计算机组成原理14-课堂练习-第四章Cache

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）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。

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）。

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。

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。

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。