半顺序存取
56.存储字是指（）
A．存放在一个存储单元中的二进制代码组合
B．存放在一个存储单元中的二进制代码个数
C．存储单元的集合
D．存储单元的个数
57.在多级存储体系中，“Cache主存”结构解决的问题是（）
A．主存容量不足B．主存与辅存速度不匹配
C．辅存与CPU速度不匹配D．主存与CPU速度不匹配
58.下列叙述不正确的是（）
A．随机存储器可随时存取信息，掉电后信息丢失
B．在访问随机存储器时，访问时间与单元的物理位置无关
C．内存储器中，随机存储器内可存放基本输入输出系统（BIOS）D．随机存储器和只读存储器可以统一编址
59.相联存储器是按进行寻址的存储器。
A．地址指定方式B．内容指定方式
C．堆栈存取方式D．主存存取方式
60.某一RAM芯片，其容量为512×8位，除电源线和接地端外，该芯片芯片引出线的最小数目应为
（）
A．32 B．25
C．27 C．19
61.某计算机的字长是16位，它的存储容量是64KB，若按字编址，
那么它的寻址范围是（）
A．0—64K B．0—32K
C．0—16K D．0—16KB
62.存储单元是指（）
A．存放一个二进制信息位的存储元
B．存放一个机器字的所有存储元集合
C．存放一个字节的所有存储元集合
D．存放两个字节的所有存储集合
63.磁盘缓冲区位于（）
A．主存B．磁盘
C．cache D．按用户要求而定
64.若主存每个存储单元16 bit，则下述正确的是（）
A．地址线也是16位B．地址线与16无关
C．地址线与16有关D．地址线不得少于16位65.存储字长是指（）
A．存放在一个存储单元中的二进制代码组合
B．存放在一个存储单元中的二进制代码个数
C．存储单元的集合
D．存储单元的集合
66.下述说法中正确的是（）
A．EPROM是可改写的，因而也是随机存储器的一种
B．EPROM是可改写的，但它不能作为随机存储器用
C．EPROM只能改写一次，故不能作为随机存储器用
D．EPROM是不可改写的
67.在虚拟存储器中，当程序正在执行时，完成地址转换的是（）
A．程序员B．编译器
C．操作系统D．装入程序
68.和动态MOS存储器比较，双极型半导体存储器的性能是（）
A．集成度低，存取周期块，位平均功耗大
B．集成度低，存取周期慢，位平均功耗小
C．集成度高，存取周期块，位平均功耗大
D．集成度高，存取周期慢，位平均功耗小
69.磁盘上每个对应一磁头。
A．记录面B．柱面
C．磁道D．扇区
70.设计算机字长16位，主存以字编址，则（）
A．地址线有16条B．地址线有32K条
C．数据线有16条D．数据线有32K条
71.磁表面存储器（）
A．属于非永久性存储器B．需要不断刷新和再生
C．断电后不能保持信息D．需要通过磁头来读写信息72.用户程序所放的主存空间属于存储器。
A．随机存取B．顺序存取
C．只读D．直接存取
73.可用作主存的存储器是（）
A．半导体B．Cache
C．顺序存取D．直接存取
74.某存储器16K×32 bit，则它的地址线为条，数据线为条。
A．14,32 B．16,32
C．32,48 D．48,128
75.在外存储器中，信息保存时间最长的是（）。
A．磁带B．硬磁盘
C．光盘D．软磁盘
二、填空题
1.按存取方式分类，可将内存储器分为和，微机中基本输入输出（BIOS）存
于前者；可将外存储器分为（SAM）和直接存储器。常见的磁盘存储器，光盘存储器都属于。
2.CPU访问内存时，首先是把地址通过地址总线送到存储器的，由将地
址转换为地址线上的控制信号。
3.双译码方式将整个译码功能分为X向和Y向两个译码器。两个方向的字线交叉选择一个存储单元。如
地址位数=10且平均分配时，将有根译码线。
4.虚拟存储器必须建立在结构上。
5.动态MOS型半导体记忆单元是靠上是否存储来表示“1”和“0”的。
6.为了兼顾速度、容量和价格的要求，计算机存储体系一般由、主存和组成三
级存储系统。
7.虚拟存储器的地址格式有地址格式即段式（或称页式）地址与地址格式即段页
式地址两种。
8.MOS型半导体随机存储器可分为和两种，后者在使用过程中每2ms内要刷新
一次。
9.某16位字长的微型机，若存储容量为512KB（按字节编址，即每个字节有一个地址），则主存的地址
寄存器MAR至少应有位，CPU中数据缓冲寄存器应是位。
10.CPU访问主存某个单元时，先将该单元的地址送到，再由转换成控制信号。
11.存储地址的译码有两种方式：一是译码方式，二是译码方式。对20位地址
码，前者需要条地址线；后者需要条地址线。
12.利用RAM芯片的位并联可实现主存的扩展，利用RAM芯片的串联可实现主存的
扩展。
13.虚拟存储器通常由和两级存储器系统组成。在使用中，必须把虚拟存储
器中地址变换到主存中，变为地址，这个过程叫。
14.如有一台计算机的存储器为256K，若首地址为00000H，那么末地址的16进制表示是H。
15.与软盘相比，光盘的容量，存取数据的速度，性能价格比。
16.在主存、磁盘、光盘、Cache中存取时间速度最慢的是，容量最小的是。
17.要组成容量为4K×8位的存储器，需要片4K×1位的静态RAM 芯片并联，或者需要片
1K×8的静态RAM芯片串联。
18.典型的静态MOS型半导体记忆单元是由6个MOS型场效应管构成的结构，保证记忆单
元始终处于稳态状态，因此它不需要信息的。
19.性能价格比是衡量存储器的综合性指标，一般用来表示。
20.存储器的特点是其内存内容由生产厂家一次制成的，用户不能对其内容进行修改。
三、计算题
1.某磁带长2400英尺，记录密度6250bpi。若表面并行可记录7道，求此磁带总共记录信息量是多少
bit。
2.假设Cache—主存体系中，Cache的存取周期为5ns，主存的存取周期为40ns，计算下列问题：
（1）若CPU访问Cache的命中率90％，Cache—主存体系的平均存取周期为多少？
（2）若要Cache—主存体系的平均存取周期达到10ns，问CPU 访问Cache的命中率至少有多少？
3.某硬盘参数为：16个磁头，904个柱面，每柱面46个扇区，每扇区可记录512B，求它们的容量。
4.某存储芯片容量为8KB。若CPU为8位机，地址线16条。问：
（1）C PU的直接寻址空间是多少？
（2）若对存储器以字节编址，使用多少片给定的存储芯片可满足CPU寻址空间的要求。
5.若一软盘有2个盘面，每面80个磁道，每道15个扇区，每扇区的记录长度为512字节，问该软件的
存储容量为多少字节？
6.设某种硬件的规格为6个记录面，C个柱面，S个扇区，每个扇区512字节，请计算硬盘的容量（要
求写出算式）。
四、问答题
1.什么是存储器？什么是存储系统？
2.存储器的作用是什么？
3.存储器有哪些性能指标？它们的含义是什么？
4.存储器的分类方法有哪几种？
5.简述存储器读写操作的工作原理。
6.简述存储器的组合方法。
7.与磁心存储器相比，半导体存储器有何优缺点？
8.PROM与ROM有何区别？
9.主存储器，由哪几部分组成，各部分功能是什么？
10.什么是记忆元件、存储单元、存储体和存储阵列？
11.地址译码有哪两种方式？
12.什么是外存储器？
13.EPROM有何特点？什么是EEPROM？
14.软盘、硬盘、光盘有什么区别？
15.什么是磁盘驱动器？什么是硬盘片？
16.软盘和硬盘盘片如何记录信息？
17.什么是记录区？什么是信息间隔？
18.简述磁表面存储器的工作原理？
