主存储器存储单元的地址和内容

计算机原理第四章存储系统课堂笔记及练习题主题：第四章存储系统学习时间：2016年10月24日--10月30日内容：一、学习要求这周我们将学习第四章存储系统的相关内容。

通过本章的学习要求了解主存储器的主要技术指标、理解存储器的层次结构及分类，加深对半导体随机读写器相关知识的理解。

二、主要内容（一）存储系统概述存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据，是计算机系统的重要组成部分之一。

存储器有主存储器和辅助存储器之分，主存储器（简称主存）处于全机中心地位，直接与CPU交换信息；辅助存储器（简称辅存）或称为外存储器（简称外存）通常用来存放主存的副本和当前不在运行的程序和数据，在程序执行过程中，每条指令所需的数据及取下一条指令的操作都不能直接访问辅助存储器，需要通过主存储器与CPU交换信息。

（二）主存储器的主要技术指标主存储器的主要性能指标为主存容量、存储器存取时间和存储周期时间。

计算机可寻址的最小信息单位是一个存储字，一个存储字所包括的二进制位数称为字长。

主存储器的另一个重要的性能指标是存储器的速度，一般用存储器存取时间和存储周期来表示。

存储器存取时间(memory access time)又称存储器访问时间，是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。

存储周期(memory cycle time)指连续启动两次独立的存储器操作(例如连续两次读操作)所需间隔的最小时间。

通常，存储周期略大于存取时间。

（三）存储器的层次结构对存储器的要求是“大容量、高速度、低成本”，但是在一个存储器中要求同时兼顾这三方面是困难的。

一般来讲，速度高的存储器，每位价格也高，因此容量不能太大。

主存-辅存层次，满足了存储器的大容量和低成本需求。

cache-主存层次，解决了速度与成本之间的矛盾。

现代大多数计算机同时采用主存-辅存和cache-主存这两种存储层次，构成cache-主存-辅存三级存储层次，如下图所示。

CPU能直接访问的存储器称为内存储器，包括cache和主存储器。

第一章计算机系统概论1. 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？解：P3计算机系统：由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。

计算机硬件：指计算机中的电子线路和物理装置。

计算机软件：计算机运行所需的程序及相关资料。

硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。

5. 冯•诺依曼计算机的特点是什么？解：冯•诺依曼计算机的特点是：P8计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问；指令和数据均用二进制表示；指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置；指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行；机器以运算器为中心<原始冯•诺依曼机）。

7. 解释下列概念：主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。

解：P9-10主机：是计算机硬件的主体部分，由CPU和主存储器MM合成为主机。

CPU：中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器和控制器组成；<早期的运算器和控制器不在同一芯片上，现在的CPU内除含有运算器和控制器外还集成了CACHE）。

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；由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。

