计算机组成原理中的存储器层次结构
计算机组成原理试题及答案
计算机组成原理试题及答案一、选择题。
1. 下列哪个是计算机组成原理的基本概念？A. 数据结构。
B. 操作系统。
C. 计算机体系结构。
D. 算法。
答案，C。
2. 计算机组成原理的核心是什么？A. 中央处理器。
B. 内存。
C. 输入输出设备。
D. 总线。
答案，A。
3. 下列哪个不是计算机组成原理中的主要部件？A. 控制单元。
B. 运算器。
C. 存储器。
D. 输入设备。
答案，D。
4. 计算机组成原理中，数据和指令在内存中是以什么形式存储的？B. 十进制。
C. 八进制。
D. 十六进制。
答案，A。
5. 计算机组成原理中，控制单元的主要功能是什么？A. 控制数据传输。
B. 进行运算。
C. 存储数据。
D. 输入输出。
答案，A。
1. 计算机组成原理中，CPU的作用是进行数据处理和______。
答案，控制。
2. 内存是计算机中的______存储器。
答案，临时。
3. 计算机组成原理中，总线是连接各个部件的______。
答案，通信线路。
4. 控制单元的主要功能是______。
答案，控制数据传输和处理。
5. 计算机组成原理中，运算器负责进行______运算。
答案，算术和逻辑。
1. 简述计算机组成原理中的冯·诺依曼结构。
答，冯·诺依曼结构是一种计算机体系结构，主要包括存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备等五大部分。
其中存储器用于存储数据和指令，运算器用于进行算术和逻辑运算，控制器用于控制数据传输和处理，输入设备用于接收数据输入，输出设备用于显示处理结果。
2. 什么是指令周期？它与时钟周期有什么关系？答，指令周期是指计算机执行一条指令所需的时间，它包括取指令周期、执行周期和访存周期。
时钟周期是CPU中时钟脉冲的时间间隔，它决定了CPU的工作速度。
指令周期与时钟周期的关系在于，时钟周期是指令周期的基本单位，指令周期是由若干个时钟周期组成的。
四、综合题。
1. 简述计算机组成原理中的存储器层次结构。
答，计算机存储器层次结构包括寄存器、高速缓存、内存和外存等多个层次。
【计算机组成原理】存储系统
【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》第7章：存储系统
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7.1 存储系统概论
所谓速度，通常用存取时间(访问时间)和存取周期 来表示。存取时间是指从启动一次存取操作到完成 该操作所经历的时间；存取周期是指对存储器进行 连续两次存取操作所需要的最小时间间隔。由于有 些存储器在一次存取操作后需要有一定的恢复时间， 所以通常存取周期大于或等于取数时间。单位容量 的价格是指每位的价格。数据传输率是指在单位时 间内可以存取的二进制信息的位数，在数值上等于 存储器总线宽度除以存取周期，所以又可称为存储 器总线带宽或频宽。除此之外，存储器件还有一个 十分重要的性能，就是它是否是挥发性的。
图7-6 2114的读/写周期波形图
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7.2.2 静态MOS RAM芯片举例
4. 静态存储器的组织 1)位扩展
图7-7 位扩展连接方式
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性 能 存储信息 破坏性读出 需要刷新 行列地址 运行速度
SRAM 触发器 否 否 同时送 快 电容 是 需要 分两次送 慢
DRAM
集成度
发热量 存储成本
低
大 高
高
小 低
表7-1 静态存储器和动态存储器性能比较
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7.2 主 存 储 器
