第四章 存储器
第四章-存储器04-高速缓冲存储器
Cache 000 001 010 011 100 101 110 111 000 001 010 011 100 101 110 111
调入
4.1、地址映象——直接映像
例2：设一个Cache中有8块，访问主存进行读操作的块地址依次为： 10110、11010、10110、11010、10000、00100、10010， 求每次访问时Cache的内容。
硬件完成功能： 访存地址 转成 Cache地址 辅助存储器
Cache 的全部功能都是 由硬件完成的， 对程序员来说是透明的。
4.1、地址映象
映象：其物理意义就是位置的对应关系，将主存地址变成Cache地址。
常见的映象方式主要有三种： 1）直接映象 2）全相联映象 3）组相联映象
CPU Cache 字 数据总线 字
2位 主存区号标记 00 主存块号 比较 3位 区内块号 100 Cache块号 未命中 访问内存 000 001 010 011 100 101 110 111 块内地址 块内地址
Cache
000 001 010 011 100 101 110 111
调入
块表 000 001 010 011 100 101 110 111
4、高速缓冲存储器（Cache）
考研试题精选：
假设：CPU执行某段程序时，共访问Cache 3800 次，访问主存200 次，已知Cache存取周期为50ns，主存存取周期为250ns。
求：Cache—主存系统的平均存取时间和效率。 解： 系统命中率 h = 3800 / 3800 + 200 = 0.95
Cache
000 001 010 011 100 101 110 111 调入
块表 000 10 001 010 11 011 100 101 110 10 111
计算机原理 第四章 存储系统 课堂笔记及练习题
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。
(完整word版)第四章存储器习题
第四章存储器一、填空题1. 计算机中的存储器是用来存放的,随机访问存储器的访问速度与无关.√2。
主存储器的性能指标主要是、存储周期和存储器带宽。
√3。
存储器中用来区分不同的存储单元，1GB= KB。
√4。
半导体存储器分为、、只读存储器(ROM)和相联存储器等。
√5. 地址译码分为方式和方式.√6。
双译码方式采用个地址译码器，分别产生和信号。
√7。
若RAM芯片内有1024个单元，用单译码方式，地址译码器将有条输出线；用双译码方式,地址译码器有条输出线。
√8. 静态存储单元是由晶体管构成的，保证记忆单元始终处于稳定状态，存储的信息不需要。
√9. 存储器芯片并联的目的是为了 ,串联的目的是为了。
10. 计算机的主存容量与有关，其容量为。
11。
要组成容量为4M×8位的存储器,需要片4M×1位的存储器芯片并联，或者需要片1M×8位的存储器芯片串联。
12. 内存储器容量为6K时，若首地址为00000H,那么末地址的十六进制表示是。
13 主存储器一般采用存储器件，它与外存比较存取速度、成本。
14 三级存储器系统是指这三级、、。
15 表示存储器容量时KB= ,MB= ;表示硬盘容量时,KB= ，MB= 。
16一个512KB的存储器，其地址线和数据线的总和是。
17 只读存储器ROM可分为、、和四种.18 SRAM是；DRAM是；ROM是；EPROM是。
19半导体SRAM靠存储信息，半导体DRAM则是靠存储信息。
20半导体动态RAM和静态RAM的主要区别是。
21MOS半导体存储器可分为、两种类型，其中需要刷新。
22 广泛使用的和都是半导体③存储器。
前者的速度比后者快，但不如后者高，它们的共同缺点是断电后保存信息.23 EPROM属于的可编程ROM，擦除时一般使用，写入时使用高压脉冲.24 单管动态MOS型半导体存储单元是由一个和一个构成的。
25 动态半导体存储器的刷新一般有、和三种方式。
计算机组成原理4第四章存储器PPT课件精选全文
4.2
11
4.2
请问： 主机存储容量为4GB，按字节寻址，其地址线 位数应为多少位？数据线位数多少位？ 按字寻址（16位为一个字）,则地址线和数据线 各是多少根呢？
12
数据在主存中的存放
设存储字长为64位（8个字节），即一个存 取周期最多能够从主存读或写64位数据。
读写的数据有4种不同长度:
字节 半字 单字 双字