19.什么是软盘？什么是软盘驱动器？
20.什么是扇区？什么是格式化操作？
21.光盘的工作原理是什么？
22.光盘存储器有哪几种？
23.什么是存储体系？
24.什么是二级存储体系？主存和辅存在二级存储体系中的作用各是什么？
25.为什么要在二级存储体系的基础上建立多级存储体系？
26.在费用一定的情况下如何提高存储体系的容量和工作效率？
27.简述多级存储体系的构成及理想性能。
28.简述虚拟存储的工作原理。
29.虚拟存储器是怎样工作的？
30.虚拟存储器与一般的主存——辅存系统的本质区别是什么？
31.简述Cache的主要特点。
32.简述Cache的原理和作用。
33.请写出虚拟存储器中常用的三种地址映像。
一、单项选择题
1～10 DBBAD CAAAD
11～20 BDAAA CBCCB
21～30 CCABD CACCC
31～40 ABDCC DABCB
41～50 AABBC CCCCC
51～60 ABBAB ADCBD
61～70 BBABB BCAAC
71～75 DAAAC
二、填空题
1.ROM RAM 顺序存储器直接存储器
2.地址寄存器地址译码器
3.磁芯半导体
4.主存—辅存
5.全相联映像直接映像
6.Cache 辅存
7.二维三维
8.静态RAM 动态RAM
9.19 16
10.地址寄存器地址译码器
11.单双1M 2M
12.字长容量
13.主存辅存逻辑物理地址映射
14.3FFFFH
15.大块高
16.光盘Cache
17.38.8 4
18.触发器刷新（或恢复）
19.每字节成本C=价格C/容量S
20.掩膜ROM
1.某磁带长2400英尺，记录密度6250 bpi。若表面并行可记录7道，求此磁带总共记录信息量是多少
bit。
解：
因为，bpi（bit per inch—每英寸二进制位数）。1英尺（foot）＝12英寸（inch）
所以，记录信息量为：6250×（2400×12）×7=1.26×109 bit
2.假设Cache—主存体系中，Cache的存取周期为5ns，主存的存取周期为40ns，计算下列问题：
（1）若CPU访问Cache的命中率90％，Cache—主存体系的平均存取周期为多少？
（2）若要Cache—主存体系的平均存取周期达到10ns，问CPU 访问Cache的命中率至少有多少？
解：
（1）若CPU访问Cache的命中率90％，Cache—主存体系的平均存取周期为多少？
平均存取周期T A=HT A1＋（1﹣H）TA2
其中：
H：命中率
T A1：CPU与Cache的存取速度（存取周期）
TA2：CPU与主存的存取速度（存取周期）
平均存取周期=5ns×90％＋（1﹣90％）×40ns=8.5ns
（2）若要Cache—主存体系的平均存取周期达到10ns，问CPU 访问Cache的命中率至少有多少？
根据：10ns=5ns×H＋40ns×（1﹣H）
推导：H=30/35=85％
3.某硬盘参数为：16个磁头，904个柱面，每柱面46个扇区，每扇区可记录512B，求它们的容量。
解：
磁盘容量=16×904×46×512=340656128B=340656128/1024=332672KB
4.某存储芯片容量为8KB。若CPU为8位机，地址线16条。问：
（1）C PU的直接寻址空间是多少？
（2）若对存储器以字节编址，使用多少片给定的存储芯片可满足CPU寻址空间的要求。
解：
（1）CPU的直接寻址空间是多少？
因为，地址线16根，所以216=65526=64K
（2）已知地址线16条，可以访问64k个目标，存储芯片一片8KB，所以，64K/8KB=8片
5.若一软盘有2个盘面，每面80个磁道，每道15个扇区，每扇区的记录长度为512字节，问该软件的
存储容量为多少字节？
解：
存储容量=2×80×15×512B=1.2M
6.设某种硬件的规格为6个记录面，C个柱面，S个扇区，每个扇区512字节，请计算硬盘的容量（要
求写出算式）。
解：
硬盘容量=6×C×S×512KB=3000CS/1024=3CSKB
四、问答题
1.什么是存储器？什么是存储系统？
答：
什么是存储器？
它是计算机中必不可少的用于存放程序和数据的设备。一般根据存储器在计算机中的不同作用将存储器分为主存（内存）和辅存（外存）等。
什么是存储系统？
存储器是计算机中专门用来存储程序和数据的设备，一般将存储器硬件设备和管理存储器的软硬件一起合称为存储系统。
2.存储器的作用是什么？
答：
存储器作为计算机的记忆核心主要有如下几个方面的作用：
（1）存储器是计算机中信息存储的核心。存储器中存放的信息可以随时提供给计算机其它部件。
其它部件只能通过存储器进行信息的交换。
（2）内存是CPU与外界进行数据交换的窗口，CPU所执行的程序和所涉及到的数据都由内存直接提供；运算的结果一般也要送回内存。
（3）内存可以与CPU有机结合、达到高速、准确运算的目的；正常情况下，计算机处理的数据不可能经CPU一次处理完毕，内存是唯一能够有效地存放这些非一次性处理信息的场所，
而计算机中的其它任何部件不可能承担这一任务。
（4）外存可以在计算机间断运行期间保存必须的程序和数据。内存上的信息将随计算机的断电而消失，外存上的信息可以在计算机断电之后继续存在，为程序和数据的保存提供了一种
可靠的方法
（5）外存也是充当计算机间信息交流的一种有效的手段；像磁盘、磁带等介质在不同的计算机之间进行传递，提高程序和数据的共享程
度。
3.存储器有哪些性能指标？它们的含义是什么？
答：
存储器的主要性能指标有以下几种？
（1）存储容量
存储容量就是存储器可以容纳的二进制信息的数量。
衡量存储器的常用单位为字节（Byte）、千字节（KB）、兆字节（MB）、和吉字节（GB）。
存储器的最大容量可以由存储器地址码的位数确定，若地址码位数为N，即可以产生2N个不同的地址码，存储器的最大容量为2N字节。一般来说，存储器容量越大，允许存
放的程序和数据越多，越利于提高计算机的处理能力。
（2）存取时间
信息存入存储器的操作称为写操作，信息从存储器取出的操作称为读操作。存取时间
是描述存储器读/写速度的重要参数，为了提高内存的工作速度使之与CPU的速度匹配，总
是希望存取时间越短越好。一般用读/写时间、读/写周期和存取速度等指标来衡量存取时间。
（3）可靠性
存储器的可靠性是指在规定时间内存储器无故障工作的情况，一般用平均无故障时间衡量。平均无故障时间（MTBF）越长，表示存储器的可靠性越好。
（4）性能/价格比
性能/价格比是衡量存储器的综合性指标。通常要根据对存储器提出的不同用途、不同环境要求进行对比选择。一般用每字节成本c（单位：元/字节）=价格C/容量S来表示。
4.存储器的分类方法有哪几种？
答：
根据存储器的存储介质及使用方法不同，有不同存储器的分类方
法。常用的存储器分类方法如下：（1）按存储介质分类
用来制作存储信息的物质称为存储介质。根据目前常用的存储介质可以把存储器分为半导体存储器、磁存储器和光存储器三种。
（2）按存储方式分类
按照存储器的不同工作方式可以将存储器分为随机存取存储器（Random Access Memory）、只读存储器（Read Only Memory）、顺序存取存储器（Sequential Access Memory）和直接存取存储器（Direct Ae—mory）。
（3）按信息的可保存性分类
根据存储器中信息的可保护性可以将存储器分为非易失性存储器和易失性存储器。
