计算机组成原理课后答案(唐朔飞第三版) 第四章

计算机组成原理课后答案(唐朔飞第三版) 第3章

第4章 存储器

教材课后思考题与习题：

4.1 解释概念：主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、Flash Memory

主存：主存储器，用于存放正在执行的程序和数据。CPU可以直接进行随机读写，访问速度较高。

• RAM：（Random Access Memory），随机存取存储器，是一种可读/写存储器，一般用于计算机的主存。
  • SRAM：（Static RAM），静态随机存储器
  • DRAM：（Dynamic RAM），动态随机存储器
• ROM：（Read Only Memory），掩膜式半导体只读存储器
  • PROM：（Programmable ROM），可编程只读存储器 -
  • EPROM：（Erasable Programmable ROM），可擦写可编程只读存储器
  • EEPROM：（Electrically Erasable Programmable ROM），用电可擦除可编程只读存储器
• 辅存：辅助存储器，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。
  • CDROM：只读型光盘
• Cache：为解决主存和CPU的速度匹配，提高访存速度的一种存储器，设在CPU和主存之间，存放CPU近期要用的信息。
• Flash Memory：闪速存储器。或称快擦型存储器

4.2 计算机中哪些部件可以用于存储信息？按速度、容量和价格/位排序说明。

计算机中的寄存器、Cache、主存、硬盘可以用于存储信息，这个顺序：速度从高到低、容量从小到大、价格从高到低。

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？

• 存储器的层次结构主要体现在下面两个层次上：Cache—主存、主存—辅存。

• ”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。

• 综合上述两个存储层次的作用，从整个存储系统来看，就达到了速度快、容量大、位价低的优化效果。

• 主存与Cache之间的信息调度功能全部由硬件自动完成。而主存与辅存层次的调度目前广泛采用虚拟存储技术实现，即将主存与辅存的一部分通过软硬结合的技术组成虚拟存储器，程序员可使用这个比主存实际空间（物理地址空间）大得多的虚拟地址空间（逻辑地址空间）编程，当程序运行时，再由软、硬件自动配合完成虚拟地址空间与主存实际物理空间的转换。因此，这两个层次上的调度或转换操作对于程序员来说都是透明的。

4.4 说明存取周期和存取时间的区别。

存取周期和存取时间的主要区别是：存取时间仅为完成一次操作的时间，而存取周期不仅包含操作时间，还包含操作后线路的恢复时间。即： 存取周期 = 存取时间 + 恢复时间

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？

存储器带宽：单位时间内存储器存取的信息量，单位用：字/秒 or 字节/秒 or 位/秒
带宽计算：1/200ns ×32位 = 160M位/秒 = 20MB/秒 = 5M字/秒

4.6 某机字长为32位，其存储容量是64KB，按字编址它的寻址范围是多少？若主存以字节编址，试画出主存字地址和字节地址的分配情况。

• 按“字”编址寻址范围：64KB /（32/8） = 16K
• 按“字节”编址寻址范围：就是64K
• 字地址与字节地址的分配情况如下图：
  

4.7 一个容量为16K×32位的存储器，其地址线和数据线的总和是多少？当选用下列不同规格的存储芯片时，各需要多少片？

1K×4位，2K×8位，4K×4位，16K×1位，4K×8位，8K×8位

• 地址线总数：log2(16×1024) = 14根
• 数据线总数：32根
• 1K×4位：（16K×32） / （1K×4） = 16×8 = 128片；每组8片，共16组。每次读出一个存储字，只需选中一组芯片（8片）。
• 2K×8位：（16K×32） / （2K×8） = 8×4 = 32片
• 4K×4位：（16K×32） / （4K×4） = 4×8 = 32片
• 16K×1位：（16K×32）/ （16K×1） = 1×32 = 32片
• 4K×8位：（16K×32）/ （4K×8） = 4×4 = 16片
• 8K×8位：（16K×32） / （8K×8） = 2×4 = 8片

4.8 试比较静态RAM和动态RAM。

• 静态RAM和动态RAM都属于随机存储器，即在程序的执行过程中既可读出信息又可写入信息。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。

4.9 什么叫刷新？为什么要刷新？说明刷新有几种方法。

• 动态RAM靠电容存储电荷原理存储信息，电容上的电荷要放电，信息即丢失。为了维持所存信息，需要再一定时间（2ms）内，将所存信息读出再重新写入（恢复），这一过程称为刷新，刷新是一行一行进行的，由CPU自动完成。
• 刷新方式有三种：
• 集中刷新： 即在2ms时间内，集中一段时间对存储芯片的每行刷新一遍，在这段时间里不能对存储器进行访问，即所谓的死时间。
• 分散刷新： 是将存储系统周期分为两半，前半段时间用来读/写操作，后半段时间用来刷新操作，显然整个系统的速度降低了，但分散刷新没有存储器的死时间。
• 异步刷新： 为集中刷新和分散刷新的结合。这种刷新可在2ms时间内对存储芯片的每一行刷新一遍，两行之间的刷新时间间隔为 2ms/芯片的片数。

4.10 半导体存储器芯片的译码驱动方式有几种？

• 线选法：地址信号只需经过一个方向的译码就可选中某一存储单元的所有位，适用于地址线较少的芯片。
• 重合法：适用于地址线较多的芯片。地址线分为两组，分别经过行、列两个方向译码，只有行、列两个方向均被选中的存储元才能进行读/写信息。

4.11 一个8K×8位的动态RAM芯片，