计算机组成原理第四章 存储器
计算机组成原理第四章作业答案
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。
计算机组成原理课后答案第四章_庞海波
设DRAM的刷新最大间隔时间为2ms，
则异步刷新的刷新间隔=2ms/256行=0.0078125ms =7.8125µs
即：每7.8125µs刷新一行。
集中刷新时，死时间为256*0.1us=25.6us。
分散刷新，刷新间隔0.2us，死时间为0.1us，读写周期0.2us
异步刷新，死时间0.1us，刷新间隔7.8125us。
第四章思考题与习题
1．解释下列概念主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、Flash Memory
答：
主存：与CPU直接交换信息，用来存放数据和程序的存储器。
辅存：主存的后援存储器，不与CPU直接交换信息。
CACHE：为了解决CPU和主存的速度匹配，设在主存与CPU之间，起缓冲作用，用于提高访存速度的一种存储器。
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，接近于Cache的速度，而容量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，其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存
页面容量=总容量/页面数= 64K×8 / 4 = 16K×8位，4片16K×8字串联成64K×8位
组容量=页面容量/组数= 16K×8位/ 16 = 1K×8位，16片1K×8位字串联成16K×8位
组内片数=组容量/片容量= 1K×8位/ 1K×4位= 2片，两片1K×4位芯片位并联成1K×8位
存储器逻辑框图：
计算机组成原理 第 4 章 存储器系统
• 存储单元的编址
• 编址单位：存储器中可寻址的最小单位。 • ① 按字节编址：相邻的两个单元是两个字节。 • ② 按字编址：相邻的两个单元是两个字。
• 例如一个32位字长的按字节寻址计算机，一个 存储器字中包含四个可单独寻址的字节单元。 当需要访问一个字，即同时访问4个字节时，可 以按地址的整数边界进行存取。即每个字的编 址中最低2位的二进制数必须是“00” ，这样可 以由地址的低两位来区分不同的字节。
• 主存储器用于存放CPU正在运行的程序和数据。 主存与CPU之间通过总线进行连接。
地址总线 MAR CPU MDR (k 位) 数据总线 (n 位) R/W MFC
2013-11-4 27
主 存 2k×n 位
主存的操作过程
• MAR：地址寄存器 MDR：数据寄存器
读操作（取操作） 地址 （MAR） AB
2013-11-4
5
(3) 高速缓冲存储器（Cache）
• Cache是一种介于主存与CPU之间用于解 决CPU与主存间速度匹配问题的高速小 容量的存储器。 • Cache用于存放CPU立即要运行或刚使用 过的程序和数据。
2013-11-4
6
2．按存取方式分类
• (1) 随机存取存储器(RAM) • RAM存储器中任何单元的内容均可按其地址随机地 读取或写入，且存取时间与单元的物理位置无关。 • RAM主要用于组成主存。
主存储器的组成和基本操作
地 址 译 码 驱 动 电 路 存 储 阵 列 读 写 电 路 数 据 寄 存 器 数 据 总 线
时序控制电路 R/W
2013-11-4
MFC
图 4-1
主存储器的基本组成 18
计算机组成原理第四章存储系统(一)(含答案)
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。
计算机组成原理第四版课后题答案三,四章
第三章1．有一个具有20位地址和32位字长的存储器，问：（1）该存储器能存储多少个字节的信息？（2）如果存储器由512K×8位SRAM芯片组成，需要多少芯片？（3）需要多少位地址作芯片选择？解：（1）∵ 220= 1M，∴该存储器能存储的信息为：1M×32/8=4MB （2）（1000/512）×（32/8）= 8（片）（3）需要1位地址作为芯片选择。
2. 已知某64位机主存采用半导体存储器，其地址码为26位，若使用256K×16位的DRAM芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用模块板结构形式，问：（1）每个模块板为1024K×64位，共需几个模块板？（2）个模块板内共有多少DRAM芯片?（3）主存共需多少DRAM芯片? CPU如何选择各模块板？解：(1). 共需模块板数为m：m=÷=64 (块)(2). 每个模块板内有DRAM芯片数为n:n=(/) ×(64/16)=16 (片)(3) 主存共需DRAM芯片为：16×64=1024 (片)每个模块板有16片DRAM芯片，容量为1024K×64位，需20根地址线(A19~A0)完成模块板内存储单元寻址。
一共有64块模块板，采用6根高位地址线(A25~A20)，通过6：64译码器译码产生片选信号对各模块板进行选择。
3．用16K×8位的DRAM芯片组成64K×32位存储器，要求：(1) 画出该存储器的组成逻辑框图。
(2) 设存储器读/写周期为0.5μS, CPU在1μS内至少要访问一次。