（4）按所处位置及功能分类
按存储器所处的位置及功能可以将它们分为CPU紧密相联的主存（内存）和辅存（外存）两类。
5.简述存储器读写操作的工作原理。
答：
在CPU向存储体发出读操作命令时，主存储器顺序完成以下操作：（1）由CPU控制将相应存储单元的地址码送至地址寄存器中；
（2）地址译码器将地址寄存器中的地址编码译成相应地址线（字线）电信号，标志指定的存储单元；
（3）在CPU的统一控制下，由控制电路将读命令转换成读写电路的操作，将指定存储单元的内容传送到数据寄存器中；
（4）在CPU的控制下，将数据寄存器中的数据传递到指定的其它计算机部件中，完成存储器的读操作
存储器写的操作与读的操作相类似。顺序完成以下操作：
（1）在CPU的控制下，将要写入存储器的数据传送到数据寄存器中；
（2）由CPU控制将相应存储单元的地址码送至地址寄存器中；
（3）地址译码器将地址寄存器中的地址编码译成相应地址线（字线）电信号，标志指定的存储单元；
（4）在CPU的统一控制下，由控制电路将写命令转换成读写电路的操作，将数据寄存器中的内容传送到指定存储单元中，完成存储器的写操作。
6.简述存储器的组合方法。
答：
存储器的组合采用位并联、地址串联及地址复用等方法。
（1）R AM的并联
为扩展存储器的字长，可以采用并联存储芯片的方式实现。
（2）R AM的串联
为扩展存储器的存储单元数量，可以采用多个芯片地址串联的方式解决。
所谓RAM串联组织是用高位地址（或低位地址）译码输出控制每个芯片的片选端来指定可以工作芯片，实现芯片间地址的串行连接，从而达到扩展存储容量的目的。
（3）地址复用的RAM组织
随着大规模集成电路技术的发展，使得一块存储器芯片能够容纳更多的内容。其所需地址线随之增加，为了保持芯片的外部封装不变，一般采用地址复用技术，将地址分批送
入到芯片内部，不增加芯片的地址引脚。
7.与磁心存储器相比，半导体存储器有何优缺点？
与磁芯存储器相比，半导体存储器有体积小、存取速度快、生成制造易于自动化等特点，其性能价格比远远高于磁芯存储器，因而得到广泛应用。然而，半导体存储器也有明显的缺点，即大部分半导体存储器需要靠持续供电维持信息的保存，它所存储的信息会因断电而消失。
8.PROM与ROM有何区别？
在实际使用过程中，用户希望根据自己的需要填写ROM的内容，因此产生了可编程ROM。PROM 与一般的ROM的主要区别是，PROM在出厂时其内容均为“0“或”1“，用户在使用前安装自己的需要将程序和数据利用工具用光或电的方法将编码写入PROM中，一
计算机系统的存储器体系结构 【摘要】：存储器是信息存放的载体，是计算机系统的重要组成部分。有了存储器计算机才有记忆的功能，才能把要计算和处理的数据以及程序存入计算机，使计算机能够脱离人的直接干预，自动工作。显然，存储器的容量越大，存放的信息就越多，计算机体系的功能也就越强。在计算机中，大量的操作是CPU与存储器交换信息。但是，存储器的工作速度相对于CPU总是要低1至2个数量级。因此，存储器的工作速度又是影响计算机系统数据处理速度的主要因素。为了使容量，速度与成本适当折衷，现代计算机系统都是采用多级存储体系结构：主存储器（内存储器），辅助）（外）存储器以及网络存储器。 【关键词】：内存（memory）,MPU(寄存器Register)，外存设备，RAM，ROM,Cache 存储器。 随着计算机和微电子技术的发展，存储器无论是其器件还是体系结构都发生了很大的变化。存储器是计算机的主要部件之一，其容量，速度，价格是存储器设计时所要考虑的三个要素现在有的速度快，但容量小；有的容量大，但速度慢。一般而言，速度快的存储器容量小，位价格高。存储器一般分为内存（memory）,MPU(寄存器Register),外存设备。 寄存器（Register）存在于CPU中，直接服务于运算器和控制器，是CPU工作的直接对象，是工作最繁忙的存储器。寄存器的数据存储也是以字节为单位，但根据CPU的字长及工作需要，也可以操作某个位或多个字节。寄存器和运算器，控制器等集成在一起，通过CPU内部总线连接在一起，它们同步工作，寄存器是工作速度最快的存储器。 内存Memory和CPU之间通过系统总线直接连接在一起，由CPU直接控制内存的读写操作。内存的基本存储方式是存储单元(Memory Unit)一个字节Byte长度，8个二进制位Bit。一个计算机系统的所有内存构成一个完整的连续的存储空间，物理地址从0开始连续编址。CPU在访问内存空间中的存储单元时可以随机访问，只需指定其物理地址即可。CPU在读写内存时总是以1/2/4个字节为单位进行，在此基础上可通过寄存器获取其中某个二进制位的数据/状态。单个字节Byte的数据由8位数据构成，D7~D0（最高位~最低位）。两个字节数据合在一起称为字Word,由D15~D0（最高位~最低位）共16位数据构成。四个字节数据合在一起称为双字DWord，由D31~D0（最高位~最低位）共32位数据构成。从低字节到最高字节依次存放在模4地址开始的四个存储单元中，用低字节的地址访问整个双字的所有4字节数据。，存储器有可靠性（MTBF），工作电压和功率消耗低。 内存的分类：RAM ———Random Access Memory随机访问存储器———计算机的主要场所。主要特点：可读写，临时性，易失性，容量大，低电压，速度快，低功耗。主要类型：SRAM(静态)和DRAM（动态）。SRAM：速度快，容量限制，构成复杂，功耗大，成本高——用作Cache。DRAM：速度慢，容量大，构成复杂，功耗大，成本低——用作主存。 ROM———Read Only Memory只读存储器——计算机不可缺少的辅助内存。只读，永久性，非易失性，容量小，速度慢，功耗大，使用不便。主要类型：掩模式ROM,PROM,EPROM,E2PROM,Flash ROM——数据的擦除和写入方式不同。 外存和外设：外存通过外存接口连接到系统总线，在CPU的控制下完成数据的读写操作。不同的外存工作原理不同，具体的数据读写过程和方式也不相同，但外存属于块存储器，一般采用特定方式通过总线与内存交换数据。各种外设【I/O设备】也可以看作是特定的外存。反之，各种外设也属于I/O设备。内存是动态存储器，不能永久大量数据，必须通过外存实现更大容量数据的永久性保存。 Cache存储器：多级Cache技术——L1Cache，L2Cache,L3Cache。衡量Cache工作效率的主要指标---命中率---控制策略，数据查找模式等。为了提高Cache的效率，当前在L1Cache