存储单元：可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位。

存储元件：存储一位二进制信息的物理元件，是存储器中最小的存储单位，又叫存储基元或存储元，不能单独存取。

存储字：一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位。

存储字长：一个存储单元所存二进制代码的位数。

存储容量：存储器中可存二进制代码的总量；<通常主、辅存容量分开描述）。

机器字长：指CPU一次能处理的二进制数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。

指令字长：一条指令的二进制代码位数。

第三章习题答案1．名词解释随机存储器：随机存取存储器简称RAM，也叫做读/写存储器，它能够通过指令随机地、个别地对其中各个单元进行读/写操作。

随机存储器中任何一个存储单元都能由CPU或Ｉ/O设备随机存取，且存取时间与存取单元的物理位置无关。

按照存放信息原理的不同，随机存储器又可分为静态和动态两种。

只读存储器：只读存储器是只能随机读出已经存储的信息，但不能写入新的信息的存储器。

位扩展：位扩展是指用多个存储器器件对字长进行扩充。

位数的扩展是利用芯片的并联方式来实现的，各存储芯片地址线、片选端和读写控制线并联，数据端单独引出。

全译码法：除了将低位地址总线直接连至各芯片的地址线外，余下的高位地址总线全部参加译码，译码输出作为各芯片的片选信号。

相联存储器地址映象：地址映像的功能是应用某种函数把CPU发送来的主存地址转换成Cache的地址。

地址映象方式通常采用直接映象、全相联映象、组相联映象三种方式。

Cache：高速缓冲存储器。

虚拟存储器：虚拟存储器（VirtualMemory）又称为虚拟存储系统，是以存储器访问的局部性为基础，建立在主存一辅存物理体系结构上的存储管理技术。

它是为了扩大存储容量，把辅存当作主存使用，在辅助软、硬件的控制下，将主存和辅存的地址空间统一编址，形成个庞大的存储空间。

程序运行时，用户可以访问辅存中的信息，可以使用与访问主存同样的寻址方式，所需要的程序和数据由辅助软件和硬件自动调入主存，这个扩大了的存储空间，就称为虚拟存储器。

存储器带宽：内存储器每秒钟访问二进制位的数目称为存储器带宽，用Bm表示。

它标明了一个存储器在单位时间内处理信息的能力。

存取时间存取时间又称存储器访问时间，是指启动一次存储器操作到完成该操作所需的时间。

逻辑地址：用户可以像使用内存一样利用虚拟存储器的辅存部分。

编程时，涉及辅存大小的空间范围的指令地址称为“虚地址（Virtual Address）”或“逻辑地址”。

物理地址：实际的主存储器单元地址则称为“实地址”或“物理地址（Physical Address）。

计算机基础知识认识计算机存储器中的主存和辅存计算机基础知识：认识计算机存储器中的主存和辅存计算机存储器是计算机硬件中的重要组成部分，用于存储和访问数据和指令。

在计算机存储器中，主存和辅存是两个常见的术语。

本文将深入介绍主存和辅存的定义、功能和特点。

一、主存主存又被称为内存，是计算机中的临时存储器。

它是用于存储当前正在执行的程序和数据的地方，数据可以被CPU直接读取和写入。

主存通常由随机访问存储器（RAM）组成，RAM的特点是读写速度快且可以随机访问任意存储单元。

主存的容量相对较小，一般以字节为单位进行衡量。

它的大小决定了计算机能够同时处理的数据量。

主存采用了地址线和数据线进行通信，通过地址线将要访问的特定存储单元的地址传送给内存控制器，然后通过数据线将数据读取或写入内存。

二、主存的特点1. 快速访问：主存储器的速度远高于辅存储器，这使得CPU能够更快地读取和写入数据。

2. 临时存储：主存是临时存储器，当计算机关闭或断电时，其中的数据将会丢失。

因此，用户需要定期将数据保存到辅存储器中以避免数据丢失。

3. 容量限制：主存的容量受限，通常只能存储计算机当前执行的程序和临时数据。

如果主存被占满，计算机性能可能会受到限制。

三、辅存辅存又被称为外存或永久存储器。

辅存是计算机主存的扩展，用于存储大量的数据和程序，其容量通常比主存大得多。

辅存包括硬盘驱动器、光盘、闪存驱动器等各种类型。

辅存的访问速度较慢，因此，数据从辅存读取到主存需要一定的时间，这会影响计算机的速度。

但辅存的好处是可以永久保存数据，即使计算机断电或重新启动，数据也不会丢失。

四、辅存的特点1. 大容量：相对于主存来说，辅存的容量很大，可以存储大量的数据和程序。

2. 慢速访问：辅存的读取速度相对较慢，这是由于其机械部件和接口的限制。

因此，辅存主要用于长期存储和备份数据，而不是频繁读取和写入。

3. 数据持久化：辅存的另一个重要特点是数据的持久性。

即使计算机断电或重新启动，辅存中存储的数据仍将保留下来，不会丢失。

计算机存储单元的内容计算机的存储单元中存储的内容可以是数据和指令。

存储单元是多个存储元的集合，一般应具有存储数和指令据、读写数据的功能，以8位二进制作为一个存储单元，也就是一个字节。

计算机的存储单元中存储的内容可以是数据和指令。

存储单元：多个存储元的集合一般应具有存储数据和指令、读写数据的功能，以8位二进制作为一个存储单元，也就是一个字节。