试问采用哪种刷新方式比较合理？两次刷新的最大时间间隔是多少？对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少？解：（1）组成64K×32位存储器需存储芯片数为N=（64K/16K）×（32位/8位）=16（片）每4片组成16K×32位的存储区，有A13-A0作为片内地址，用A15 A14经2：4译码器产生片选信号，逻辑框图如下所示：（2）依题意，采用异步刷新方式较合理，可满足CPU在1μS内至少访问内存一次的要求。
计算机组成原理第四章存储系统(一)(含答案)
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。
计算机组成原理第四章部分课后题答案(唐朔飞版)
4.1 解释概念：主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、Flash Memory。
主存：用于存放数据和指令，并能由中央处理器直接随机存取，包括存储器体M、各种逻辑部件、控制电路等辅存：辅助存储器，又称为外部存储器（需要通过I/O系统与之交换数据）。
存储容量大、成本低、存取速度慢，以及可以永久地脱机保存信息。
主要包括磁表面存储器、软盘存储器、磁带存储设备、光盘存储设备。
Cache：高速缓冲存储器，比主存储器体积小但速度快，用于保有从主存储器得到指令的副本很可能在下一步为处理器所需的专用缓冲器。
RAM：(Random Access Memory)随机存储器。
存储单元的内容可按需随意取出或存入，且存取的速度与存储单元的位置无关的存储器。
这种存储器在断电时将丢失其存储内容，故主要用于存储短时间使用的程序。
按照存储信息的不同，随机存储器又分为静态随机存储器（StaticRAM,SRAM)和动态随机存储器（Dynamic RAM,DRAM)。
SRAM：(Static Random Access Memory)它是一种具有静止存取功能的内存，不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。
DRAM：(Dynamic Random Access Memory)，即动态随机存取存储器最为常见的系统内存。
DRAM 只能将数据保持很短的时间。
为了保持数据，DRAM使用电容存储，所以必须隔一段时间刷新（refresh）一次，如果存储单元没有被刷新，存储的信息就会丢失。
（关机就会丢失数据）ROM：只读内存（Read-Only Memory）的简称，是一种只能读出事先所存数据的固态半导体存储器。
其特性是一旦储存资料就无法再将之改变或删除。
通常用在不需经常变更资料的电子或电脑系统中，资料并且不会因为电源关闭而消失。
PROM：(Programmable Read-Only Memory)－可编程只读存储器，也叫One-Time Programmable (OTP)ROM“一次可编程只读存储器”，是一种可以用程序操作的只读内存。
计算机组成原理第4章主存储器(00001)资料讲解
CS
WE
DOUT
片选读时间 taCS
CPU必须在这段时 间内取走数据
片禁止到输出的传 输延迟tPLH CS→DOUT
15
1. 静态存储器（SRAM）（6）
(2) 开关特性
写周期时序 地址对写允许WE的保持时间 th Adr
地址对写允许WE的建立时间 tsu
Adr
Adr
CS
WE
最小写允许宽度tWWE
保持1，0 的双稳态 电路
存储单元
9
1. 静态存储器（SRAM）
MOS管是金属(Metal)—氧化物(Oxid)—半导体(Semiconductor) 场效应晶体管，或者称S管有三个极：源极S（Source）、漏极D（Drian）和栅极G（Gate）.
器
控制电路
0 … 31
读/写电路 Y地址译码
CS WE DIN H ×× LLL LLH L H×
DOUT H H H DOUT
操作方式
未选 写“0” 写“1”
读
WE CS
A5 … A9
14
1. 静态存储器（SRAM）（5）
(2) 开关特性
读周期时序
Adr
地址对片选的建立时间 tsu Adr→CS
27
4.6 非易失性半导体存储器（4）
3．可擦可编程序的只读存储器（EPROM） 为了能修改ROM中的内容，出现了EPROM。其原理：
VPP(+12V)
控制栅 浮置栅
5～7V
源n+
漏n+
P型基片
28
4.6 非易失性半导体存储器（5）
3．可擦可编程序的只读存储器（EPROM） 存储1，0的原理：
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
只读存储器（Read Only Memory）
➢ 非易失性 ➢ 掩膜型只读存储器（ROM）、可编程只读存储
器（PROM）、可擦除可编程只读存储器（ EPROM）、电可擦除可编程只读存储器（ EEPROM）、闪速存储器（Flash Memory）
大连理工大学软件学院 赖晓晨
一、存储器分类
1、按存储介质分类
➢ 半导体存储器：TTL、MOS
易失
体积小、功耗低、存取时间短、易失性。
➢ 磁表面存储器：磁盘、磁带、磁鼓
非
➢ 磁芯存储器：硬磁材料的环状元件
易
➢ 光盘存储器：激光、磁光
失
大连理工大学软件学院 赖晓晨
2、按数据保存方式分类
随机存储器（Random Access Memory）
运算器 控制器
CPU 大连理工大学软件学院 赖晓晨