一填空题 六、输入输出系统（28空） 1、连接特性I/O系统容量 2、响应时间吞量 3、寻道时间旋转时间 4、传输时间控制器开销 5、从盘面到缓冲存储器从缓冲存储器到主机 6、面密度 7、提高转速提高记录密度 8、可用性可信性 9、可用性可信性可靠性 10、容量大可靠性高 11、RAID1 RAID2 12、同步异步 13、通用串行总线 14、必须独占使用 15、周边元件扩展接口廉价磁盘冗余阵列 六、输入输出系统（10个） 6.1 引言 6.2 外部存储设备 6.3 可靠性、可用性和可信性 1、系统可靠性：系统可靠性是指系统从初始状态开始一直提供服务的能力,可靠性通常用平均无故障时间(MTTF)来衡量。 2、系统可用性：系统可用性是指系统正常工作时间在连续两次正常服务间隔时间中所占的比率。 3、系统可信性：系统的可信性是指服务的质量，即在多大程度上可以合理的认为服务是可靠的。可信性是不可以度量的。 4、故障容忍技术：通过冗余措施，虽然可能出现故障，但是可以通过冗余信息保证服务仍然能够正常进行。 6.4 廉价磁盘冗余陈列RAID 5、RAID：即廉价磁盘冗余陈列，通过在磁盘阵列中增加冗余信息来容错，提高磁盘阵列的可靠性。当单个磁盘失效时，丢失的信息可以通过冗余盘中的信息重新构建。 6、RAID1：亦称镜像盘，使用双备份磁盘。每当数据写入一个磁盘时，将该数据也写到另一个冗余盘，这样形成信息的两份复制品。如果一个磁盘失效，系统可以到镜像盘中获得所需要的信息。镜像是最昂贵的解决方法。特点是系统可靠性很高，但效率很低。 6.5 I/O设备与CPU和存储器的连接 7、PCI：Peripheral Component Interconnect，即外围器件互连，是一种为CPU和外设之间提供高性能数据通道的总线。 8、I/O层次结构：即I/O系统的四级层次结构，在一台大型计算机系统中可以有多个通道，一个通道可以连接多个设备控制器，而一个设备控制器又可以管理一台或多台外围设备。
１．如何区别存储器和寄存器？两者是一回事的说法对吗？ 解：存储器和寄存器不是一回事。存储器在CPU 的外边，专门用来存放程序和数据，访问存储器的速度较慢。寄存器属于CPU 的一部分，访问寄存器的速度很快。 ２．存储器的主要功能是什么？为什么要把存储系统分成若干个不同层次？主要有 哪些层次？ 解：存储器的主要功能是用来保存程序和数据。存储系统是由几个容量、速度和价存储系统和结构各不相同的存储器用硬件、软件、硬件与软件相结合的方法连接起来的系统。把存储系统分成若干个不同层次的目的是为了解决存储容量、存取速度和价格之间的矛盾。由高速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器构成的三级存储系统可以分为两个层次，其中高速缓存和主存间称为Cache －主存存储层次（Cache 存储系统）；主存和辅存间称为主存—辅存存储层次（虚拟存储系统）。 ３．什么是半导体存储器？它有什么特点？ 解：采用半导体器件制造的存储器，主要有MOS 型存储器和双极型存储器两大类。半导体存储器具有容量大、速度快、体积小、可靠性高等特点。半导体随机存储器存储的信息会因为断电而丢失。 ４．SRAM 记忆单元电路的工作原理是什么？它和DRAM 记忆单元电路相比有何异 同点？ 解：SRAM 记忆单元由６个MOS 管组成，利用双稳态触发器来存储信息，可以对其进行读或写，只要电源不断电，信息将可保留。DRAM 记忆单元可以由４个和单个MOS管组成，利用栅极电容存储信息，需要定时刷新。 ５．动态RAM 为什么要刷新？一般有几种刷新方式？各有什么优缺点？ 解：DRAM 记忆单元是通过栅极电容上存储的电荷来暂存信息的，由于电容上的电荷会随着时间的推移被逐渐泄放掉，因此每隔一定的时间必须向栅极电容补充一次电荷，这个过程就叫做刷新。常见的刷新方式有集中式、分散式和异步式３种。集中方式的特点是读写操作时不受刷新工作的影响，系统的存取速度比较高；但有死区，而且存储容量越大，死区就越长。分散方式的特点是没有死区；但它加长了系统的存取周期，降低了整机的速度，且刷新过于频繁，没有充分利用所允许的最大刷新间隔。异步方式虽然也有死区，但比集中方式的死区小得多，而且减少了刷新次数，是比较实用的一种刷新方式。 ６．一般存储芯片都设有片选端CS ，它有什么用途？ 解：片选线CS用来决定该芯片是否被选中。CS ＝０，芯片被选中；CS ＝１，芯片不选中。 ７．DRAM 芯片和SRAM 芯片通常有何不同？ 解：主要区别有： ①DRAM 记忆单元是利用栅极电容存储信息；SRAM 记忆单元利用双稳态触发器来存储信息。 ②DRAM 集成度高，功耗小，但存取速度慢，一般用来组成大容量主存系统；SRAM的存取速度快，但集成度低，功耗也较大，所以一般用来组成高速缓冲存储器和小容量主存系统。 ③SRAM 芯片需要有片选端CS ，DRAM 芯片可以不设CS ，而用行选通信号RAS 、列选通CAS兼作片选信号。 ④SRAM 芯片的地址线直接与容量相关，而DRAM 芯片常采用了地址复用技术，以减少地址线的数量。 ８．有哪几种只读存储器？它们各自有何特点？ 解：MROM ：可靠性高，集成度高，形成批量之后价格便宜，但用户对制造厂的依赖性过
第6章存储器 1.下列ROM芯片各需要多少个地址输入端？多少个数据输出端？ （1）16×4位（2）32×8位 （3）256×4位（4）512×8位 答：这几个ROM芯片容量表达式的含义是：乘号前的数字为输入的地址信号经片内译码后可寻址的单元数，乘号后的数字为每单元的位数。因此有： （1）16×4位：需要4个地址输入端（24＝16），4个数据输出端 （2）32×8位：需要5个地址输入端（25＝32），8个数据输出端 （3）256×4位：需要8个地址输入端（28＝256），4个数据输出端 （4）512×8位：需要9个地址输入端（29＝512），8个数据输出端 2.某微机系统中内存的首地址为3000H，末地址为63FFH，求其内存容量。 答：存储区总的单元数为：63FFH－3000H＋1＝3400H，故总容量13KB。 计算方法：若直接用十六进制表示，则总容量＝（3*163+4*162）/1024； 若将地址表示成二进制，则总容量＝213B＋212B＋210B； 3．地址总线宽度为16位的CPU中用2片6116（2048×8）组成4KB的RAM。用CPU的地址 线A 13和A 14 分别作2片6116的片选控制（线选法），各片6116的地址范围为多少？ 解：6116芯片上有11根地址线（字选线为A 10 ～A ），且6116片选为低电平有效。根 据题意，系统中有4根地址线未使用（可为任意值X），所以每片6116都占有16组地址范围，每组为2K个地址。 ①设用A 13选择第一片6116，则A 13 ＝0。 地址信号A 15 A 14 A 13 A 12 A 11 A 10 A 9 A 8 A 7 A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 第一片 首地址 X X 0 X X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 第一片 末地址 X X 0 X X 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0000H~07FFH（A 15＝A 14 ＝A 12 ＝A 11 ＝0）;0800H~0FFFH（A 15 ＝A 14 ＝A 12 ＝0，A 11 ＝1）; 1000H~17FFH（A 15＝A 14 ＝A 11 ＝0，A 12 ＝1）;1800H~1FFFH（A 15 ＝A 14 ＝0，A 12 ＝A 11 ＝1）; 4000H~47FFH（A 15＝A 12 ＝A 11 ＝0，A 14 ＝1）;4800H~4FFFH（A 15 ＝A 12 ＝0，A 14 ＝A 11 ＝1）; 5000H~57FFH（A 15＝A 11 ＝0，A 14 ＝A 12 ＝1）;5800H~5FFFH（A 15 ＝0，A 14 ＝A 12 ＝A 11 ＝1）; 8000H~87FFH（A 15＝1，A 14 ＝A 12 ＝A 11 ＝0）;8800H~8FFFH（A 15 ＝A 11 ＝1，A 14 ＝A 12 ＝0）; 9000H~97FFH（A 15＝A 12 ＝1，A 14 ＝A 11 ＝0）;9800H~9FFFH（A 15 ＝A 12 ＝A 11 ＝1，A 14 ＝0）; 0C000H~0C7FFH（A 15＝A 14 ＝1，A 12 ＝A 11 ＝0）;0C800H~0CFFFH（A 15 ＝A 14 ＝A 11 ＝1，A 12 ＝0）; 0D000H~0D7FFH（A 15＝A 14 ＝A 12 ＝1，A 11 ＝0）;0D800H~0DFFFH（A 15 ＝A 14 ＝A 12 ＝A 11 ＝1）; ②设用A 14选择第二片6116，则A 14 ＝0。 