计算机组成原理-存储系统(1)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。

计算机组成原理复习题（含答案）计算机组成原理复习题⼀、选择题：1.双字节⼀般指（C ）⼆进制数。

A．1位B．32位C．16位D．8位2.在主机中，能对指令进⾏译码的器件是（D ）。

A．存储器B．ALU C．运算器D．控制器3.若⼀个数的编码是10000000，它的真值是-127，则该编码是（D ）。

A．原码B．移码C．补码D．反码4.在I/O控制⽅式中，主要由程序实现的是（C ）。

A．PPU⽅式B．DMA⽅式C．中断⽅式D．通道⽅式5.在浮点数的表⽰范围中，（B ）在机器数中不出现，是隐含的。

A．阶码B．基数C．尾数D．符号6.指令系统采⽤不同的寻址⽅式的主要⽬的是（ D ）。

A．提⾼访问速度B．简化指令译码电路C．增加内存容量D．扩⼤寻址范围7.若标志寄存器Z=1 ，表明（C ）A．运算结果为负B．运算结果为1 C．运算结果为0 D．运算结果为正8.寄存器间接寻址⽅式中，操作数在（B ）中。

A．寄存器B．存储器C．堆栈D．CPU9．DMA接⼝（B ）。

A．可以⽤于主存与主存之间的数据交换 B．内有中断机制C．内有中断机制，可以处理异常情况 D．内⽆中断机制10.计算机主频的周期是指（A ）A．时钟周期B．指令周期C．⼯作周期D．存取周期11.运算器是由多种部件组成的，其核⼼部件是（D ）。

A．数据寄存器B．累加器C．多数转换器 D. 算术逻辑运算单元12.使CPU与I/O设备完全并⾏⼯作⽅式是（C ）⽅式。

A．程序直接传送B．中断C．通道D．程序查询13.某计算机字长32位，存储容量为64KB，若按照字节编址，它的寻址范围是（B ）A．8K B．16K C．32K D． 4K 14．⽬前我们所说的个⼈台式商⽤机属于( D )。

A．巨型机 B．中型机 C．⼩型机 D．微型机15．冯·诺依曼机⼯作⽅式的基本特点是( B )。

A．多指令流单数据流 B．按地址访问并顺序执⾏指令C．堆栈操作 D．存储器按内容选择地址16．CPU的组成中不包含( A )。

第四章、存储系统（一）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、辅存容量不断增加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 = 32、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 = 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、小端模式(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、0x12345678 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、0x12345678 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、存储字长一般应是字节的整数倍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 ,数据X = 12345678H，无论采用大端还是小段方式，在内存单元FFFF C001H，一定不会存放的数是（）（此题为多选题）A、12HB、34HC、56HD、78H4.3 静态存储器工作原理随堂测验1、某计算机字长16位，其存储器容量为64KB，按字编址时，其寻址范围是（）（单选）A、64KB、32KBC、32KD、64KB2、一个16K*32位的SRAM存储芯片，其数据线和地址线之和为（）（单选）A、48B、46C、36D、39。

【计算机组成原理】存储系统存储器的层次和结构从不同⾓度对存储器进⾏分类：1.按在计算机中的作⽤（层次）分类 （1）主存储器。

简称主存，⼜称内存储器（内存），⽤来存放计算机运⾏期间所需的⼤量程序和数据，CPU 可以直接随机地对其进⾏访问，也可以和告诉缓冲存储器（Cache）及辅助存储器交换数据，其特点是容量较⼩、存取速度较快、单位价格较⾼。