主
硬
存
盘
光盘 磁带
低
二、存储器的层次结构
1、存储器各层位置及特点
寄存器
cache
速度 容量 价格／位
CPU
寄存器
CPU
缓存
运主算存器 磁盘
光控盘制器 磁带
CPU 大连理工大学软件学院 赖晓晨
主
机主 存
辅 存
快小
硬 盘
慢大
高
光盘 磁带
低 低
二、存储器的层次结构
1、存储器各层位置及特点
速度 容量 价格／位
快小高
CPU
寄存器 缓存
CPU 主
目标：机高速度、大容量、低成
主存
本。
磁盘
具体来说：
光盘 磁带
接近高辅速缓存的速度、接近辅 存位的成容本存量。、接慢近辅存大的平均低每
大连理工大学软件学院 赖晓晨
2、两个主要层次
缓存——主存层次
主要解决速度匹配和成本问题
紫外线接收窗
大连理工大学软件学院 赖晓晨
2、按数据保存方式分类
Flash存储器
随机存储器（Random Access Memory）
➢ 易失性 ➢ 静态随机存储器、动态随机存储器
只读存储器（Read Only Memory）
➢ 非易失性 ➢ 掩膜型只读存储器（ROM）、可编程只读存储
器（PROM）、可擦除可编程只读存储器（ EPROM）、电可擦除可编程只读存储器（ EEPROM）、闪速存储器（Flash Memory）
计算机组成原理
第四章 存储器
概述 主存储器 高速缓冲存储器 辅助存储器
大连理工大学软件学院 赖晓晨
4.1 概述
存储器的地位不断上升 1、存储器的运行速度对计算机运行速度有很大影
响。 2、DMA方式提高了存储器的地位。 3、存储器是多处理机系统信息交换的重要渠道。
大连理工大学软件学院 赖晓晨
大连理工大学软件学院 赖晓晨
关于闪存
Flash-ROM已经成为了目前最成功、最流行的一种 固态内存，与EEPROM 相比具有读写速度快，而与 RAM相比具有非易失、以及价廉等优势。
Intel于1988年首先开发出NOR flash技术
➢ 芯片内执行（XIP，eXecute In Place），不必再把代码 读到系统RAM中。NOR flash读速度较快，写入和擦除 速度较慢。
1989年东芝公司发表了NAND flash 技术
➢ NAND 结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密 度，并且写入和擦除的速度也很快，这也是为何所有的U 盘都使用NAND闪存做为存储介质的原因。应用NAND 的困难在于闪存和需要特殊的系统接口。接口复杂。
大连理工大学软件学院 赖晓晨
3、按数据存取方式分类
Cache
主存 辅存
4、按在计算机中的作用
主存储器 辅助存储器 高速缓冲存储器
为什么要采取 金字塔型层次 结构呢？
大连理工大学软件学院 赖晓晨
Cache
主存 辅存
4、按在计算机中的作用
主存储器 辅助存储器 高速缓冲存储器
其他能够存储数据 的位置：寄存器、 控制存储器、硬盘 高速缓存
大连理工大学软件学院 赖晓晨
主存——辅存层次
主要解决速度、容量、成本问题
10 ns
CPU
20 ns
缓存
200 ns
主存
ms
辅存
大连理工大学软件学院 赖晓晨
地址空间
虚地址（逻辑地址）：程序员编程时采用的 地址（相对地址），地址空间大于实际主存 。
实地址（物理地址）：主存的实际地址
虚
硬件：MMU 实
地
软件：OS
地
址
址
大连理工大学软件学院 赖晓晨
地址空间
逻辑地址虚地址（逻辑地址）：程物序理员地编址程时采用的
0 1
MMOO地。VV址AB（XX,,相##42对地址），地址空间20大M于O实V际AX主, #存4
2 MO实V地C址X,（#6物理地址）：主存的21实M际O地V址BX, #2
3 JMP 6
22 MOV CX, #6
4 AND AX, #虚23 5 AND BX, #地22 6 MOV DX,址#3 7 SUB DX, AX
硬件：MMU 软件：OS
22224536实地址AAJMMNNODDPVA2BD6XXX,,,###22332
27 SUB DX, AX
大连理工大学软件学院 赖晓晨
4.2 主存储器
一、概述
1、主存的基本结构
读
存储体
写 电
路
…
驱动器
…
译码器
…
MAR
控制电路
读写
大连理工大学软件学院 赖晓地晨 址总线
Cache
主存储器
存
ROM
储
器
Flash Memory
静态 RAM
动态 RAM
MROM PROM EPROM EEPROM
高速缓冲存储器（Cache）
辅助存储器
大连理工大学软件学院 赖晓晨
磁盘、磁带、光盘
4.1
二、存储器的层次结构
1、存储器各层位置及特点
寄存器
cache
2、按数据保存方式分类
随机存储器（Random Access Memory）
可擦➢除易可失编性程只读存储器
➢ 静态随机存储器、动态随机存储器
只读存储器（Read Only Memory）
➢ 非易失性 ➢ 掩膜型只读存储器（ROM）、可编程只读存储
器（PROM）、可擦除可编程只读存储器（ EPROM）、电可擦除可编程只读存储器（ EEPROM）、闪速存储器（Flash Memory）
直接访问：
➢ 访问时间不随访问位置而变化。 ➢ 内存
串行访问：
➢ 访问时间随访问位置而变化。 ➢ 磁带（顺序访问）
部分串行访问：
➢ 介于上述二者之间 ➢ 磁盘(寻道直接，等待串行)
大连理工大学软件学院 赖晓晨
4、按在计算机中的作用
主存储器 辅助存储器 高速缓冲存储器
大连理工大学软件学院 赖晓晨