地址信号A 15 A 14 A 13 A 12 A 11 A 10 A 9 A 8 A 7 A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 第二片 首地址 X 0 X X X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 第二片 末地址 X 0 X X X 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
第六章 １．控制器有哪几种控制方式？各有何特点？ 解：控制器的控制方式可以分为３种：同步控制方式、异步控制方式和联合控制方式。 同步控制方式的各项操作都由统一的时序信号控制，在每个机器周期中产生统一数目的节拍电位和工作脉冲。这种控制方式设计简单，容易实现；但是对于许多简单指令来说会有较多的空闲时间，造成较大数量的时间浪费，从而影响了指令的执行速度。异步控制方式的各项操作不采用统一的时序信号控制，而根据指令或部件的具体情况决定，需要多少时间，就占用多少时间。异步控制方式没有时间上的浪费，因而提高了机器的效率，但是控制比较复杂。联合控制方式是同步控制和异步控制相结合的方式。 ２．什么是三级时序系统？ 解：三级时序系统是指机器周期、节拍和工作脉冲。计算机中每个指令周期划分为若干个机器周期，每个机器周期划分为若干个节拍，每个节拍中设置一个或几个工作脉冲。 ３．控制器有哪些基本功能？它可分为哪几类？分类的依据是什么？ 解：控制器的基本功能有： （１）从主存中取出一条指令，并指出下一条指令在主存中的位置。（２）对指令进行译码或测试，产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。
（３）指挥并控制CPU 、主存和输入输出设备之间的数据流动。控制器可分为组合逻辑型、存储逻辑型、组合逻辑与存储逻辑结合型３类，分类的依据在于控制器的核心———微操作信号发生器（控制单元CU）的实现方法不同。 ４．中央处理器有哪些功能？它由哪些基本部件所组成？ 解：从程序运行的角度来看，CPU 的基本功能就是对指令流和数据流在时间与空间上实施正确的控制。对于冯·诺依曼结构的计算机而言，数据流是根据指令流的操作而形成的，也就是说数据流是由指令流来驱动的。中央处理器由运算器和控制器组成。 ５．中央处理器中有哪几个主要寄存器？试说明它们的结构和功能。 解：CPU 中的寄存器是用来暂时保存运算和控制过程中的中间结果、最终结果及控制、状态信息的，它可分为通用寄存器和专用寄存器两大类。通用寄存器可用来存放原始数据和运算结果，有的还可以作为变址寄存器、计数器、地址指针等。专用寄存器是专门用来完成某一种特殊功能的寄存器，如程序计数器PC 、 指令寄存器IR 、存储器地址寄存器MAR 、存储器数据寄存器MDR 、状态标志寄存器PSWR 等。 ６．某机CPU 芯片的主振频率为８MHz ，其时钟周期是多少μs ？若已知每个机器周期平均包含４个时钟周期，该机的平均指令执行速度为０．８MIPS ，试问： （１）平均指令周期是多少μs ？
第五、六章存储器管理练习题 (一)单项选择题 1．存储管理的目的是( ) A、方便用户 B．提高主存空间利用率 C．方便用户和提高主存利用率 D．增加主存实际容量 2．动态重定位是在作业的( )中进行的。 A．编译过程 B．装入过程 C．修改过程 D．执行过程 3．提高主存利用率主要是通过( )实现的。 A．内存分配 B．内存保护 c．地址转换 D．内存扩充 4．可变分区管理方式按作业需求量分配主存分区，所以( )。 A.分区的长度是固定 B．分区的个数是确定的 C．分区长度和个数都是确定的 D．分区的长度不是预先固定的，分区的个数是不确定的5．( )存储管理不适合多道程序系统。 A．一个分区 B．固定分区 C.可变分区 D．段页式 6．可变分区管理方式下( )分配作业的主存空间。 A．根据一张主存分配表 B．根据一张已分配区表和一张空闲区表 C．根据一张“位示图”构成的主存分配表 D．由系统自由 7．可变分区常用的主存分配算法中不包括( )。 A．最先适应分配算法 B．顺序分配算法 C．最优适应分配算法 D．最坏适应分配算法 8．在可变分区方式管理下收回主存空间时，若已判定“空闲区表第j栏始址＝归还的分区始址+长度”，则表示( )。 A．归还区有下邻空闲区 B．归还区有上邻空闲区 C．归还区有上、下邻空闲区 D．归还区无相邻空闲区 9．当可变分区方式管理内存空间去配时，要检查有无相邻的空闲区，若归还区始地址为S，长度为Ｌ，符合( )表示归还区有上邻空闲区。 A．第j栏始址＝Ｓ+Ｌ B．第j栏始址+长度＝Ｓ C．第j栏始址+长度＝Ｓ且第k栏始址＝S+L D．不满足A、B、Ｃ任一条件 10．碎片现象的存在使( )。 A．主存空间利用率降低 B．主存空间利用率提高 C．主存空间利用率得以改善 D．主存空间利用率不受影响 11．最佳适应分配算法把空闲区( )。 A．按地址顺序从小到大登记在空闲区表中 B．按地址顺序从大到小登记在空闲区表个C．按长度以递增顺序登记在空闲区表中 D.按长度以递减顺序登记在空闲区表中 12．分页存储管理时，每读写一个数据，要访问( )主存。 A．1次 B．2次 C．3次 D．4次 13．段式存储管理中分段是由用户决定的，因此( )。 Ａ．段内的地址和段间的地址都是连续的 B．段内的地址是连续的，而段间的地址是不连续的 C．段内的地址是不连续的，而段间的地址是连续的 D．段内的地址和段间的地址都是不连续的 14．可变分区存储管理的( )总是按作业要求挑选一个最大的空闲区。 A．顺序分配算法 B．最先适应分配算法 C．最优适应分配算法 D．最坏适应分配算
第六章存储器系统 本章主要讨论内存储器系统，在介绍三类典型的半导体存储器芯片的结构原理与工作特性的基础上，着重讲述半导体存储器芯片与微处理器的接口技术。 6.1 重点与难点 本章的学习重点是8088的存储器组织；存储芯片的片选方法（全译码、部分译码、线选）；存储器的扩展方法（位扩展、字节容量扩展）。主要掌握的知识要点如下： 6.1.1 半导体存储器的基本知识 1.SRAM、DRAM、EPROM和ROM的区别 RAM的特点是存储器中信息能读能写，且对存储器中任一存储单元进行读写操作所需时间基本上是一样的，RAM中信息在关机后立即消失。根据是否采用刷新技术，又可分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）两种。SRAM是利用半导体触发器的两个稳定状态表示“1”和“0”；DRAM是利用MOS管的栅极对其衬间的分布电容来保存信息，以存储电荷的多少，即电容端电压的高低来表示“1”和“0”；ROM的特点是用户在使用时只能读出其中信息，不能修改和写入新的信息；EPROM可由用户自行写入程序和数据，写入后的内容可由紫外线照射擦除，然后再重新写入新的内容，EPROM可多次擦除，多次写入。一般工作条件下，EPROM 是只读的。 2.导体存储器芯片的主要性能指标 （1）存储容量：存储容量是指存储器可以容纳的二进制信息量，以存储单元的总位数表示，通常也用存储器的地址寄存器的编址数与存储字位数的乘积来表示。 （2）存储速度：有关存储器的存储速度主要有两个时间参数：TA：访问时间（Access Time），从启动一次存储器操作，到完成该操作所经历的时间。TMC：存储周期（Memory Cycle），启动两次独立的存储器操作之间所需的最小时间间隔。 （3）存储器的可靠性：用MTBF—平均故障间隔时间（Mean Time Between Failures）来衡量。MTBF越长，可靠性越高。 （4）性能/价格比：是一个综合性指标，性能主要包括存储容量、存储速度和可靠性。 3.半导体存储器的基本结构 半导体存储器的基本结构如下图所示。