每个单元有一个地址，是一个整数编码，可以表示为二进制整数。

程序中的变量和主存储器的存储单元相对应。

变量的名字对应着存储单元的地址，变量内容对应着单元所存储的数据。

存储地址一般用十六进制数表示，而每一个存储器地址中又存放着一组二进制（或十六进制）表示的数，通常称为该地址的内容。

在计算机中最小的信息单位是bit，也就是一个二进制位，8个bit组成一个Byte，也就是字节。

一个存储单元可以存储一个字节，也就是8个二进制位。

计算机的存储器容量是以字节为最小单位来计算的，对于一个有128个存储单元的存储器，可以说它的容量为128字节。

如果有一个1KB的存储器则它有1024个存储单元，它的编号为从0－1023。

存储器被划分成了若干个存储单元，每个存储单元都是从0开始顺序编号，如一个存储器有128个存储单元，则它的编号就是从0-127。

存储地址一般用十六进制数表示，而每一个存储器地址中又存放着一组二进制（或十六进制）表示的数，通常称为该地址的内容。

值得注意的是，存储单元的地址和地址中的内容两者是不一样的。

前者是存储单元的编号，表示存储器中的一个位置，而后者表示这个位置里存放的数据。

正如一个是房间号码，一个是房间里住的人一样。

存放一个机器字的存储单元，通常称为字存储单元，相应的单元地址叫字地址。

而存放一个字节的单元，称为字节存储单元，相应的地址称为字节地址。

如果计算机中可以编址的最小单元是字存储单元，则该计算机称为按字寻址的计算机。

如果计算机中可编址的最小单位是字节，则该计算机称为按字节寻址的计算机。

RAM的一般结构和读写过程RAM（Random Access Memory）是计算机中的一种主要的存储设备，用于临时存储数据和指令。

它具有随机访问数据的能力，可以根据需要快速读取和写入数据。

RAM的一般结构和读写过程如下。

一般结构：RAM由一个或多个存储单元组成，每个存储单元由一个存储位组成，存储位可以存储一个二进制值（0或1）。

每个存储单元都有一个唯一的地址，用于访问和识别该单元。

存储单元可以按照不同的组织方式进行排列，常见的有随机存取存储器（Random Access Memory）、动态随机访问存储器（Dynamic Random Access Memory）和静态随机访问存储器（Static Random Access Memory）等。

读写过程：1.选择存储单元：首先，需要选择要读取或写入的特定存储单元。

这需要使用指定的地址来选择存储单元。

2.读取操作：当需要从RAM中读取数据时，计算机将根据所指定的地址发送一个读取信号。

这会导致特定存储单元中的数据被读取并被放置在RAM的输出线上。

然后，输出线上的数据可以由计算机的其他部分使用，如中央处理器（CPU）。

3.写入操作：当需要将数据写入RAM时，计算机将根据所指定的地址发送一个写入信号，并同时发送要写入的数据。

这会导致特定存储单元中的数据被更新为新的数据值。

4.刷新操作（仅适用于动态RAM）：动态RAM需要定期进行刷新操作，以维持存储单元中的数据值。

这是因为动态RAM中的信息是通过电容器来存储的，电容器会逐渐失去电荷，导致数据丢失。

因此，动态RAM需要周期性地刷新，以重新充电并保持数据的正确性。

5.速度和延迟：RAM具有较快的读写速度，可以在几纳秒的时间内进行操作。

然而，RAM的速度也会受到一些因素的影响，如访问时间、数据传输速度和延迟。

延迟是指从发出指令到开始执行指令所需的时间，而数据传输速度则指数据从RAM传输到其他设备的速率。

总结：RAM的一般结构包括存储单元、地址和数据线等组件，用于临时存储数据和指令。

计算机组成原理——主存储器考研题（2009）14.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）。

每个主存块⼤⼩为32字节，按字节编制。

主存129号单元所在主存块应装⼊到的Cache组号是A.0B. 2C. 4D.6答案：C考点：Cache组相联映射⽅式主存按字节变址，第129号单元代表第129个字节。

主存129单元，所在的块号为129/32=4(从0开始编号)；由于Cache共有16块，采⽤2路组相联，因此共有8组，0，1，2， (7)主存的某⼀字块按模8映像到Cache某组的任⼀字块中，即主存的第0，8，16…字块可以映像到Cache第0组2个字块的任⼀字块中，⽽129号单元是位于第4块主存块中，因此将映射到Cache第4组2个字块的任⼀字块中。

21.假设某计算机的存储系统由 Cache 和主存组成，某程序执⾏过程中访存 1000 次，其中访问 Cache 缺失（未命中）50 次，则 Cache 的命中率是A 5% B.9.5%C. 50%D.95%答案：D考点：Cache命中率的计算（2010）17.下列命令组合情况，⼀次访存过程中，不可能发⽣的是( )A.TLB未命中，Cache未命中，Page未命中B.TLB未命中，Cache命中，Page命中C.TLB命中，Cache未命中，Page命中D.TLB命中，Cache命中，Page未命中答案：D考点：TLB，Cache，Page的含义。

TLB即为快表，快表只是慢表(Page)的⼩⼩副本，因此TLB命中，必然Page也命中，⽽当Page命中，TLB则未必命中，故D不可能发⽣；⽽Cache的命中与否与TLB、Page的命中与否并⽆必然联系。

