chap5-3存储层次
[考研类试卷]计算机专业基础综合(存储器系统的层次结构)模拟试卷2.doc
[考研类试卷]计算机专业基础综合（存储器系统的层次结构）模拟试卷 2 一、单项选择题 1-40小题，每小题2分，共80分。下列每题给出的四个选项中，只有一个选项是最符合题目要求的。 1 下列关于DRAM和SRAM的说法中，错误的是( )。 Ⅰ．SRAM不是易失性存储器，而DRAM是易失性存储器 Ⅱ．DRAM比SRAM集成度更高，因此读写速度也更快 Ⅲ．主存只能由DRAM构成，而高速缓存只能由SRAM构成 Ⅳ．与SRAM相比，DRAM由于需要刷新，所以功耗较高 （A）Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ （B）Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ （C）Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ （D）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ 2 某机字长32位，主存容量1 MB，按字编址，块长512 B，Cache共可存放16个块，采用直接映射方式，则Cache地址长度为( )。 （A）11位 （B）13位 （C）18位 （D）20位 3 在Cache和主存构成的两级存储体系中，Cache的存取时间是100ns，主存的存取时间是1000ns。如果希望有效(平均)存取时间不超过(；ache存取时间的15％，则Cache的命中率至少应为( )。
（A）90％ （B）98％ （C）95％ （D）99％ 4 下列关于Cache写策略的论述中，错误的是( )。 （A）全写法(写直达法)充分保证Cache与主存的一致性 （B）采用全写法时，不需要为Cache行设置“脏位／修改位” （C）写回法(回写法)降低了主存带宽需求(即减少了Cache与主存之间的通信量) （D）多处理器系统通常采用写回法 5 假定用若干个8K×8位的芯片组成一个32K×32位的存储器，则地址41FDH所在芯片的最大地址是( )。 （A）0000H （B）4FFFH （C）5FFFH （D）7FFFH 6 某机器采用四体低位交叉存储器，现分别执行下述操作： (1)读取6个连续地址单元中存放的存储字，重复80次； (2)读取8个连续地址单元中存放的存储字，重复60次； 则(1)、(2)所花时间之比为( )。 （A）1：1
存储层次
第五章存储层次 5.1名词解释 1．存储层次——采用不同的技术实现的存储器，处在离CPU不同距离的层次上，目标是达到离CPU最近的存储器的速度，最远的存储器的容量。 2．全相联映象——主存中的任一块可以被放置到Cache中任意一个地方。 3．直接映象——主存中的每一块只能被放置到Cache中唯一的一个地方。 4．组相联映象——主存中的每一块可以放置到Cache中唯一的一组中任何一个地方（Cache 分成若干组，每组由若干块构成）。 5．替换算法——由于主存中的块比Cache中的块多，所以当要从主存中调一个块到Cache 中时，会出现该块所映象到的一组（或一个）Cache块已全部被占用的情况。这时，需要被迫腾出其中的某一块，以接纳新调入的块。 6．L RU——选择最近最少被访问的块作为被替换的块。实际实现都是选择最久没有被访问的块作为被替换的块。 7．写直达法——在执行写操作时，不仅把信息写入Cache中相应的块，而且也写入下一级存储器中相应的块。 8．写回法——只把信息写入Cache中相应块，该块只有被替换时，才被写回主存。 9．按写分配法——写失效时，先把所写单元所在的块调入Cache，然后再进行写入。10．不按写分配法——写失效时，直接写入下一级存储器中，而不把相应的块调入Cache。11．