课程设计（报告）题目：计算机组成原理课程设计 机电系计算机科学与技术专业 学号： 学生姓名： 组号： 同组成员： 指导教师： 成绩： 2010 年 6 月25 日 实验一存储器实验 一、实验目的
1、掌握静态存储器RAM的工作特性和使用方法。 2、了解6116RAM的读写电路 二、实验电路及所用的芯片组成 实验路图见图1-1，6116的管脚分配和功能见图1-2 图1-1 存储器电路 图1-2（a）6116管脚分配图1-2（b）6116功能74LS273是一种带清除功能的8D触发器，1D～8D为数据输入端，1Q～8Q为数据输出端，正脉冲触发，低电平清除，常用作数据锁存器,地址锁存器。 三、实验原理 存储器实验电路由RAM(6116)，AR(74LS273 )等组成。SW7～SW0为逻辑开关量，以产生地址和数据。6116 A8～A10接地，故AR地址从00H～FFH, AR
输出A7～A0, 提供存储器地址，通过发光二极管或AR数码管可以显示地址。D7～D0 为总线，通过发光二极管可以显示数据。 当LDAR 为高电平、BUS SW →为低电平，T3 信号上升沿到来时，开关SW7～SW0 产生的地址信号送入地址寄存器AR。当CE 为低电平、WE 为高电平、BUS SW →为低电平，T3 上升沿到来时，开关SW7～SW0 产生的数据写入存储器由A7-A0确定的存储单元内。当CE为低电平、WE为低电平、BUS SW →为高电平，T3上升沿到来时，存储器为读出数据，D7～D0显示由A7-A0所确定的地址中 的数据。 实验中，除T3信号外，CE、WE、LDAR、BUS SW →为电位控制信号，因此通 过对应逻辑开关来模拟控制信号的电平，而LDAR、WE控制信号受时序信号T3定时。 四、实验步骤及数据 了一些与本次实验无关的信号。 2、实验步骤按表2进行。实验对表中的开关进行置1或置0，即对有关控制信号置l或置0,对应的二极管为亮或熄灭。表格中有↑处即是按一次P0键。 表一运算器实验步骤及显示结果表 注意：表中列出的总线显示D7～DO及地址显示A7～A0，显示情况是:在写入RAM地址时，由SW1开关量地址送至D7～D0，总线显示的是开关量，而A7～A0则显示上一个地址，在按P0后，地址才进入RAMAR寄存器，即在单次脉冲(T3)作用后，A7～A0 同D7～D0才显示一样
第6章存储器和存储体系 第6章存储器和存储体系 【考试透视】 本章主要考核主存储器基本工作原理，RAM的结构、组织及其应用，ROM的工作原理及其应用，外存储器工作原理，存储系统。了解存储器的概念、作用，存储器的性能指标，存储器的基本分类及层次概念，主存储结构、组成及其基本操作，存储阵列，地址译码系统；半导体RAM的工作原理，RAM的组织；ROM 的工作原理；外存的组成，外存介质，磁带、磁盘（软、硬盘）的存储原理和工作原理，光盘的存储原理；存储体系，多级存储，Cache技术，虚拟存储技术等。 【同步跟踪强化训练】 一、单项选择题 1.以下关于RAM的说法，错误的是（） A．RAM是一种半导体存储器B．RAM是随机存取存储器的简称C．静态RAM不需要刷新且存取速度快D．一般计算机内存大量使用静态RAM 2.外存储器存/取速度最快的是（） A．磁带存储器B．硬磁盘存储器 C．软磁盘存储器D．CD—ROM 3.RAM芯片串联的目的是（） A．增加存储器字长B．增加存储单元数量 C．提高存储器的速度C．降低存储器的平均价格 4.可编程的只读存储器（） A．不一定可以改写B．一定可以改写 C．一定不可以改写C．以上都不对 5.需要刷新的是（） A．只读存储器B．CD—ROM C．静态存储器D．动态存储器
6.某存储器容量为32K×16位，则（） A．地址线为16根，数据线为32根B．地址线为32根，数据线为16根 C．地址线为15根，数据线为16根D．地址线为16根，数据线为64根 7.访问存储器时，读出的信息或将写入的信息要经过（） A．数据寄存器B．指令寄存器 C．地址寄存器D．ROM 8.通常计算机的内存储器可采用（） A．RAM和ROM B．ROM C．RAM D．累加器 9.在多级存储体系中，虚拟存储器解决的问题是（） A．主存容量不足B．主存与辅存速度不匹配 C．辅存与CPU速度不匹配D．主存与CPU速度不匹配 10.组成计算机的存储系统的是（） A．半导体存储器和磁表面存储器B．静态存储器和动态存储器 C．RAM和ROM D．内存储器和外存储器 11.下列关于磁性存储器的叙述，正确的是（） A．磁芯存储器是ROM的一种 B．磁芯存储器主要利用磁介质具有矩形磁滞回线的原理存储数据C．磁芯存储器是目前常见的存储器之一 D．以上说法都不对 12.CPU不能直接访问的是（） A．RAM B．ROM C，内存D．外存 13.常用的虚拟存储系统由两级存储器组成，其中辅存是大容量的磁表面存储器。 A．主存—辅存B．快存—主存 C．快存—辅存D．通用寄存器—主存 14.某计算机字长是16位，它的存储容量是1MB，按字编址，它
6.1 计算机信息系统 [1].计算机信息系统是一类以提供信息服务为主要目的的数据密集型、人机交互的计算机应用系统。对 [2].计算机信息系统的特征之一是其涉及的大部分数据是持久的，并可为多个应用程序所共享。对 [3].计算机信息系统的特征之一是它涉及的数据量大，数据一般需存放在辅助存储器（即外存）中。对 [4].计算机信息系统的特征之一是涉及的数据量大，因此必须在内存中设置缓冲区，用以长期保存系统所使用的这些数据。错 [5].计算机信息系统是一类数据密集型的应用系统。下列关于其特点的叙述中，错误的是________ 。B A大多数数据需要长期保存 B计算机系统用内存保留这些数据 C数据为多个应用程序和多个用户所共享 D数据面向全局应用 [6].以下所列各项中，________不是计算机信息系统所具有的特点。D A涉及的数据量很大，有时甚至是海量的 B绝大部分数据需要长期保留在计算机系统（主要指外存储器）中 C系统中的数据为多个应用程序和多个用户所共享 D系统对数据的管理和控制都是实时的 [7].以下所列各项中，________不属于计算机信息系统的特点。D A涉及的数据量大 B数据可为多个应用程序所共享 C可向用户提供信息查询，统计报表等信息服务 D数据都是临时存储的，随程序运行的结束而消失 [8].计算机信息系统中的绝大部分数据是持久的，它们不会随着程序运行结束而消失，而需要长期保留在________中。