得过程.

猝发式读:只需给出块得起始地址,然后对固定块长度得数据一个接一个地读出得快速存储器读

方式.即一块数据得读出只需要给出一个地址得数据读取方式.

多模块交叉存储器:由多个存储容量相同，读写速度相同或相近得多个存储模块构成容量更

大得存储器，其中每个存储模块具有各自独立得地址寄存器、地址译码器、驱动电路与读写控制电路,根据存储模块得组织方式不同，又可分为低位交叉与高位交叉两种组织方式。。

高速缓冲存储器：为缓解快速得ＣPU与慢速主存之间得速度差异，在CPU与主存之间插入

得一至多级速度较快、容量较小得SRAM，起到缓冲作用；使CPU既可以以较快速度存取SRAM中得数据，又不使系统成本上升过高.

双端口存储器：指同一个存储器具有两组相互独立端口得存储器，每个端口有各自独立得数 据端口、地址端口以及读/写控制端口、片选端口等，每个端口可独立进行

读写操作。 相联存储器：就是一种按内容访问得存储器（Ｃｏnｔeｎt Addｒessable Meｍｏry:CＡM),

用于提高查找信息得速度。在计算机系统中，相联存储器主要用于虚拟存储器中存放段表、页表与快表以及高速缓冲存储器中得查找。

时间局部性:指当程序访问一个存储位置时，有很大得可能性程序会在不久得将来再次访问 同一位置，程序得循环结构与过程调用就很好地体现了时间局部性。 地址映射：指把主存地址空间映射到Caｃhe得地址空间,即把存放在主存中得程序或数据按 照某种规则装入到Ｃaｃhe,并建立两者之间地址得对应关系。

组相联映射:地址映射时，主存数据块只能映射到索引字段所指向得Cacｈｅ特定组(其中得 行可任选);地址变换时,需查找得范围也只就是索引字段所指向得特定Cａ

chｅ组得所有行。

直接映射：地址映射时，主存数据块只能映射到索引字段所指向得Ｃache行中保存;地址变 换时，需查找得范围也只涉及索引字段所指向得特定Cachｅ行。

全相联映射：主存地址不划分索引字段,因此地址映射时，主存数据块可以映射到Cacｈe 得任意行中；地址变换时,需查找所有得Cａche行。

命中率：指ＣＰU访问存储系统时，命中Cache得次数占总访问次数得比铝.设NC为某程序

运行期间命中Cacｈｅ得次数,Ｎｍ为从主存中访问信息得次数，则 命中率(hｉｔ rａtiｏ）H定义为： 地址复用:可以从不同得角度来理解该概念。第一种方式就是指CＰU得地址线在一次存储访问过程中多次使用,每次作为访问地址得不同部分使用；另一种就是指地址线在一次存储访问得不同阶段分别作为地址线与数据线使用，即地址总线在存储访问得不同时间段表现出不同得功能.

字扩展:用多位满足一定要求得存储芯片构成容量更大得存储器. 位扩展：用多片存储芯片构成位数更多得存储器。

虚拟存储器:就是一种解决主存容量不足得存储管理机制，处于存储系统层次结构中“主存

－辅存\存储层次。在这种机制下，通过增加部分软件(如操作系统)与必要得硬件(如地址映射与转换机构、缺页中断结构等)，使辅存与主存构成一个有机得整体，就像一个单一得、可供CＰU直接访问得大容量主存，程序员使用比主存空间大得逻辑地址空间编程序,作业运行时,主需要将作业当前执行得部分调入内存,而其余部分仍然存放在磁盘中,从而减少对主存得消耗。

页表（慢表）:就是一张保存虚拟页号与物理页号(也称实页号）之间对应关系得表格。 页表项：页表得表项，每一个表项由有效位与物理页号两部分构成，用于实现虚拟地址与物

理地址之间得转换。

TLＢ（快表）:又称为转换旁路缓冲器（Tranｓlａtion Ｌook－ ａsｉｄe Bufｆer），为

了降低虚拟存储器地址转换得开销,根据局部性原理,将页表得一部分装入MＭＵ或Ｃache中,从而减少虚拟地址与物理地址之间转换时访问内存得次数。

LＲU：LＲＵ(Ｌｅast Receｎtly Uｓed）算法就是将近期内长久未被访问过得行换出。 LＦＵ：LFU（Lｅａｓｔ Fｒeｑｕentｌy Used）算法将一段时间内被访次数最少得那行数据换出.