34
3. 动态 RAM 和静态 RAM 的比较
主存
DRAM
SRAM
存储原理
电容
触发器
集成度
高
低
芯片引脚
少
多
功耗
小
大
价格
低
高
速度
慢
快
刷新
有
无
4.2
缓存
35
内容回顾: 半导体存储芯片的基本结构 4.2
…… ……
地
译
存
读
数
址
码
储
写
据
线
驱
矩
电
线
动
阵
路
片选线
读/写控制线
地址线（单向） 数据线（双向） 芯片容量
D0
…… D 7
22
(2) 重合法（1K*1位重合法存储器芯片）
0 A4
0,00
…
0,31
0 A3
X 地
X0
32×32
… …
0址
矩阵
A2
译
0码
31,0
…
31,31
A1
器 X 31
0 A0
Y0 Y 地址译码器 Y31 A 9 0A 8 0A 7 0A 6 0A 5 0
存储器管理
第四章存储器管理第0节存储管理概述一、存储器的层次结构1、在现代计算机系统中，存储器是信息处理的来源与归宿，占据重要位置。
但是，在现有技术条件下，任何一种存储装置，都无法从速度、容量、是否需要电源维持等等多方面，同时满足用户的需求。
实际上它们组成了一个速度由快到慢，容量由小到大的存储装置层次。
图4-1 计算机系统存储器层次示意图2、各种存储器•寄存器、高速缓存Cache：容量很小、非常快速、昂贵、需要电源维持、CPU可直接访问；•内存RAM：容量在若干KB、MB、GB，中等速度、中等价格、需要电源维持、CPU可直接访问；•磁盘高速缓存：一般设于主存中；•多种类型的磁盘：容量在数MB或数GB，低速、价廉、不需要电源维持、CPU不可直接访问；由操作系统协调这些存储器的使用。
二、存储管理(主存管理)的目的1、尽可能地方便用户；提高主存储器的使用效率，使主存储器在速度、规模和成本之间获得较好的权衡。
(注意CPU和主存储器，这两类资源管理的区别)2、存储管理的主要功能：•地址重定位•主存空间的分配与回收•主存空间的保护和共享•主存空间的扩充三、逻辑地址与物理地址1、逻辑地址(相对地址，虚地址)：用户源程序经过编译/汇编、链接后，程序内每条指令、每个数据等信息，都会生成自己的地址。
●一个用户程序的所有逻辑地址组成这个程序的逻辑地址空间(也称地址空间)。
这个空间是以0为基址、线性或多维编址的。
2、物理地址(绝对地址，实地址)：是一个实际内存(字节)单元的编址。
●计算机内所有内存单元的物理地址组成系统的物理地址空间，它是从0开始的、是一维的；●将用户程序被装进内存，一个程序所占有的所有内存单元的物理地址组成该程序的物理地址空间(也称存储空间)。
四、地址映射(变换、重定位)当程序被装进内存时，通常每个信息的逻辑地址和它的物理地址是不一致的，需要把(程序中的)逻辑地址转换为对应的物理地址----地址映射；例如指令LOAD L，2500 /*将2500号单元内的数据送入寄存器L*/ ----P123图4-3 作业装进内存时的情况地址映射分静态和动态两种方式。
存储器作业参考答案
存储器作业参考答案(共8页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第四章存储器作业一、选择题1.和外存相比，内存的特点是（）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2.某EPROM芯片上有19条地址线A0~A18，它的容量为（）。
A．128K B．256K C．512K D．1024K3. 下面列出的四种存储器中，易失性存储器是（）A．RAM B．ROM C．PROM D．CD-ROM4. 主存储器的性能指标主要有主存容量、存取速度、可靠性和（）A. 存储器存取时间B. 存储周期时间C. 存储器产品质量D. 性能/价格比5. 用一片EPROM芯片构成系统内存，其地址范围为F0000H～F0FFFH，无地址重叠，该内存的存储容量为（）A．2KB B．4KB C．8KBD．16KB6. 计算机中地址的概念是内存储器各存储单元的编号，现有一个32KB的存储器，用十六进制对它的地址进行编码，则编号可从0000H到（）H。