写合并——在往缓冲器写入地址和数据时，如果缓冲器中存在被修改过的块，就检查其地址，看看本次写入数据的地址是否和缓冲器内某个有效块的地址匹配。如果匹配，就将新数据与该块合并。 12．命中时间——访问Cache命中时所用的时间。 13．失效率——CPU访存时，在一级存储器中找不到所需信息的概率。 14．失效开销——CPU向二级存储器发出访问请求到把这个数据调入一级存储器所需的时间。 15．强制性失效——当第一次访问一个块时，该块不在Cache中，需要从下一级存储器中调入Cache，这就是强制性失效。 16．容量失效——如果程序在执行时，所需要的块不能全部调入Cache中，则当某些块被替换后又重新被访问，就会产生失效，这种失效就称作容量失效。 17．冲突失效——在组相联或直接映象Cache中，若太多的块映象到同一组（块）中，则会出现该组中某个块被别的块替换（即使别的组或块有空闲位置），然后又被重新访问的情况。 18．2：1Cache经验规则——大小为N的直接映象Cache的失效率约等于大小为N /2的两路组相联Cache的实效率。 19．相联度——在组相联中，每组Cache中的块数。 20．V ictim Cache——位于Cache和存储器之间的又一级Cache，容量小，采用全相联策略。 用于存放由于失效而被丢弃（替换）的那些块。每当失效发生时，在访问下一级存储器之前，先检查Victim Cache中是否含有所需块。 21．伪相联Cache——一种既能获得多路组相联Cache的低失效率，又能获得直接映象Cache 的命中速度的相联办法。 22．故障性预取——在预取时，若出现虚地址故障或违反保护权限，就会发生异常。23．非故障性预取——在预取时，若出现虚地址故障或违反保护权限，不发生异常。
第7章 存储器分层体系结构 复习要点
第7章存储器分层体系结构复习要点 一、存储器概述和存储器芯片 1. 熟悉随机存取存储器、顺序存取存储器、直接存取存储器、相联存储器、只读存储器、读写存储器、非易失（不挥发）性存储器、易失（挥发）性存储器、静态存储器、动态存储器这些名称的含义。这些类型的存储器在计算机的层次结构存储系统中 按工作性质/存取方式分类： 随机存取存储器(RAM) ：每个单元读写时间一样，且与各单元所在位置无关。如：内存。（注：原意主要强调地址译码时间相同。现在的DRAM芯片采用行缓冲，因而可能因为位置不同而使访问时间有所差别。） 顺序存取存储器(SAM)：数据按顺序从存储载体的始端读出或写入，因而存取时间的长短与信息所在位置有关。例如：磁带。 直接存取存储器(DAM)：直接定位到读写数据块，在读写数据块时按顺序进行。如磁盘。相联存储器（AM/CAM)：按内容检索到存储位置进行读写。例如：快表。 按信息的可更改性分类: 读写存储器（Read / Write Memory)：可读可写。 只读存储器（Read Only Memory)：只能读不能写。 按断电后信息的可保存性分类： 非易失（不挥发）性存储器(Nonvolatile Memory) 信息可一直保留，不需电源维持。（如：ROM、磁表面存储器、光存储器等） 易失（挥发）性存储器(Volatile Memory) 电源关闭时信息自动丢失。（如：RAM、Cache）按功能/容量/速度/所在位置分类： 寄存器(Register)封装在CPU内，用于存放当前正在执行的指令和使用的数据；用触发器