7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.2.5 7.2.6 7.2.7
基本概念 静态MOS RAM芯片举例 动态MOS RAM 2164芯片 动态MOS RAM 4116芯片 动态RAM的刷新 只读存储器举例 主存储器与CPU的连接
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7.2.2 静态MOS RAM芯片举例
3. 读写时序 为了使芯片正常工作，必须按所要求的时序关系 提供地址信息、数据信息和有关控制信号，2114 的读/写周期波形图如图7-6所示。 1) 读周期 2) 写周期
计算机组成原理知识点汇总
计算机组成原理知识点汇总
计算机组成原理是一门计算机科学基础课程，它主要涉及计算机硬件结构和系统软件两个方面。
以下是一些知识点的汇总：
1. 计算机的基本组成：包括运算器、控制器、存储器和输入输出设备。
2. 计算机的存储器层次结构：主要包括寄存器、高速缓存、内存和外存，每一级存储器速度和价格都有所不同。
3. CPU的工作原理：CPU主要由控制器和ALU两部分组成，通过不同的指令和数据进行运算和控制，实现程序的执行。
4. 指令系统和编程：计算机执行的所有程序都是由一系列指令组成的，不同的指令可以执行不同的操作。
5. 总线和I/O系统：总线是连接不同部件的主要通道，而I/O系统则负责计算机与外部设备的数据传输和控制。
6. 中断和异常：计算机系统在执行程序时可能会遇到不正常的情况，这时就需要通过中断和异常机制来处理。
7. 计算机系统的性能分析与优化：通过各种性能指标和分析方法，可以对计算
机系统的性能进行评估和优化，以实现更高效的计算。
以上是计算机组成原理中的一些重要知识点，掌握它们对于理解计算机硬件和系统软件的设计和优化有重要的作用。
计算机组成原理期末总结河南师范大学
A3~A0 0000 1111 0000 1111 0000 1111
0000 1111
（2）选片：ROM：4K × 4 位：2 片； RAM：4K × 8 位：3 片；
（3）CPU 和存储器连接逻辑图及片选逻辑
28. 设主存容量为 256K 字，Cache 容量为 2K 字，块长为 4。 （1）设计 Cache 地址格式，Cache 中可装入多少块数据？ （2）在直接映射方式下，设计主存地址格式。 （3）在四路组相联映射方式下，设计主存地址格式。 （4）在全相联映射方式下，设计主存地址格式。 （5）若存储字长为 32 位，存储器按字节寻址，写出上述三种映射方式下主存 的地址格式 答：
（1）218 = 256K，则该机所允许的最大主存空间是 256K×8 位（或 256KB）； （2）模块板总数 = 256K×8 / 32K×8 = 8 块； （3）板内片数 = 32K×8 位 / 4K×4 位= 8 × 2 = 16 片； （4）总片数 = 16 片× 8 = 128 片； （5）CPU 通过最高 3 位地址译码选板，次高 3 位地址译码选片。
主存块号 12 位，块内地址 7 位。主存地址 19 位
8位 主存标记
4位 组地址
7位 块内地址
32. 设某机主存容量为 4MB，Cache 容量为 16KB，每字块有 8 个字，每字 32 位，
设计一个四路组相联映射（即 Cache 每组内共有 4 个字块）的 Cache 组织。
（1）画出主存地址字段中各段的位数；
7位
3
主存标记
组地址
块内地址
（2）当主存读 0 号字单元时，将主存 0 号字块（0~7）调入 Cache（0 组 0 号块），
主存读 8 号字单元时，将 1 号块（8~15）调入 Cache（1 组 0 号块）…… 主存
山东大学计算机组成原理第四章作业题及参考答案
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。
计算机原理存储器
计算机原理存储器
计算机原理中，存储器是指计算机用来存储数据和程序的部件。