A．32767 B．7FFF C．8000 D．8EEE7. 若存储器中有1K个存储单元，采用单译码方式时需要译码输出线数为（）A．1024 B．10 C．32 D．648. 内存储器与中央处理器（）A．可以直接交换信息B．不可以直接交换信息C．不可以交换信息D．可以间接交换信息9. 某存储器容量为32K×16位，则（）A．地址线为16根，数据线为32根B．地址线为32根，数据线为16根C．地址线为15根，数据线为16根D．地址线为15根，数据线为32根10. 下列存储器中哪一种存取速度最快（）A．SRAM B．DRAM C．EPROMD．磁盘11. 存取周期是指（）A．存储器的读出时间B．存储器的写入时间C．存储器进行连续读和写操作所允许的最短时间间隔D．存储器进行连续写操作所允许的最短时间间隔12. 若存储器中有1K个存储单元，采用双译码方式时需要译码输出线数为（）A．1024 B．10 C．32 D．6413. 有一静态RAM芯片的地址线为A0～A10，数据线为D0～D3，则该存储器芯片的存储容量为（）A．1KB B．2KB C．1K×4位D．2K×4位14.计算机的内存可采用（）A. ROM和RAMB. RAMC. ROMD. 磁盘15.内存地址从40000H到BBFFFH共有（）A．1024KB B．4096KB C．496KB D．448KB16.擦除EPROM是用（）A．+5V电压B．+15V电压C．+21V电压D．紫外光照射17. 需要定时刷新的存储器是（）。
第4章 存储器管理练习答案
第四章存储器管理一、单项选择题1、存储管理的目的是（C ）。
A.方便用户B.提高内存利用率C.方便用户和提高内存利用率D.增加内存实际容量2、在（ A）中，不可能产生系统抖动的现象。
A.固定分区管理B.请求页式管理C.段式管理D.机器中不存在病毒时3、当程序经过编译或者汇编以后，形成了一种由机器指令组成的集合，被称为（B ）。
A.源程序B.目标程序C.可执行程序D.非执行程序4、可由CPU调用执行的程序所对应的地址空间为（D ）。
A.符号名空间B.虚拟地址空间C.相对地址空间D.物理地址空间5、存储分配解决多道作业[1C]划分问题。
为了实现静态和动态存储分配，需采用地址重定位，即把[2C]变成[3D]，静态重定位由[4D]实现，动态重定位由[5A]实现。
供选择的答案：[1]：A 地址空间 B 符号名空间 C 主存空间 D 虚存空间[2]、[3]： A 页面地址 B 段地址 C 逻辑地址 D 物理地址 E 外存地址 F 设备地址[4]、[5]： A 硬件地址变换机构 B 执行程序 C 汇编程序D 连接装入程序E 调试程序F 编译程序G 解释程序6、分区管理要求对每一个作业都分配（A ）的内存单元。
A.地址连续B.若干地址不连续C.若干连续的帧D.若干不连续的帧7、（C ）存储管理支持多道程序设计，算法简单，但存储碎片多。
A.段式B.页式C.固定分区D.段页式8、处理器有32位地址，则它的虚拟地址空间为（ B）字节。
A.2GBB.4GBC.100KBD.640KB9、虚拟存储技术是（ A）。
A.补充内存物理空间的技术B.补充相对地址空间的技术C.扩充外存空间的技术D.扩充输入输出缓冲区的技术10、虚拟内存的容量只受（ D）的限制。
A.物理内存的大小B.磁盘空间的大小C.数据存放的实际地址D.计算机地址字长11、虚拟存储技术与（A ）不能配合使用。
A.分区管理B.动态分页管理C.段式管理D.段页式管理12、（B ）指将作业不需要或暂时不需要的部分移到外存，让出内存空间以调入其他所需数据。
计算机组成原理第4章 主存储器
4.5 读/写存储器
VDD Xi
静态存储器(SRAM)
其中T1~T4组成两个反相器，构成双稳 态触发器，可存储一位二值信息。T5、 T6两只门控管相当于模拟开关，它们 的栅极接到字线上。由字选择线（行地 址译码器输出Xi ）控制该单元是否被 选中。还有两条位线连接到T5、T6 上 用来传送读写信号，T7、T8的开关状 态控制位线与输入/输出缓冲器间是否 接通,它们的开关状态受列译码器输出 Yj控制。
T3
T4
·
A
T1 T2
B
·
Bj
T8
T6
Bj
T7
D A3
Yj A1
D A2
R/W
I/O
计算机组成与结构
延安大学计算机学院
4.5 读/写存储器
计算机组成与结构
延安大学计算机学院
4.5 读/写存储器
静态存储器(SRAM)
计算机组成与结构
延安大学计算机学院
4.5 读/写存储器
动态存储器（DRAM）
计算机组成与结构
延安大学计算机学院
4.1 主存储器处于全机中心地位
在现代计算机中，主存储器处于全机中心地位，其原 因是：
当前计算机正在执行的程序和数据均存放在存储器中。 DMA(直接存储器存取)技术和输入/输出通道技术，在
