第四章
2．
速度
CPU 寄存器 缓存 主存 磁盘 光盘 容量 价小
／
高
格
CPU 主机快
光盘 磁带 磁带 辅存
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，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—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份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. 说明存取周期和存取时间的区别。 解：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
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？
解：存储器的带宽指单位时间内从存储器进出信息的最大数量。 存储器带宽 = 1/200ns ×32位
慢 大 低
= 160M位/秒 = 20MB/S = 5M字/秒 注意字长（32位）不是16位。 （注：本题的兆单位来自时间=106）
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。
解：存储容量是64KB时，按字节编址的寻址范围就是64KB，则： 按字寻址范围 = 64K×8 / 32=16K字 按字节编址时的主存地址分配图如下：
字地址 HB —————字节地址—————LB
0
4 …… 65528 65532
0 4 1 5 2 6 3 7 …… 65532 …… 65533 65533 …… 65534 65534 …… 65535 65535
讨论：
1、一个存储器不可能有两套地址，注意字长32位，不是16位 ，不能按2字节编址；
2、本题与IBM370、PDP-11机无关； 3、按字寻址时，地址仍为16位；
? （ ：地址14位，单元16K个，按字编址4K空间。） 4、字寻址的单位为字，不是B。
8.试比较静态RAM和动态RAM 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 9. 什么叫刷新？为什么要刷新？说明刷新有几种方法。 解：刷新——对DRAM定期进行的全部重写过程；
刷新原因——因电容泄漏而引起的DRAM所存信息的衰减需要及时补充，因此安排了定期刷新操作；
常用的刷新方法有三种——集中式、分散式、异步式。
集中式：在最大刷新间隔时间内，集中安排一段时间进行刷新；
分散式：在每个读/写周期之后插入一个刷新周期，无CPU访存死时间； 异步式：是集中式和分散式的折衷。
11.一个8K×8位的动态RAM芯片，其内部结构排列成256×256形式，存取周期为0.1us。试问采用集中刷新、分散刷新和异步刷新三种方式的刷新间隔。 解：集中刷新间隔：2ms,其中刷新死时间为256×0.1us=25.6us
分散刷新间隔：256*（0.1us+0.1us）=51.2us 异步刷新间隔：2ms，死时间为0.1us
12. 画出用1024X4位的存储芯片组成一个容量为64KX8位的存储器逻辑框图。要求将64K分成4个页面，每个页面分16组，指出共需多少片存储芯片。 解：设采用SRAM芯片，
总片数 = 64K×8位 / 1024×4位 = 64×2 = 128片
题意分析：本题设计的存储器结构上分为总体、页面、组三级，因此画图时也应分三级画。首先应确定各级的容量：
页面容量 = 总容量 / 页面数= 64K×8位 / 4 = 16K×8位；
组容量 = 页面容量 / 组数= 16K×8位 / 16 = 1K×8位； 组内片数 = 组容量 / 片容量 = 1K×8位 / 1K×4位 = 2片；
14. 某8位微型机地址码为18位，若使用4K×4位的RAM芯片组成模块板结构的存储器，试问：
（1）该机所允许的最大主存空间是多少？
（2）若每个模块板为32K×8位，共需几个模块板？ （3）每个模块板内共有几片RAM芯片？ （4）共有多少片RAM？
（5）CPU如何选择各模块板？ 解：（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4位地址译码选片。 模板号（3位） 芯片号（4位） 片内地址（11位） 15. 设CPU共有16根地址线，8根数据线，并用MREQ（低电平有效）作访存控制信号，R/W作读写命令信号（高电平为读，低电平为写）。现有下列存储芯片：ROM（2K×8位，4K×4位，8K×8位），RAM（1K×4位，2K×8位，4K×8位），及74138译码器和其他门电路（门电路自定）。试从上述规格中选用合适芯片，画出CPU和存储芯片的连接图。要求：
（1）最小4K地址为系统程序区，4096~16383地址范围为用户程序区； （2）指出选用的存储芯片类型及数量； （3）详细画出片选逻辑。 解：（1）地址空间分配图：
系统程序区（ROM共4KB）：0000H-0FFFH
用户程序区（RAM共12KB）：1000H-FFFFH （2）选片：ROM：选择4K×4位芯片2片，位并联
RAM：选择4K×8位芯片3片，字串联(RAM1地址范围为:1000H-1FFFH,RAM2地址范围为2000H-2FFFH, RAM3地址范围为:3000H-3FFFH)
（3）各芯片二进制地址分配如下： A1A1A1A1A1A1AAAAAAAAAA5 4 3 2 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ROM1,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 RAM1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 RAM2 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 RAM3 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 CPU和存储器连接逻辑图及片选逻辑如下图(3)所示： MREQG1G2AY7Y3Y2A15A14A13A12A11A0G2BABC74138Y1Y0......ROM1OE...ROM2OE...RAM1...CS...CSCPUD0D3D4D7R/WPD/PROGRAM2RAM3...............CS图（3）
16. CPU假设同上题，现有8片8K×8位的RAM芯片与CPU相连，试回答：
（1）用74138译码器画出CPU与存储芯片的连接图； （2）写出每片RAM的地址范围；
（3）如果运行时发现不论往哪片RAM写入数据后，以A000H为起始地址的存储芯片都有与其相同的数据，分析故障原因。
（4）根据（1）的连接图，若出现地址线A13与CPU断线，并搭接到高电平上，将出现什么后果？ 解：（1）CPU与存储器芯片连接逻辑图：
......+5VG1G2AMREQY7A15A14A13A12A0G2BABC74138......Y2Y1Y0...WE...WE.........CSWECPUD0D7RAM0......CSRAM1RAM7......CSR/W
（2）地址空间分配图： RAM0:0000H-1FFFH RAM1:2000H-3FFFH RAM2:4000H-5FFFH RAM3:6000H-7FFFH RAM4:8000H-9FFFH RAM5:A000H-BFFFH RAM6:C000H-DFFFH RAM7:E000H-FFFFH
（3）如果运行时发现不论往哪片RAM写入数据后，以A000H为起始地址的存储芯片(RAM5)都有与其相同的数据，则根本的故障原因为：该存储芯片的片选输入端很可能总是处于低电平。假设芯片与译码器本身都是好的，可能的情况有：
1）该片的-CS端与-WE端错连或短路；
2）该片的-CS端与CPU的-MREQ端错连或短路； 3）该片的-CS端与地线错连或短路。
（4）如果地址线A13与CPU断线，并搭接到高电平上，将会出现A13恒为“1”的情况。此时存储器只能寻址A13=1的地址空间(奇数片)，A13=0的另一半地址空间（偶数片）将永远访问不到。若对A13=0的地址空间（偶数片）进行访问，只能错误地访问到A13=1的对应空间(奇数片)中去。
22．某机字长16位，常规的存储空间为64K字，若想不改用其他高速的存储芯片，而使访存速度提高到8倍，可采取什么措施？画图说明。
解：若想不改用高速存储芯片，而使访存速度提高到8倍，可采取八体交叉存取技术，8体交叉访问时序如下图：