实现，速度快，容量小（几~几十个）。 高速缓存(Cache)位于CPU内部或附近，用来存放当前要执行的局部程序段和数据；用SRAM实现，速度可与CPU匹配，容量小（几MB）。 内存储器MM（主存储器Main (Primary) Memory）位于CPU之外，用来存放已被启动的程序及所用的数据；用DRAM实现，速度较快，容量较大（几GB）。 外存储器AM (辅助存储器Auxiliary / Secondary Storage)位于主机之外，用来存放暂不运行的程序、数据或存档文件；用磁表面或光存储器实现，容量大而速度慢。 2. 层次结构存储系统中的寄存器、高速缓存、内存(主存)、外存它们所在的位置、工作速度、存储容量、成本等的相对大小和大致的数量级。这些存储器和前述各类存储器之间的对应关系。 3. 静态存储器和动态存储器的基本工作机制；动态存储器刷新的概念，按行刷新的含义。最大刷新周期的确定的依据是什么。DRAM的集中刷新、分散刷新和异步刷新的刷新操作与正常访存分别是如何安排的？ 4. 了解SDRAM芯片中的突发传输方式 二、存储器容量的扩展及其与CPU的连接 1. 位扩展、字扩展、字位扩展方式，系统存储容量的计算，芯片数的计算，这几种扩展方式下的芯片(组)与片选信号的地址线分配，各芯片(组)的地址范围的计算、划分。片选信号用地址信号表示的逻辑表达式。 三、高速缓冲存储器(cache) 1. 直接映射、全相联映射、组相联映射三种方式映射关系；三种方式下的主存地址与cache 的行、内容之间的对应关系；cache容量的计算方法，注意区分数据区、标记、有效位。 2. CPU对cache的访问时，直接映射采用的是按地址进行查找的方法，而全相联映射采用
第6章 存储器层次结构
n局部性原理★ n存储器层次结构☆n高速缓存存储器☆
n到目前为止的计算机模型中，我们假设计算机的存储器系统是一个线性的字节数组，而CPU能够在一个常数时间内访问每个存储器位置。但它没有反映现代系统实际的工作方式。 n实际上，存储器系统是一个具有不同容量、成本和访问时间的存储设备的层次结构。 n如果你的程序需要的数据是存储在CPU寄存器中，那在指令的执行期间，在零个周期内就能访问到它们；如果存储在高速缓存中，需要1~30个周期；如存储在主存中，需要50~200个周期；如存储在磁盘上，需要大约几千万个周期 n作为一个程序员，需要理解存储器层次结构，它对应用程序的性能有着巨大的影响，这是因为计算机程序的一个称为局部性的基本属性引起的。
?不同矩阵乘法核心程序执行相同数量的算术操作，但有不同程度局部性，它们运行时间可以相差20倍 ?本章将介绍基本的存储技术、局部性、高速缓冲存储器等内容。
n局部性原理★ n存储器层次结构☆n高速缓存存储器☆
?RAM(随机访问存储器，Random-Access Memory )–静态RAM (SRAM) ?每个cell使用6个晶体管电路存储一个位 ?只要有电，就会无限期地保存它的值 ?相对来说，对电子噪声等干扰不敏感 ?比DRAM更快、更贵 –动态RAM (DRAM) ?每个cell使用1个电容和1个访问晶体管电路存储一个位 ?每隔10-100 ms必须刷新值 ?对干扰敏感 ?比SRAM慢，便宜 ü拍、太、吉、兆、千、毫、微、纳(毫微)、皮(微微)、飞(毫微微)
?传统DRAM芯片 –所有cell被组织为d个supercell，每个supercell包含了w个cell，一个d×w的DRAM总共存储了dw位信息。supercell被组织成r行c 列的矩阵，即rc=d。
第五章 存储层次
第5章存储层次 5.1解释下列术语 多级存储层次：采用不同的技术实现的存储器，处在离CPU不同距离的层次上，各存储器之间一般满足包容关系，即任何一层存储器中的内容都是其下一层（离CPU更远的一层）存储器中内容的子集。目标是达到离CPU最近的存储器的速度，最远的存储器的容量。 全相联映象：主存中的任一块可以被放置到Cache中任意一个地方。 直接映象：主存中的每一块只能被放置到Cache中唯一的一个地方。 组相联映象：主存中的每一块可以放置到Cache中唯一的一组中任何一个地方（Cache分成若干组，每组由若干块构成）。 替换算法：由于主存中的块比Cache中的块多，所以当要从主存中调一个块到Cache中时，会出现该块所映象到的一组（或一个）Cache块已全部被占用的情况。这时，需要被迫腾出其中的某一块，以接纳新调入的块。 LRU：选择最近最少被访问的块作为被替换的块。