存储器与输入/输出系统之间直接传送数据。
共享存储器的多处理机，利用存储器存放共享数据，
EEPROM：可用电擦除的可编程序只读存储器。
Flash Memory: 快擦型存储器(可以整块擦除，也可局部擦除)。
上述各种存储器中，RAM为“易失性存储器”，其余的 称为“非易失性存储器”(断电以后信息不会丢失)。
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第四章存储器
（一）选择题
1.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
2.某计算机字长是16位，它的存储容量是64 KB，按字编址，它的寻址范围是
A. 64K
B. 32 KB
C. 32K
3.某计算机字长是16位，它的存储容量是1 MB，按字编址，它的寻址范围是
A. 512K
B. 1 M
C.512 KB
4.某计算机字长是32位，它的存储容量是64 KB，按字编址，它的寻址范围是
A. 16 KB
B. 16K
C. 32K
5.某计算机字长是32位，它的存储容量是256 KB，按字编址，它的寻址范围是
A. 128 K
B. 64K
C. 64 KB
6.某一RAM芯片，其容量为512 x8位，除电源和接地端外，该芯片引出线的最少数目
是
A. 21
B. 17
C. 19
7.若主存每个存储单元存放16位二进制代码，则
A.其地址线为16根
B.其地址线数与16无关
C.其地址线数与16有关
8. EPROM是指
A.只读存储器
B.可编程的只读存储器
C.可擦洗可编程的只读存储器
9.可编程的只读存储器
A.不一定是可改写的
B.一定是可改写的
C.一定是不可改写的
10下述说法中是正确的。
A. EPROM是可改写的，因而也是随机存储器的一种。
B. EPROM是可改写的但它不能作为随机存储器
C. EPROM只能改写一次，故不能作为随机存储器
11.交叉编址的存储器实质是一种存储器，它能执行独立的读写操作。
A.模块式，并行，多个
B.模块式，串行，多个
C.整体式，并行，一个
12.主存和CPU之间增加高速缓冲存储器的目的是
A.解决CPU和主存之间的速度匹配问题
B.扩大主存容量
C.既扩大主存容量，又提高存取速度
13.在程序的执行过程中，缓存与主存的地址映射是由
A.操作系统来管理的
B.程序员调度的
C.由硬件自动完成的
14.采用虚拟存储器的目的是
A.提高主存的速度
B.扩大辅存的存取空间
C.扩大存储器的寻址空间
15常用的虚拟存储器寻址系统由两级存储器组成。
A.主存一辅存
B.缓存一主存
C.缓存一辅存
16.在虚拟存储器中，当程序正在执行时，由完成地址映射。
A.程序员
B.编译器C操作系统
17.设机器字长为64位，存储容量为128 MB，若按字编址，它的寻址范围是
A. 16 MB
B. 16M
C. 32M
18.在下列因素中，与缓存的命中率无关的是
A.缓存块的大小
B.缓存的容量
C.主存的存取时间
19.设机器字长为32位，存储容量为16 MB，若按双字编址，其寻址范围是
A. 8 MB
B. 2M
C. 4M
20.缓存的地址映射中，若主存中的任一块均可映射到缓存内的任一块的位置上，称做
A.直接映射
B.全相联映射
C.组相联映射
21.下列器件中存取速度最快的是
A.缓存
B.主存
C.寄存器
（二）填空题
1.半导体静态RAM依据触发器原理存储信息，半导体动态RAM依据电容存储电荷原理存储信息。
2. RAM的速度指标一般用存取周期表示。
3.动态半导体存储器的刷新一般有集中刷新、分散刷新和异步刷新三种方式，之所以刷新是因为存储电荷的电容放电。
4.半导体静态RAM进行读/写操作时，必须先接受地址信号，再接受片选和读写信号。
5.用1 Kxl位的存储芯片组成容量为16Kx8位的存储器共需128片。
6.主存可以和.缓存，辅存，CPU交换信息，辅存可以和主存交换信息，快速缓存可以.主存，. CPU交换信息。
7.缓存是设在. CPU 和主存之间的一种存储器，其速度与CPU速度匹配，其容量与缓存中数据的命中率有关。
8使用高速缓冲存储器是为了解决CPU和主存的速度匹配问题，提高访存速度，缓存的地址对用户是透明的，存储管理主要由硬件实现。
使用虚拟存储器是为了解决扩大存储器容量问题，存储管理主要由硬件和操作系统实现。
