交叉存储器

计算机学科专业基础综合组成原理-17(总分：100.00，做题时间：90分钟)一、单项选择题(总题数：22，分数：40.00)1.某计算机主存容量为64KB，其中ROM区为4KB，其余为RAM区，按字节编址。

现要用2K×8位的ROM芯片和4K×4位的RAM芯片来设计该存储器，则需要上述规格的ROM芯片数和RAM芯片数分别是______。

（分数：1.00）A.1、15B.2、15C.1、30D.2、30 √解析：[解析] 首先确定ROM的个数，ROM区为4KB，选用2K×8位的ROM芯片，需要(4K×8)/(2K×8)=2片，采用字扩展方式；60KB的RAM区，选用4K×4位的RAM芯片，需要(60K×S)/(4K×4)=30片，采用字和位同时扩展方式。

2.假定用若干个2K×4位的芯片组成一个8K×8位的存储器，则地址081FH所在芯片的最小地址是______。

（分数：1.00）A.0000HB.0600HC.0700HD.0800H √解析：[解析] 用2K×4位的芯片组成一个8K×8位存储器，每行中所需芯片数为2，每列中所需芯片数为4，各行芯片的地址分配如下：第一行(2个芯片并联)0000H～07FFH第二行(2个芯片并联)0800H～0FFFH第三行(2个芯片并联)1000H～17FFH第四行(2个芯片并联)1800H～1FFFH可知，地址081FH在第二行，且所在芯片的最小地址为0800H。

3.某存储器容量为64KB，按字节编址，地址4000H～5FFFH位ROM区，其余为RAM区。

若采用8K×4位的SRAM芯片进行设计，则需要该芯片的数量是______。

（分数：1.00）A.7B.8C.14 √D.16解析：[解析] 5FFF-4000+1=2000H，即ROM区容量为：2 13 B=8KB(2000H=2*16 3 =2 13 )，RAM区容量为56KB(64KB-8KB=56KB)。

多体交叉存储器名词解释
多体交叉存储器（MIMD，Multiple Instruction Multiple Data）是一种并行计算体系结构，它包含多个处理器核心和共享的存储器系统。

在多体交叉存储器中，每个处理器核心都可以独立地执行不同的指令和数据，并且可以同时进行多个任务。

这意味着每个处理器核心都可以独立地访问内存中的数据，并以不同的速度和方式执行任务。

多体交叉存储器的存储器系统是共享的，这意味着所有的处理器核心都可以访问相同的内存地址。

这样，处理器核心之间可以通过读取和写入共享存储器来进行通信和同步。

多体交叉存储器被广泛应用于高性能计算领域，例如大规模科学计算、数据分析和人工智能等。

它可以充分利用并行处理的优势，提供更高的计算性能和效率。

计算机原理4.6多体交叉存储器
1、多体交叉存储器的提出背景
其基本思想是在不提⾼存储器效率、不扩展数据通路位数的前提下，通过存储芯⽚的交叉组织，提⾼cpu单位时间内访问的数据量，从⽽缓解快速的cpu与慢速的主存之间的速度差异
2、⾼位多体交叉存储器的组织⽅式
数据组织特点：相邻地址的数据处于同⼀存储体
⼀个地址寄存器
多模块串⾏（局部性原理）
性能⽆提升
扩充容量⽅便
3、低位多体交叉存储器的组织⽅式
数据组织特点：相邻地址处于不同存储体中
每个存储体均需地址寄存器
多模块并⾏（局部性原理）
性能提升
扩充容量也⽅便
4、低位多体交叉存储器的性能分析。

计算机系统：是一个由硬件和软件组成的复杂系统硬件：指构成计算机的物理实体软件：计算机程序、过程、规则及与这些程序、过程、规则有关的文档，以及从属于计算机系统运行的数据存储程序：计算机的用途和硬件完全分离。

硬件采用固定逻辑提供某些固定不变的功能。

通过编制不同的过程来满足不同用户对计算机的应用需求主机：将一系列硬件都安装在一个机箱内部的机架上，机箱及其上硬件被统称为主机虚拟机：通过解释和翻译，使用户在使用计算机时仅看到软件界面而不必了解计算机内部的结构和工作原理主存储器：主板上可以被处理器直接访问的存储器。

断电或关机后其上的数据会消失辅助存储器：在计算机系统断电或关机后不会令存储在其中的信息消失的存储介质透明性：下一层机器的属性在上一层机器的程序员看来是透明的；计算机系统中客观上存在的事务或属性，从某个角度去看好像是不存在的吞吐率：指计算机系统在单位时间内完成的任务数响应时间：指用户在输入命令或数据后到得到第一个结果的时间间隔软件兼容性：分为向上（下）兼容和向前（后）兼容。