（2）辅助存储器。

简称辅存，⼜称外存储器（外存），是主存储器的后援存储器，⽤来存放当前暂时不⽤的程序和数据，以及⼀些需要永久性保存的信息，它不能与CPU 直接交换信息。

其特点是容量极⼤、存取速度较慢、单位成本低。

（3）⾼速缓冲存储器。

简称 Cache，位于主存和 CPU 之间，⽤来存放正在执⾏的程序段和数据，以便 CPU 能⾼速地使⽤它们。

Cache 地存取速度可与 CPU 的速度匹配，但存储容量⼩、价格⾼。

⽬前的⾼档计算机通常将它们制作在 CPU 中。

2.按存储介质分类 按存储介质，存储器可分为磁表⾯存储器（磁盘、磁带）、磁芯存储器、半导体存储器（MOS型存储器、双极型存储器）和光存储器（光盘）。

3.按存取⽅式分类 （1）随机存储器（RAM）。

存储器的任何⼀个存储单元的内容都可以随机存取，⽽且存取时间与存储单元的物理位置⽆关。

其优点是读写⽅便、使⽤灵活，主要⽤作主存或⾼速缓冲存储器。

RAM ⼜分为静态 RAM （以触发器原理寄存信息，SRAM）和动态 RAM（以电容充电原理寄存信息，DRAM）。

（2）只读存储器（ROM）。

存储器的内容只能随机读出⽽不能写⼊。

信息⼀旦写⼊存储器就固定不变，即使断电，内容也不会丢失。

因此，通常⽤它存放固定不变的程序、常数和汉字字库，甚⾄⽤于操作系统的固化。

它与随机存储器可共同作为主存的⼀部分，统⼀构成主存的地址域。

由ROM 派⽣出的存储器也包含可反复重写的类型，ROM 与RAM 的存取⽅式均为随机存取。

⼴义上的只读存储器已可已可通过电擦除等⽅式进⾏写⼊，其“只读”的概念没有保留，但仍然保留了断电内容保留、随机读取特性，但其写⼊速度⽐读取速度慢得多。

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。

计算机组成原理_洛阳师范学院中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.相联存储器是按( )进行寻址的存储器。

答案:内容指定方式2.计算机的存储器采用分级存储体系的目的是( )。

答案:解决存储容量、价格与存取速度间的矛盾3.在主存和CPU之间增加Cache的目的是( )。

答案:解决CPU和主存之间的速度匹配4.下列部件（设备）中，存取速度最快的是( )。

答案:CPU的寄存器5.某一SRAM芯片，容量为16K×1位，则其地址线有( )。

答案:14根6.下列存储器中，速度最慢的是( ）。

答案:磁带存储器7.完整的计算机系统应包括（）。

答案:8.补码整数1001 0101算术右移一位后的值为（）。

答案:1100 10109.一个五级流水线，当任务饱满时，它处理10条指令的加速比是（）。

答案:3.610.在微程序控制方式中，机器指令和微指令的关系是（）。

答案:每一条机器指令由一段（或一个）微程序来解释执行11.微程序存放在（）。

答案:只读存储器中12.长度相同但格式不同的2种浮点数，假设前者阶码长、尾数短，后者阶码短、尾数长，其它规定均相同，则它们可表示的数的范围和精度为（）。

答案:前者可表示的数的范围大但精度低13.下列各类存储器中，不采用随机存取方式的是（）。

答案:CDROM14.将十进制数15/2表示成二进制浮点规格化数（阶符1位，阶码2位，数符1位，尾数4位）是（）。

答案:0110111115.设机器数字长8位（含1位符号位），若机器数BAH为原码，则算术左移一位得（）。

答案:F4H16.在取指周期中，是按照（）的内容访问主存，以读取指令。

答案:程序计数器PC17.在机器数的三种表示形式中，符号位可以和数值位一起参与运算的是（）。

答案:补码18.在计算机运行过程中，当浮点数发生溢出时，通常情况下计算机仍可以继续运行是（）。

答案:下溢19.下列设备中属于只读存储器（ROM）的是（）。

第四章部分作业题参考答案4.3 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：1）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。