（2012）17．假设某计算机按字编址，Cache 有 4 个⾏，Cache 和主存之间交换的块为 1 个字。

若 Cache 的内容初始为空，采⽤ 2 路组相联映射⽅式和 LRU 替换算法。

第一章一、选择题1．冯·诺依曼机工作的基本方式的特点是______。

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 存贮器按内容选择地址2．完整的计算机应包括______。

A 运算器、存储器、控制器；B 外部设备和主机；C 主机和实用程序；D 配套的硬件设备和软件系统；3.计算机硬件能直接执行的只有______。

A.符号语言 B 机器语言 C 汇编语言 D 机器语言和汇编语言第三章一、选择题1．系统总线中控制线的功能是______。

A 提供主存、I / O接口设备的控制信号和响应信号B 提供数据信息C 提供时序信号D 提供主存、I / O接口设备的响应信号2.系统总线地址的功能是______。

A 选择主存单元地址；B 选择进行信息传输的设备；C 选择外存地址；D 指定主存和I / O设备接口电路的地址；3.同步传输之所以比异步传输具有较高的传输频率是因为同步传输______。

A 不需要应答信号；B 总线长度较短；C 用一个公共时钟信号进行同步；D 各部件存取时间较为接近；4. 采用串行接口进行七位ASCⅡ码传送，带有一位奇偶校验位为1位起始位和1位停止位，当波特率为9600波特时，字符传送速率为______。

5.在32位总线系统中，若时钟频率为500MHZ，传送一个32位字需要5个时钟周期，则该总线系统的数据传输速率为______MB/S。

A 200 B400 C 600 D800二、填空题1.在计算机系统中，多个系统部件之间信息传送的公共通路称为。

就其所传送信息的性质而言，在公共通路上传送的信息包括数据、、信息。

2．总线控制主要包括______控制和______控制。

第四章1．计算机系统中的存贮器系统是指______。

A RAM存贮器B ROM存贮器C 主存贮器D cache、主存贮器和外存贮器2. 存储单元是指______。

A 存放一个二进制信息位的存贮元 B存放一个机器字的所有存贮元集合C 存放一个字节的所有存贮元集合 D存放两个字节的所有存贮元集合；3.某一RAM芯片，其容量为512×8位，包括电源和接地端，该芯片引出线的最小数目应是______。

1.微型计算机是指以微处理器为核心，配上存储器、输入输出接口电路及系统总线所组成的计算机。

2.微处理器是由一片或几片大规模集成电路组成的具有运算器和控制器功能的部件。

3.8086CPU从功能上讲，其内部结构分为_执行单元_和_总线接口单元_两大部分。

4.1KB＝ 1024 字节，1MB＝ 1024 KB，1GB＝ 1024 MB。

5.带符号数有原码、反码和补码三种表示方法，目前计算机中带符号数都采用补码形式表示。

6.（101110．11）2＝（ 46.75）10＝（ 2E.C）167.已知[ X]补=81H，则X= -127 。

(已知补码如何求真值？)8.假设二进制数A＝10000110，试回答下列问题：1)若将A看成无符号数则相应的十进制数是_134_。

2)若将A看成有符号数则相应的十进制数是_-122_。

（带符号数都采用补码形式表示，已知补码如何求真值？。

）3)若将A看成BCD码则相应的十进制数是_86_。

9.从_奇_地址开始的字称为“非规则字”，访问“非规则字”需_两_个总线周期。

10.8086CPU数据总线是_16_位，对规则字的存取可在一个总线周期完成，11.8086CPU的地址总线有 20 位，可直接寻址 1M B的存储空间。

12.若DS=6100H，则当前数据段的起始地址为 61000H ，末地址为 70FFFH 。

13.动态存储器是靠电容来存储信息的，所以对存储器中所存储的信息必须每隔几毫秒刷新一次。

14.8086 CPU复位后，执行的第一条指令的物理地址是 FFFF0H 。

15.8086CPU系统的逻辑地址由段地址和偏移地址组成，物理地址的求法是段地址左移4位+偏移地址。

16.堆栈是以_先进后出_的原则存取信息的一个特定存贮区。

8086的堆栈可在1MB 存贮空间内设定，由堆栈段寄存器 SS 和堆栈指针 SP 来定位。

堆栈操作是以字为单位。

17.转移指令分为条件转移指令和无条件转移指令，条件转移指令的转移目的地址只能是短标号，即转移范围不能超过_-128——+127_字节。