向上（下）兼容：为某档机器编制的软件，不加修改就可以正确运行在比它更高（低）档的机器上。

向前（后）兼容：为某个时期投入市场的某种型号机器编制的软件，不加修改就可以正确运行在比它早（晚）投入市场的相同型号机器上可伸缩性：指一个计算机系统能够在保持软件兼容性的同时，不仅可以通过向上扩展性能和功能，还能通过向下收缩来降低价格C/S模式：客户机与服务器结构。

网络上的计算机根据所担当角色不同被分为客户机或服务器。

客户机提出请求，接受结果不做太多运算，服务器接受请求，进行处理并返回结果。

计算机体系结构：程序员所看到的机器属性，即机器的概念性结构和功能特性计算机组成：计算机结构的逻辑实现，一种计算机体系结构可由多种不同的计算机组成计算机实现：计算机体系结构的物理实现，一种计算机组成可由多种不同的计算机实现，是计算机体系结构和组成的基础主存：又称内存，是CPU能直接寻址的存储空间辅存：又称外存，CPU不直接访问的存储器相关联存储器：也称按内容访问的存储器，是通过存储内容的片段来访问的存储器易失性：在电源关闭时不能保存数据的性质随机访问的存储器：分静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）两种，周期均等顺讯访问存储器：存储单元的访问周期随其地址的增大而增加的存储器访问时间Ta：指从一个读（写）存储器开始到存储器发出完成信号的时间间隔访问周期Ta：指从一个读（写）存储器操作开始到下一个存储器操作能够开始的最小时间间隔双口RAM：是在一个SRAM存储器上具有两套完全独立的数据线，地址线和读写控制线，并允许两个独立的系统同时对该存储器进行随机性访问存储器访问的局部性原理：对一小块聚集的指令或数据的访问只会持续一段时间。

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）。

摩尔定律：对集成电路上可容纳的晶体管数目、性能和价格等发展趋势的预测，其主要内容是：成集电路上可容纳的晶体管数量每18个月翻一番，性能将提高一倍，而其价格将降低一半。

主存: 计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可随机存取。

控制器：计算机的指挥中心，它使计算机各部件自动协调地工作。

时钟周期：时钟周期是时钟频率的倒数，也称为节拍周期或T周期，是处理操作最基本的时间单位。

多核处理器：多核处理器是指在一枚处理器中集成两个或多个完整的计算引擎(内核)。

字长：运算器一次运算处理的二进制位数。

存储容量: 存储器中可存二进制信息的总量。

CPI：指执行每条指令所需要的平均时钟周期数。

MIPS：用每秒钟执行完成的指令数量作为衡量计算机性能的一个指标，该指标以每秒钟完成的百万指令数作为单位。

CPU时间：计算某个任务时CPU实际消耗的时间，也即CPU真正花费在某程序上的时间。

计算机系统的层次结构：计算机系统的层次结构由多级构成，一般分成5级，由低到高分别是：微程序设计级，机器语言级，操作系统级，汇编语言级，高级语言级。

基准测试程序：把应用程序中使用频度最高的那那些核心程序作为评价计算机性能的标准程序。

软/硬件功能的等价性：从逻辑功能的角度来看，硬件和软件在完成某项功能上是相同的，称为软/硬件功能是等价的，如浮点运算既可以由软件实现，也可以由专门的硬件实现。

固件：是一种软件的固化，其目的是为了加快软件的执行速度。

可靠性：可靠性是指系统或产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定功能的能力。

产品可靠性定义的要素是三个“规定”：“规定条件”、“规定时间”和“规定功能”。

MTTF：平均无故障时间，指系统自使用以来到第一次出故障的时间间隔的期望值。

MTTR：系统的平均修复时间。

MTBF：平均故障间隔时间，指相邻两次故障之间的平均工作时间。

可用性：指系统在任意时刻可使用的概率，可根据MTTF、MTTR和MTBF等指标计算处系统的可用性。

交叉存储器原理
交叉存储器（Cross Store Memory）是指将多个存储设备连接在一起，使它们之间进行数据交换的技术。

通常来说，多个存储设备表示一个逻辑存储器，这样在一个系统上就可以实现大容量的存储空间。

交叉存储器系统将多个物理存储设备划分成一系列交叉存储段，并且分配给多个计算机或其它传输设备使用。

这样，计算机就可以同时访问不同的存储段，从而共享数据。

交叉存储器的最大优点在于，它可以有效地利用多个存储设备的容量，成倍地提高系统的存储空间，从而节省空间开销。