存储器一般分为内存和外存两种类型。
内存是计算机中用于存储当前运行程序和数据的存储器。
它分为主存和辅存两部分。
主存是计算机中最主要的存储器，由半导体存储芯片构成，通常包括随机访问存储器（RAM）和只
读存储器（ROM）。
RAM具有读写功能，用于临时存储运行
程序和数据，数据可以快速读取和写入。
而ROM是只读存储器，其中的数据是固化的，无法进行修改。
主存的容量通常较小，但速度快。
外存主要是指硬盘、光盘等可以作为辅助存储器使用的设备。
相比主存，外存容量大，但速度较慢。
外存被用于长期存储程序和数据，能够持久保存。
计算机在运行过程中，通常需要将外存中的数据加载到主存中进行操作。
存储器在计算机中起到了至关重要的作用，它直接影响到计算机的性能和数据的处理速度。
不同类型的存储器在容量、速度和价格等方面有所差异，计算机系统需要根据不同的需求来选择合适的存储器组合。
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
计算机组成原理存储器的层次结构
计算机组成原理存储器的层次结构在计算机组成原理中，存储器是非常重要的组成部分之一。
存储器可以被看作是计算机系统的大脑，它用于存储和访问各种数据和指令。
存储器的层次结构是指不同速度、容量和价格特性的存储器层次，从高速、小容量和高价格的寄存器到低速、大容量和低价格的磁盘存储器。
1. 寄存器寄存器是存储器层次结构的最高层，它位于中央处理器（CPU）内部。
寄存器是最快速的存储器，它们用于存储 CPU 在执行指令时需要的数据和指令。
寄存器有很小的容量，通常以字长（word）的大小来衡量。
2. 高速缓存高速缓存是位于CPU 和主存之间的一层存储器，它用于缓存从主存中读取的数据和指令。
高速缓存可以分为一级缓存（L1）和二级缓存（L2），L1 缓存位于 CPU 内部，速度更快，容量较小，而 L2 缓存则位于 CPU 外部，速度相对较慢，容量较大。
3. 主存储器主存储器又称为内存（RAM），是存储器层次结构的中间层。
主存储器用于存储操作系统、应用程序和数据等信息。
主存储器通常由动态随机存取存储器（DRAM）构成，具有较快的访问速度和较大的容量。
主存储器的容量通常以字节（Byte）为单位来衡量，例如1GB （Gigabyte）。
4. 辅助存储器辅助存储器是存储器层次结构的最低层，它通常被用作长期存储数据和程序的介质。
常见的辅助存储器包括硬盘驱动器、光盘和闪存存储器等。
辅助存储器的容量通常非常大，并且可以持久保存数据。
但相对于主存储器和高速缓存来说，辅助存储器的访问速度较慢。
在计算机执行程序时，数据和指令需要从辅助存储器逐级调入到寄存器中进行处理。
这种层次结构的设计是为了实现数据和指令的快速访问和有效管理。
不同层次存储器之间的数据传输是以块（block）为单位进行的，块是存储器读写的最小单位。
除了上述层次结构，还可以根据存储介质的特性进行分类。
例如，半导体存储器（如RAM）是在电子器件中构造的，而磁盘存储器（如硬盘）是利用磁道、扇区和柱面等物理结构进行存储。
计算机组成原理第4章 存储系统
第四章存储系统4.1概述4.1.1技术指标4.1.2层次结构4.1.3存储器分类存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。
构成存储器的存储介质，目前主要采用半导体器件和磁性材料。
一个双稳态半导体电路或一个CMOS晶体管或磁性材料的存储元，均可以存储一位二进制代码。
这个二进制代码位是存储器中最小的存储单位，称为一个存储位或存储元。
由若干个存储元组成一个存储单元，然后再由许多存储单元组成一个存储器。
根据存储材料的性能及使用方法不同，存储器有各种不同的分类方法。
(1)按存储介质分作为存储介质的基本要求，必须有两个明显区别的物理状态，分别用来表示二进制的代码0和1。
另一方面，存储器的存取速度又取决于这种物理状态的改变速度。
目前使用的存储介质主要是半导体器件和磁性材料。