2）Cache—主存层次主要解决CPU和主存速度不匹配的问题，在存储系统中主要对CPU访存起加速作用。

从CPU的角度看，该层次的速度接近于Cache，而容量和每位价格却接近于主存。

这就解决了存储器的高速度和低成本之间的矛盾；主存—辅存层次主要解决存储系统的容量问题，在存储系统中主要起扩容作用。

从程序员的角度看，其所使用的存储器的容量和每位价格接近于辅存，而速度接近于主存。

该层次解决了大容量和低成本之间的矛盾。

3）主存与Cache之间的数据调度是由硬件自动完成的，对程序员是透明的。

而主存—辅存之间的数据调动，是由硬件和操作系统共同完成的。

换言之，即采用虚拟存储技术实现。

4.5 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？答：1）存储器的带宽指单位时间内存储器存取的信息量。

2）存储器带宽= 1/200ns ×32位= 160M位/秒= 20MB/S （此处1M=106 ）4.7 题目略。

解：地址线和数据线的总和= 14 + 32 = 46根各需128、32、32、32、16和8片。

4.8试比较静态RAM和动态RAM。

答案要点：1）静态RAM的特点：依靠双稳态触发器保存信息，不断电信息不丢失；功耗较大，集成度较低，速度快，每位价格高，适合于作Cache或存取速度要求较高的小容量主存。

2）动态RAM的特点：依靠电容存储电荷来保存信息，需刷新电路进行动态刷新；功耗较小，集成度高，每位价格较低，适合于作大容量主存。

4.14 题目略解：1）256KB ；2）8块模板；3）16片；4）128片；5）CPU 通过最高3位地址译码选模板，次高3位地址译码选择模板内芯片。

计算机组成原理——cache⾼速缓存存储器cache-⾼速缓存存储器在主存与CPU之间插⼊⼀级或多级SRAM组成的⾼速缓存存储器。

扩展cache有限，因为SRAM价格昂贵。

cache作⽤：为了解决CPU和主存之间速度不匹配⽽采⽤的⼀项重要技术。

cache特性：具有空间局部性以及时间局部性。

cache的组成：SRAM和控制逻辑。

如果cache在CPU芯⽚外，它的控制逻辑⼀般和主存控制逻辑合成在⼀起，称主存/cache控制器。

若cache在CPU 内，则由CPU提供它的控制逻辑。

CPU与cache之间的数据交换是以字为单位，⽽cache与主存之间的数据交换是以块为单位。

⼀个块由若⼲字组成，是定长的。

cacheache的命中率：为了使主存的平均读出时间尽可能接近cache的读出时间，cache命中率应接近于1.地址映射含义：为了把主存块放到cache中，必须应⽤某种⽅法把主存地址定位到cache中，称作地址映射。

地址映射⽅式：全相联映射⽅式、直接映射⽅式和组相联映射⽅式。

全相联映射⽅式⼩结：（1）在全相联cache中，全部标记⽤⼀个相联存储器来实现，全部数据⽤⼀个普通RAM来实现。

（2）优点”冲突率⼩，cache利⽤率⾼（3）缺点：⽐较器难于设计与实现（4）只适⽤⼩容量cache。

直接映射⽅式⼩结：（1）优点：硬件简单，成本低。

（2）缺点：每个主存块只有⼀个固定得⾏位置可存放。

（3）发⽣冲突率⼤。

（如果块号相距m整数倍得两个块存于同⼀cache⾏时）（4）适合⼤容量cache.组相联映射⽅式⼩结：适度兼顾了“全相联映射⽅式”和“直接映射⽅式”的优点以及尽量避免两者的缺点。

替换策略含义：当⼀个新的主存块需要拷贝到cache，⽽允许存放块的⾏位置都被其他主存占满时，就要产⽣替换。

适合的地址映射⽅式：全相联映射⽅式和组相联映射⽅式（1）最不经常使⽤（LFU）算法含义：将⼀段时间内被访问次数最少的那⾏数据换出。