A A. 外存储器 B. 内存储器 C. cache存储器 D. 主存储器 [9].以下列出了计算机信息系统抽象结构的4个层次，在系统中为实现相关业务功能（包括流程、规则、策略等）而编制的程序代码属于其中的____。B A．基础设施层 B．业务逻辑层 C．资源管理层 D．应用表现层 [10].以下列出了计算机信息系统抽象结构的4个层次，在系统中可实现分类查询的表单和展示查询结果的表格窗口属于其中的________。D A．基础设施层 B．业务逻辑层 C．资源管理层 D．应用表现层 [11].在信息系统中，以一定的结构存放在计算机存储介质上的，相互关联的数据的集合称为____ 。数据库 [12].数据库是长期储存在计算机主存内、有组织、可共享的数据集合。错 [13].在数据库中降低数据存储冗余度，可以节省存储空间，保证数据的一致性。因此数据库的数据冗余度应该做到零冗余。错 [14].由于数据库应用的特殊性，使得对数据库设计的评价、调整和修改等维护工作成为一个长期的任务，这些任务应由_____来完成。数据库管理员 [15].用二维表来表示实体及实体之间联系的数据模型称为_____模型。D A.层次 B.网状 C.面向对象 D.关系 [16].在数据库系统中最常用的是关系模型，关系模型的基本结构是_____。C [17].A.网络 B.图 C.二维表 D.树 [18].关系模型是采用树结构表示实体集以及实体集之间联系的数据模型。F [19].关系模型中把实体之间的联系用_____来表示。A
第6章习题参考答案 1．CPU与外部设备通信为什么要使用接口？ 答： CPU要与外部设备直接通信会存在以下两个方面的问题：首先是速度问题，CPU的运行速度要比外设的处理速度高得多，通常仅使用简单的一条输入/输出指令是无法完成CPU与外设之间的信息交换的；其次，外设的数据和控制线也不可能与CPU直接相连，如一台打印机不能将其数据线与CPU的管脚相连，键盘或者其他外设也是如此，同时外设的数据格式千差万别，也不可能直接与CPU 连接。所以，要完成CPU与外部各通信设备的信息交换，就需要接口电路以解决以上问题。 2. I/O接口有什么用途？ 答： 主要由以下几个方面的用途： a完成地址译码或设备选择，使CPU能与某一指定的外部设备通信。 b状态信息的应答，以协调数据传输之前的准备工作。 c进行中断管理，提供中断信号。 d进行数据格式转换，如正负逻辑转换、串行与并行数据转换。 e进行电平转换，如TTL电平与MOS电平间的转换。 f协调速度，如采用锁存、缓冲、驱动等。 h时序控制，提供实时时钟信号。 3.I/O端口有哪两种寻址方式？各有何优缺点？ 答： I/O端口的寻址方式有存储器映像I/O和I/O映像I/O两种寻址方式。存储器映像I/O 方式是将系统中存储单元和I/O端口的地址统一编址，这样一个I/O端口
地址就是一个存储单元地址，在硬件上没有区别，对
I/O端口的访问与存储器的访问相同。其缺点是占用了储存器的地址空间，同时由于存储器地址和I/O端口在指令形式上没有区别，增加了程序设计的难度。其优点是不需要专门为I/O端口设计电路，可与存储器地址访问硬件混合设计。另一个优点是，由于I/O端口和存储器地址是相同的形式，就可以直接使用与存储器相同的指令，这将会丰富对I/O端口的操作指令。 与存储器映像I/O相反，I/O映像I/O就必须为I/O端口设计专门的硬件电路，其端口地址也是独立于存储器，也有专门的输入/输出指令等其优缺点与存储器映像I/O正好相反。 4.在8086微机系统中有个外设，使用存储器映像的I/O寻址方式该外设地址为01000H。试画出其译码器的连接电路，使其译码器输出满足上述地址要求，译码器使用74LS138芯片。 答： 见图6-1
存储体系 本章重点是页式虚拟存储器映象及地址变换过程；LRU，FIFO的替换算法；LRU的堆栈分析过程；Cache组相联地址映象和LRU块替换；虚存，Cache的性能分析，要求达到综合应用的水平。本章是重点章。要求掌握的基本概念有：LRU,FIFO ,全相联、直接映象，组相联，快表、命中率，地址变换，页式，段式，段页式管理，虚拟存储器，高速缓存等等。 一、访存的局部性原理 计算机对存储器的要求是高速度、大容量、低价格。 从大量的统计中得到的一个规律是，程序中对于存储空间90%的访问局限于存储空间的10%的区域中，而另外10%的访问则分布在存储空间的其余90%的区域中。这就是通常说的局部性原理。访存的局部性规律包括两个方面： 1、时间局部性：如果一个存储项被访问，则可能该项会很快被再次访问。 2、空间局部性：如果一个存储项被访问，则该项及其邻近的项也可能很快被访问。 人们为了解决存储器容量和速度的矛盾，应用了访问局部性原理，把存储体系设计成为层次化的结构以满足使用要求。在这个层次化存储系统中，一般由寄存器、高速缓存(Cache)、主存(内存)、外存(硬盘等)组成。其中寄存器是最高层次的存储部件，容量最小，速度最快。寄存器对程序员是不透明的，对它的访问需按寄存器名访问而不是按地址。 二、存储体系构成的基本原理 由于存储体系采用了分层的结构，因此存储体系中各层次之间的数据访问如何的管理就显得相当重要。一般都把管理功能分布在各个层次上，每个层次的存储管理控制器控制这一层和与之相关一层的数据访问。层间传递数据的单位称为块或页。 命中率指命中的访问次数和总访问次数之比、失效率是失效的访问次数和总访问次数之比。命中时间包括判断是否命中所需时间和对上层存储器访存所需时间，失效时间则包括对下层存储器的访问时间和将下层存储器中数据调入上层存储器所需时间(传输时间) 存储器设计的目标是降低平均访问时间而不是单单提高命中率。也就是说层次化存储器的速度性能指标是访存的平均时间。另外还有带宽(频宽)、存储周期等指标。 平均访问时间=命中时间+失效时间×失效率 层次化存储体系必须解决的三个问题： 1.定位问题：数据块在较高层存储器中存放在哪个位置?怎样确定并且找到该块?这是块的标识和寻址问题。一般用查表法来映象块或页的定位、标识和寻址。 2.替换问题：不命中时，要从下层调入上层数据块，若上层满，则此时如何将上层中的数据置换出去?什么方法好。这就是替换策略的问题。 3.更新问题：在需要写访问时，何时将上层中得到的结果写到下层存储器中? 因为上层数据在经过运算后比下层的数据新，则这种写的方式就是为了解决上下层数据一致性的问题。 本章的内容就是围绕着这三个问题的解决而展开的。解决好这三个问题，层次化存储体系管理的主要问题也就解决了。 三、高速缓冲存储器(Cache) 这一节的内容就是讲述关于Cache高速缓存如何解决上述三个问题展开的内容，其他各层的管理基本上与它的解决办法类似。 高速缓存是位于CPU和主存之间的高层存储子系统。采用高速缓存的主要目的是提高存储器的平均访问速度，从而使存储器的速