后一种情况CPU不直接访问第二级存储器。
9.将主存地址映射到缓存中定位称为地址映射，将主存地址变换成缓存地址称为地址变换，当新的主存块需要调入缓存中，而它的可用位置又被占用时，需根据替换算法解决调入问题。
10.缓存的命中率是指. CPU要访问的信息已在缓存中的比率，命中率与缓存的块长和容量有关。
11. Cache是一种高速缓冲存储器，用来解决CPU与主存之间速度不匹配的问题。
现代的缓存可分为片载缓存和片外缓存两级，并将指令缓存和数据缓存分开设置。
12.反映存储器性能的三个指标是速度、容量和价格/位，为了解决这三方面的矛盾，计算
机采用多级存储体系结构。
13.主存储器的技术指标有.存储容量，存取周期，存储器带宽
14.存储器的带宽是指每秒从存储器中读出或写入的二进制代码位数。
15.虚拟存储器通常由主存，和辅存两级组成。
为了要运行某个程序，必须把逻辑地址映射到主存的物理地址空间上，这个过程叫地址映射
16.在缓存-主存的地址映射中，全相联映射灵活性强，全相联映射成本最高。
17.由容量为16 KB的缓存和容量为16 MB的主存构成的存储系统的总容量为16 MB
18.一个容量为16 Mx8位的DRAM芯片，其地址线有24条，数据线有8条，地址范围
为0000到FFFFFF H(均用十六进制表示)。
(三)问答题
1.试比较主存、辅存、缓存、控存、虚存。
答：主存又称为内存，直接与CPU交换信息。
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。
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。
控存是微程序控制器中用来存放微指令的存储器，通常由ROM组成，速度应比主在更快。
虚存是为了解决扩大主存容量和地址分配问题，把主存和辅存统一成一个整体。
从整体上看，速度取决于主存，容量取决于辅存。
实际上CPU仍然只与主存交换信息，由操作系统和硬件共同实现主存和辅存之间信息的自动交换。
2.试比较RAM和ROM。
答：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。
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。
3.试比较静态RAM和动态RAM。
答：.静态RAM和动态RAM都属随机存储器，即在程序的执行过程中既可读出信息又可写入信息口但静态RAM靠触发器原理存储信息，只要电源不掉电，信息就不会丢失;动态RAM 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，信息也会丢失，故需再生。
4.名词解释:读时间和读周期。
答：.读周期是存储器进行两次连续读操作的最小间隔时间;读时间是从CPU给出地址信号到被选单元的内容读到数据线上的这段时间，读周期大于读时间。
5.名词解释:写时间和写周期。
答：写周期是存储器进行两次连续写操作的最小间隔时间;写时间是从CPU给出地址信号后，将数据线上的信息写入被选单元中所需的时间，写周期大于写时间。
6.名词解释:存取周期、存取时间、存储容量。
答：存取周期是存储器进行两次连续、独立的操作(读或写)之间所需的最小间隔时间。
存取时间又分读时间和写时间，读时间是从CPU给出地址信号到被选单元的内容读到数据线上的这段时间;写时间是从CPU给出地址信号到数据线上的信息写入被选单元中所需的时间。
存储容量是存储器存放二进制代码的总数量。
7.名词解释:存储元、存储单元、存储单元地址、存储字、存储字长。
答：存储元即存储一位二进制代码的基本单元电路。
存储单元由若干个存储元组成，用来存放多位二进制代码。
许多存储单元组成存储器。
为了便于访问存储器的任一单元，对每一个存储单元按一定顺序给予一个地址编号，称为存储单元地址。
存储单元中二进制代码的组合即为存储宇。
存储单元中二进制代码的位数称为存储字长。
8.主存和辅存的速度指标有何不同?为什么会有这些不同?
答：主存的速度指标用存取周期表示。
辅存的速度指标，以磁盘为例，一般包括寻找(寻道) 时间、等待时间和数据传输时间三项指标。
因为主存是随机存取存储器，存取周期不随存储单元的地址不同而改变。
而磁盘存储器属磁表面存储器，其存取周期与存储单元的位置有关，不同位置所需的寻道时间和等待时间(在磁道上找到指定扇段位置所需的时间)不同，故不能以一个物理量来衡量。