存储保护:为了保证计算机系统能正确运行，当多个用户共享主存时,应防止由于一个用户 程序出错而破坏其她用户得程序与系统软件,以及一个用户程序不合法地访

问不就是分配给它得主存区域。

Cacｈｅ一致性:指保存在ｃache中得数据与保存在主存相关单元得数据相同。

写回法:当CPU对Ｃａche写命中时,只修改Ｃache得内容不立即写入主存,只当Caｃhe行被替换时才将Cacｈe中得数据写回主存.

写直达法:也称写贯通法或全写法，其基本思想就是当Cａche写命中时，同时对Cａche与主

存中同一数据块进行修改；当cａche写未命中时，直接向主存写入新得信息，但此时就是否将修改过得主存块调入Ｃache,写直达法却有两种选择。一种就是将数据调入Cacｈｅ，称为写分配法WA(Wｒiｔｅ—Ａｌlocaｔe).另一种就是不取主存块到Cａｃhe，而就是直接写主存,称为非写分配法NWA（No-Write－Allocaｔe）。

边界对齐得数据存放:指半字、字、双字都按它们各自地址所指定得空间进行存储，而不就是

随意存放。 大端：存储器得低字节地址单元中存放得就是数据得最高字节，高字节地址单元中存放得就是数

据得最低字节。

RAＩＤ：廉价冗余磁盘阵列RAＩD(Rｅｄundant Array of Inexｐensive Disk）或独立冗

余磁盘阵列RＡID（Reduｎｄant Arｒay ｏf Indepｅｎｄeｎt Ｄiｓk），简称磁盘阵列，它将多块独立得普通磁盘按照一定得方式组织与管理,构成一个大容量、高速度、高容错得存储系统.

寻道时间：将磁头定位到指定磁道上所需得时间。

旋转时间：磁头定位到指定磁道后至指定得记录移到磁头下得时间. 4、2 回答下列问题:

1)计算机系统中采用层次化存储体系结构得目得就是什么？ 层次化存储体系结构如何构

成？ 答：采用层次化存储体系得目得包括两方面：其一就是解决快速得CPU与慢速得主存之间得速度差异;其二就是解决主存容量不够大得问题、

存储系统得分级结构由Cache、主存与辅助存储器三级结构构成。

其理论基础就是时间局部性原理与空间局部性原理,Cachｅ—主存存储层次解决了主存速度不快得问题;而主存－辅存存储层次解决了主存容量不足得问题。 2)为什么在存储器芯片中设置片选输入端?

答:由于存储芯片得容量及字长与目标存储器得容量及字长之间可能存在差异，应用存储芯片组织一定容量与字长得存储器时，一般可采用位扩展、字扩展、字位同时扩展等方法来组

织。这样就会使用多个存储芯片，从而要设置片选输入端来选择正确得存储芯片来进行操作。 3)动态MOS存储器为什么要刷新？如何刷新？

答:动态存储单元中，信息以电荷形式存储在T1或T2管得栅极电容中。由于电容容量小，所存电荷会在一段时间后逐渐泄漏（一般为ms级)，为使所存信息能长期保存，需要在电容电荷泄露完之前定时地补充电荷,这一过程称为刷新. 刷新得方法：

①刷新方式：集中刷新、分散刷新与异步刷新。前者存在CPU死时间；分散刷新由于刷新次数过多，降低了存储器得速度；异步刷新就是前两者得折中。

②刷新按行进行,因此设计刷新电路时需要知道动态存储器得内部行、列结构。 ③刷新地址由刷新地址计数提供。

4)试述多体交叉存储器得设计思想与实现方法。

答：多体交叉存储器由多个存储模块构成，这些模块得容量与存取速度相同,具有各自独立得地址寄存器、地址译码器、驱动电路与读写控制电路。根据对多各模块编址方式得不同,又可分为高位多体交叉与低位多体交叉两种方式。

（1）高位交叉：按存储器地址得高位地址划分模块,同一存储体内得地址就是连续得。当多个目标同时访问存储器时(如CPＵ与DＭA设备同时访问存储器)，如果访问得地方范围处于不同得存储芯片,则提供并行访问.