实际实现都是选择最久没有被访问的块作为被替换的块。 写直达法：在执行写操作时，不仅把信息写入Cache中相应的块，而且也写入下一级存储器中相应的块。 写回法：只把信息写入Cache中相应块，该块只有被替换时，才被写回主存。 按写分配法：写失效时，先把所写单元所在的块调入Cache，然后再进行写入。 不按写分配法：写失效时，直接写入下一级存储器中，而不把相应的块调入Cache。 命中时间：访问Cache命中时所用的时间。 失效率：CPU访存时，在一级存储器中找不到所需信息的概率。 失效开销：CPU向二级存储器发出访问请求到把这个数据调入一级存储器所需的时间。 强制性失效：当第一次访问一个块时，该块不在Cache中，需要从下一级存储器中调入Cache，这就是强制性失效。 容量失效：如果程序在执行时，所需要的块不能全部调入Cache中，则当某些块被替换后又重新被访问，就会产生失效，这种失效就称作容量失效。 冲突失效：在组相联或直接映象Cache中，若太多的块映象到同一组（块）中，则会出现该组中某个块被别的块替换（即使别的组或块有空闲位置），然后又被重新访问的情况。
存储层次
第5章存储层次 存储器的三个主要指标 从用户的角度来看，存储器的三个主要指标是：容量、速度和价格。 多级存储层次 由若干个采用不同实现技术的存储器构成的存储器系统。各存储器处在离CPU不同距离的层次上。其目标是速度接近于离CPU最近的存储器的速度，容量达到离CPU最远的存储器的容量。 命中率H CPU在第一级存储器中找到所需数据的概率。 不命中率或失效率F CPU在第一级存储器中找不到所需数据的概率。 失效开销 CPU向第二级存储器发出访问请求到把这个数据块调入第一级存储器所需的时间。 平均访问时间T A T A＝命中时间＋失效率×失效开销 “Cache－主存”层次 在CPU和主存之间增加一级速度快、但容量较小而每位价格较贵的高速缓冲存储器。借助于辅助软硬件，它与主存构成一个有机的整体，以弥补主存速度的不足。 “主存－辅存”层次 “主存—辅存”层次的目的是为了弥补主存容量的不足。它是在主存外面增加一个容量更大、每位价格更便宜、但速度更慢的存储器。它们依靠辅助软硬件的作用，构成一个整体。 全相联映像 当把一个块从主存调入Cache时，它可以被放置到Cache中的任意一个位置。 直接映像 当把一个块从主存调入Cache时，它只能被放置到Cache中唯一的一个位置。 组相联映像 当把一个块从主存调入Cache时，它可以被放置到Cache中唯一的一个组中的任何一个位置（Cache被等分为若干组，每组由若干个块构成）。 n路组相联 在组相联映像中，如果每组中有n个块，则称该映像规则为n路组相联。
组相联映像中每组中的块数。 目录表 目录表所包含的项数与Cache的块数相同，每一项对应于Cache中的一个块，用于指出当前该块中存放的信息是哪个主存块的。 候选位置 一个主存块可能映像到Cache中的一个或多个Cache块位置，这些Cache块位置称为候选位置。 随机法 随机地选择被替换的块。 先进先出法(FIFO) 选择最早调入的块作为被替换的块。 最近最少使用法(LRU) 选择近期最少被访问的块作为被替换的块。 写直达法 在执行“写”操作时，不仅把信息写入Cache中相应的块，而且也写入下一级存储器中相应的块。 写回法 在执行“写”操作时，只把信息写入Cache中相应的块。该块只有在被替换时，才被写回主存。 按写分配法 写失效时，先把所写单元所在的块调入Cache，然后再进行写入。 不按写分配法 写失效时，直接写入下一级存储器中，而不把相应的块调入Cache。 分离Cache 将单一的Cache分为两个Cache：一个专门存放指令，另一个专门存放数据。 混合Cache 将指令和数据放在一个统一的Cache中。 强制性失效 当第一次访问一个块时，该块不在Cache中，需从下一级存储器中调入Cache，这就是强制性失效。