用半导体器件组成的存储器称为半导体存储器。
用磁性材料做成的存储器称为磁表面存储器，如磁盘存储器和磁带存储器。
(2)按存取方式分如果存储器中任何存储单元的内容都能被随机存取，且存取时间和存储单元的物理位置无关，这种存储器称为随机存储器。
半导体存储器是随机存储器。
如果存储器只能按某种顺序来存取，也就是说存取时间和存储单元的物理位置有关，这种存储器称为顺序存储器。
如磁带存储器就是顺序存储器，它的存取周期较长。
磁盘存储器是半顺序存储器。
(3)按存储器的读写功能分有些半导体存储器存储的内容是固定不变的，即只能读出而不能写入，因此这种半导体存储器称为只读存储器(ROM)。
既能读出又能写人的半导体存储器，称为随机读写存储器(RAM)。
(4)按信息的可保存性分断电后信息即消失的存储器，称为非永久记忆的存储器。
断电后仍能保存信息的存储器，称为永久性记忆的存储器。
磁性材料做成的存储器是永久性存储器，半导体读写4.2 半导体随机读写存储器主存储器由半导体存储芯片构成，容量较小时可采用SRAM芯片，容量较大时一般采用DRAM芯片。
主存中的固化区采用ROM芯片，包括PROM、EPROM、EEPROM、等。
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计算机组成原理中的存储器层次结构在计算机科学领域中，存储器层次结构是指计算机系统中不同级别
的存储器组成的层次结构。
这种层次结构的设计旨在提供快速的访问
速度和大容量的存储能力。
存储器层次结构的核心原理包括高速缓存、主存储器和辅助存储器。
本文将探讨计算机组成原理中的存储器层次
结构。
1. 高速缓存
高速缓存是存储器层次结构中最接近中央处理器（CPU）的一级存
储器。
其目的是通过存储最近使用的数据，提高CPU的访问速度。
高
速缓存分为多级，包括一级缓存（L1）、二级缓存（L2）、三级缓存（L3）等。
一级缓存是与CPU核心直接相连的，访问速度最快，但容
量较小；二级缓存容量稍大，速度较慢；三级缓存则更大但速度更慢。
高速缓存通过缓存命中和缓存未命中的机制，提高了计算机系统的整
体性能。
2. 主存储器
主存储器是存储器层次结构中的第二级存储器，也称为内存。
它用
于存储正在执行的程序和数据。
主存储器容量较大，速度较高，但相
对于高速缓存而言，仍然相对较慢。
主存储器以字节为单位进行寻址，每个字节都有唯一的地址。
CPU通过访问主存储器中的地址来读取或
写入数据。
3. 辅助存储器
辅助存储器是存储器层次结构中的最低一级存储器，也称为外存。
它用于长期存储数据和程序，如硬盘、固态硬盘和光盘等。
辅助存储
器容量大，但访问速度较慢。
与主存储器相比，辅助存储器的数据传
输速度更慢，但相对较便宜且容量更大。
存储器层次结构的设计原则是利用高速缓存和主存储器的快速访问
速度，将经常访问的数据存储在这些层次的存储器中，以提高系统性能。
当CPU需要数据时，它会首先检查高速缓存，如果数据在高速缓
存中，则为缓存命中；否则为缓存未命中，CPU将从主存储器中获取
数据。
通过存储器层次结构，计算机系统可以有效地利用不同类型的存储器，平衡访问速度和存储容量的需求。
高速缓存提供了快速的访问速度，主存储器提供了大容量的存储能力，而辅助存储器则提供了长期
存储的功能。
这样的层次结构设计有助于提高计算机系统的整体性能
和效率。
在计算机组成原理课程中，学习存储器层次结构是非常重要的。
它
不仅帮助学生了解计算机系统的工作原理，还为他们设计和优化计算
机系统提供了基础知识。
通过深入研究存储器层次结构的原理和实现
方式，学生可以更好地理解计算机系统的整体结构和性能特征。
综上所述，存储器层次结构在计算机组成原理中扮演着关键的角色。
它通过不同级别的存储器层次，提供了快速的访问速度和大容量的存
储能力。
存储器层次结构的设计原理，包括高速缓存、主存储器和辅
助存储器，为计算机系统的性能和效率提供了重要保证。
了解和掌握
存储器层次结构的原理，对于学习和应用计算机组成原理都具有重要意义。