计算机体系结构存储器层次结构基础知识详 解 计算机体系结构存储器层次结构是计算机系统中重要的组成部分，它通过不同层次的存储器来提供有效的数据存取方式，以满足计算机执行指令和运算的需求。本文将详细介绍计算机体系结构存储器层次结构的基础知识，包括存储器的分类、层次结构和操作原理等方面。 一、存储器的分类 存储器是计算机中用于存储数据和程序的设备，根据存储介质的不同可分为内存和外存。内存存储器又可分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。RAM是一种易失性存储器，用于存储程序和数据的临时信息，通电时可以读写数据，断电后数据就会丢失；ROM是一种非易失性存储器，用于存储程序和数据的固定信息，通电时只能读取数据。外存储器包括硬盘、固态硬盘（SSD）和光盘等，主要用于长期存储大量数据和程序。 二、存储器的层次结构 计算机体系结构存储器层次结构按照存取速度和成本的不同，可分为若干层次，由快到慢、由贵到廉排列为：寄存器、高速缓存、主存和外存。寄存器是存储器层次结构中速度最快、容量最小的存储器，通常嵌入在中央处理器（CPU）中，用于存储最常用的数据和指令；高速缓存是位于CPU和主存之间的一层存储器，容量较小但速度快，用于缓存CPU频繁访问的数据块；主存是计算机中容量较大、速度较
慢的存储器，用于存储程序和数据；外存是计算机中容量最大、速度 最慢的存储器，用于长期存储大量数据和程序。 三、存储器的操作原理 计算机体系结构存储器层次结构中的各层次存储器之间通过地址和 数据进行交互。当CPU需要访问某个数据或者指令时，首先会将相应 的地址发给内存控制器，内存控制器会根据地址将数据从内存中读取 出来并送达给CPU。在这个过程中，CPU通常会先访问最快的寄存器，若寄存器中没有所需数据，则会在高速缓存中进行查找，如果高速缓 存中也没有，则会继续在主存和外存中进行查找。 存储器的操作原理涉及到存储器的访问速度和命中率。存储器的访 问速度是指CPU从发送地址到接收到数据所需的时间，在不同层次存 储器中，访问速度逐级变慢；命中率是指CPU在某个层次存储器中找 到所需数据的概率，高速缓存的命中率通常较高，而主存和外存的命 中率较低。 四、存储器层次结构的优化与应用 为了提高计算机系统的整体性能，存储器层次结构的优化和应用至 关重要。一方面，可以通过增加高速缓存的容量和提高其命中率来减 少对主存和外存的访问次数，从而提高存储器访问速度；另一方面， 可以通过合理地使用存储器层次结构，将经常使用的数据和指令存储 在快速的存储器中，避免频繁地访问主存和外存，提高系统的运行效率。
习题四参考答案 1．某机主存储器有16位地址，字长为8位。 （1）如果用1k×4位的RAM芯片构成该存储器，需要多少片芯片？ （2）该存储器能存放多少字节的信息？ （3）片选逻辑需要多少位地址？ 解：需要存储器总容量为：16K×8位，故， （1）需要1k×4位的RAM芯片位32片。 （2）该存储器存放16K字节的信息。 （3）片选逻辑需要4位地址。 2. 用8k×8位的静态RAM芯片构成64kB的存储器，要求： （1）计算所需芯片数。 （2）画出该存储器组成逻辑框图。 解：（1）所需芯片8片。 （2）逻辑图为： 3. 用64k×1位的DRAM芯片构成256k×8位存储器，要求： （1）画出该存储器的逻辑框图。 （2）计算所需芯片数。 （3）采用分散刷新方式，如每单元刷新间隔不超过2ms，则刷新信号周期是多少？如采用集中刷新方式，存储器刷新一遍最少用多少读/写周期？ 解：（1）
（2）所需芯片为32片。 （3）设读写周期为0.5微妙，则采用分散式刷新方式的刷新信号周期为1微妙。因为64K ×1的存储矩阵是由四个128×128的矩阵构成，刷新时4个存储矩阵同时对128个元素操作，一次刷新就可完成512个元素，整个芯片只有128次刷新操作就可全部完成。所以存储器刷新一遍最少用128个读/写周期。 4. 用8k×8位的EPROM芯片组成32k×16位的只读存储器，试问： （1）数据寄存器多少位？ （2）地址寄存器多少位？ （3）共需多少个EPROM芯片？ （4）画出该只读存储器的逻辑框图？ 解：因为只读存储器的容量为：32k×16，所以： （1）数据寄存器16位。 （2）地址寄存器15位。 （3）共需8个EPROM芯片？ （4）逻辑框图为：
深圳大学实验报告 课程名称：计算机系统(3) 实验项目名称：存储体系实验 学院：计算机与软件学院 专业：计算机与软件学院所有专业 指导教师：******* 报告人：***** 学号：******* 班级：******** 实验时间：2017年12月19日星期二 实验报告提交时间：2017年12月21日星期四 教务处制 一、实验目的 增进对cache工作原理的理解 体验程序中访存模式变化是如何影响cache效率进而影响程序性能的过程； 学习在X86真实机器上通过调整程序访存模式来探测多级cache结构以及TLB的大小。 二、实验内容 按照下面的实验步骤及说明，完成相关操作记录实验过程的截图： （1）x86 cache 层次结构的测量（90分） 首先，设计一个用于测量x86系统上的cache层次结构的方案，然后设计出相应的代码； 然后，运行你的代码获得相应的测试数据。 最后，根据测试数据分析你的x86机器有几级cache，各自容量是多大。 （2）选做：尝试测量你L1 cache行的大小； （3）选做：尝试测量你的x86机器TLB有多大 （报告撰写质量10分） 三、实验环境 硬件：桌面PC 软件：Windows 四、实验步骤及说明 （1）x86 cache 层次结构的测量 一个程序从存储系统中读取数据的速率为读吞吐量，或者有时称为读带宽。如果一个程序在s秒的时间段内读n个字节，那么这段时间内的读吞吐量就等于n/s，典型的是以兆字节每秒(MB/s)为单位的。 如果我们要编写一个程序，它从一个紧密程序循环中发出一系列读请求，那么测量出的读吞吐量能让我们看到对于这个读序列来说的存储系统的性能。 关于这个测试，有两个基本的概念：时间局部性与空间局部性。 时间局部性： 被引用过一次的存储器位置在未来会被多次引用（通常在循环中）。 空间局部性： 如果一个存储器的位置被引用，那么将来他附近的位置也会被引用。
计算机组成原理存储器（1）（1）说课讲解 计算机组成原理存储 器(1)(1) 1.存储器 一、单选题（题数 54，共7 ） 1 在下述存储器中，允许随机访问的存储器是（）。（1.2分） A、磁带 B 、磁盘 C 、磁鼓D 、半导体存储器 正确答案 D 2 若存储周期250ns，每次读出16位，则该存储器的数据传送率为（）。（1.2分） A、4×10^6字节/秒 B、4M字节/秒 C、8×10^6字节/秒 D、8M字节/秒 正确答案 C 3 下列有关RAM和ROM得叙述中正确的是()。 IRAM是易失性存储器，ROM是非易失性存储器 IIRAM和ROM都是采用随机存取方式进行信息访问 IIIRAM和ROM都可用做Cache IVRAM和ROM都需要进行刷新 （1.2分） A、仅I和II B、仅I和III C、仅I，II，III D、仅II，III，IV 正确答案 A
4 静态RAM利用（）。（1.2分） A、电容存储信息 B、触发器存储信息 C、门电路存储信息 D、读电流存储信息 正确答案 B 5 关于计算机中存储容量单位的叙述，其中错误的是（）。（1.2分） A、最小的计量单位为位（bit），表示一位“0”或“1” B、最基本的计量单位是字节（Byte），一个字节等于8b C、一台计算机的编址单位、指令字长和数据字长都一样，且是字节的整数倍 D、主存容量为1KB，其含义是主存中能存放1024个字节的二进制信息 正确答案 C 6 若CPU的地址线为16根，则能够直接访问的存储区最大容量为（）。（1.2分） A、1M B、640K C、64K D、384K 正确答案 C 7 由2K×4的芯片组成容量为4KB的存储器需要()片这样的存储芯片。（1.2分） A、2 B、4 C、8