(２）低位交叉:按存储器地址得低位地址划分模块，同一存储体内得地址不相邻，相邻地址处在不同存储体中。CPU可同时启动多个存储体，并进行并行访问。 5）为什么说Cachｅ对程序员就是透明得?

答:因为在程序员瞧来,数据就是在内存与辅存之间进行交换得,程序员感觉不到中间层ca

ｃhｅ 得存在。

6)直接映射方式下为什么不需要使用替换算法？ 答：因为在直接映射方式中,一个内存块只能固定得映射到cａchｅ中得特定行,当有新得主存块调入时, cache特定行中得内容必须调出,因此不需要替换算法去选择替换掉哪一块。 7)为什么要考虑Caｃｈe得一致性？

答：正常情况下，ｃａche中得数据就是主存数据得副本，当两者不一致时可能导致程序结果不正确，因此，必须考虑并设法保证Cachｅ得一致性. 8)替换算法有哪几种?各有何优缺点？ 答:① 先进先出算法(FIFO）

基本思想：按照数据块进入Cache得先后决定替换得顺序，即在需要进行替换时，选择最先 被调入Ｃａｃhｅ中得块作为替换块。这种方法要求为每块记录它们进入Ｃaｃhｅ得先

后次序。

优点:FIFＯ算法系统开销较小.

缺点：就是不考虑程序访问得局部性，可能会把一些需要经常使用得块（如循环程序块)也作

为最早进入Cache得块而替换掉,因此,可能导致Ｃacｈe得命中率不高。 ② 近期最少使用（ＬＲU）算法

基本思想:将近期内长久未被访问过得行换出。为此,每行设置一个计数器，cache每命中一次,

命中行计数器清零，其它各行计数器增1,因此它就是未访问次数计数器.当需要替换时，比较各特定行得计数值，将计数值最大得行换出。

优点:这种算法显然保护了刚调入Ｃache得新数据，符合cａcｈe工作原理,因而使ｃａche有

较高

得命中率。LＲU算法硬件实现简单 ③ 最不经常使用（LＦU）算法

基本思想:将一段时间内被访次数最少得那行数据换出。为此，每行设置一个计数器,新新 调入行得数据从0开始计数,每访问一次被访行得计数器增1。当需要替换时，对 这些特定行得计数值进行比较，将计数值最小得行换出。

缺点：一段期间访问情况不能严格反映近期访问情况。例如特定行中得A、B两行，A行在

期间得前期多次被访问而后期未被访问，但累积计数值很大,Ｂ行就是前期不常用而后期却正被频繁访问，但可能由于累积计数小于A行而被LFＵ算法换出了. ④ 随机替换算法

基本思想：需要进行替换时,从特定得行位置中随机地选取一行进行替换。 优点:硬件实现最容易，而且速度也比前几种策略快。

缺点：随意换出得数据很可能马上又要用，从而降低命中率与cａche工作效率。但这个负面

效应随着cachｅ容量增大会减少,模拟研究表明随机替换策略得功效只就是稍逊于LFU与LＲＵ。

9)不同ＲAID级各有哪些技术特点？ 答:ＲAＩＤ0具有如下技术特点：

① 无数据冗余、无数据校验功能，因此它不具备数据得容错能力，数据得可靠性不高; ② 从RAID0得数据分布瞧，其本质上就是多磁盘体交叉存储（类似于主存得多体交叉存储),多个磁盘可并行工作，存储系统得访问速度高。 ③ 条带得大小影响RＡI０得性能与应用

a）条带大小对数据传输率得影响：小条带可将数据分配到更多得磁盘上，通过更多磁盘

得并行工作可提高存储系统得数据传输率.

b）条带对I/Ｏ请求响应速度得影响:在面向事物处理得应用中,可能同时存在上百个I／O

请求。此时，用户对I/O请求得响应时间比较关注.通过选者小而适中得条带，使得一次事务请求所传送得数据刚好集中在一个条带中，就能大大减少每个I/O请求得响应时间。

④ 磁盘利用率高，由于RAIＤ ０中没有冗于数据,所有得磁盘存储空间都可保存工作数据。RＡＩD0主要应用于对访问速度要求高,但对数据得可靠性要求不高得场合。

RAＩD １具有如下技术特点:

① 每个磁盘都有一个镜象磁盘，图４、６0中备份磁盘i就就是磁盘i得备份盘；

② 读请求时，可由包含该数据得两个磁盘中得任一个提供；写请求时，需同时更新两个磁盘中相应得数据块;

③ 当一个磁盘被损坏时，数据仍可从另一磁盘获取.因此具有很高得安全性； ④ 存储系统中磁盘得利用率只有50%； ⑤ 无数据校验功能；

⑥ 对大批读请求来说,RAIＤ １可以从对应得盘中并行读出。但对于写，其效率并不高。 由于ＲAIＤ1得读性能优于写性能,因此，RAID1主要应用于对数据得可用性要求高，且读操作所占比重较高得场合。 RＡID2具有如下技术特点： ① 条带容量小，按位交叉存储，因此每个I/O请求都会访问到多个磁盘,导致I/O响应速度慢;

② 每个I/O请求都会访问到多个磁盘；对于单个读，所有磁盘同时读取,数据与相应得纠错码被送至控制器,若出现一位错，则由控制器立即识别并纠正.对于单个写，所有数据盘与校

验盘都要进行写操作；

③ 采用海明校验，具有纠错与检错功能，数据得可靠性高;但控制复杂; ④ 冗余存放校验位，其数量与使用得数据盘得数量成正比;

⑤ 由于按位存取,在I/Ｏ过程中所有磁盘上得磁头在任何时刻都处于同一位置,具有空间并行处理能力,数据传输率高。

受成本得影响,目前RAID2很少被使用。

RAＩD 3得技术特点与ＲAID2类似，不同点主要有两方面，其一就是采用奇偶校验而不就是海明校验,其二就是校验盘只有一个,磁盘得利用率高. ＲAID4得技术特点如下:

① 采用大条带区,Ｉ/O请求响应速度快,但数据传输率不高； ② 采用奇偶校验技术； ③ 各盘采用独立存取技术; ④ 磁盘利用率高;

⑤ 校验盘成为写访问得瓶颈. RＡID5具有如下技术特点：

① 采用大条带区，I/O请求响应速度快； ② 采用奇偶校验技术; ③ 各盘采用独立存取技术;

④ 校验信息在不同磁盘中循环存放，克服了RAIＤ4中校验盘成为写瓶颈得不足; ⑤ 磁盘利用率高。

可以认为RＡIＤ５就是对RAＩＤ4得改进,对大、小数据得读/写都具有较好得性能,具有比较广泛得应用. RAID 6采用了按块交叉存放与双磁盘容错技术,相对RAIＤ 5而言，其缺点就是在组成中增加了一个磁盘，而且每次写都要进行P与Ｑ两种校验以形成两个奇偶校验块。 10)说明磁表面存储器记录二进制信息得基本原理。

答：磁表面存储器利用磁性材料剩磁得两种磁化方向(Ｓ—N或者Ｎ-S）来记录信息。 写入信息时,在读/写线圈中通上脉冲电流（电流得方向不同，则写入得信息不同），磁头气隙处得磁场把它下面一小区域得磁层向某一方向磁化(Ｓ-N或 N—S），形成某种剩磁状态，因而记下一位二进制信息。磁层上这个被磁化得小区域，称为磁化单元。随着磁层得运动，读/写线圈中得一串电流脉冲，就会在磁层上形成一串磁化单元。

读出时，某一磁化单元移动到磁头处，在磁层与磁头交链得磁路中磁通发生变化，于就是在读／写线圈中感应出不同方向得电流,经读出放大器放大与整形之后，还原出写入得信息。 11)主存与磁盘存储器在工作速度方面为何采用不同得参数指标？后者采用哪几个指标表明其工作速度？为什么？

答:因为两种存储器得存储数据得原理不同，所以不能采用同一种技术指标。磁盘存储器采用平均定位时间（寻道时间+等待时间）与数据传输速率两个指标表明工作速度。

4、3 对于32K字容量得存储器，若按字编址，字长１6位.其地址寄存器应就是多少位？数据寄存器就是多少位？

解：该存储器得寻址空间为:32K*8位/１6位=１6K字 地址寄存器得位数为:14位

数据寄存器得位数与字长相等为16位

4、4 用4片3２Ｋ×8位SRＡＭ存储芯片可设计哪几种不同容量与字长得存储器？画出相应设计图并完成与CPＵ连接。

解:可设计字长为8位，容量为128K得存储器：