1、第 4章 存储器1. 解释概念：主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、Flash Memory。答：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。辅存：辅助存储器，用于存放当前暂不执行的程序和数据，以及一些需要永久保存的信息。Cache：高速缓冲存储器，介于 CPU和主存之间，用于解决 CPU和主存之间速度不匹配问题。RAM：半导体随机存取存储器，主要用作计算机中的主存。SRAM：静态半导体随机存取存储器。DRAM：动态半导体随机存取存储器。ROM：掩膜式半导体只读存储器。由芯片制
2、造商在制造时写入内容，以后只能读出而不能写入。PROM：可编程只读存储器，由用户根据需要确定写入内容，只能写入一次。EPROM：紫外线擦写可编程只读存储器。需要修改内容时，现将其全部内容擦除，然后再编程。擦除依靠紫外线使浮动栅极上的电荷泄露而实现。EEPROM：电擦写可编程只读存储器。CDROM：只读型光盘。Flash Memory：闪速存储器。或称快擦型存储器。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。答：计算机中寄存器、Cache、主存、硬盘可以用于存储信息。按速度由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘；按容量由小至大排序为：寄存器、Cache、主存、
3、硬盘；按价格/位由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘。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
4、。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. 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
5、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 = 160M 位/秒 = 20MB/秒 = 5M 字/秒注意：字长 32位，不是 16位。（注：1ns=10 -9s）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 64K，如按字编址，其寻址范围为：64K / （32/8）= 16K主存字地址和字节地址的分配情况：如
6、图7. 一个容量为 16K32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？1K4位，2K8 位，4K4 位，16K1 位，4K8 位，8K8 位解：地址线和数据线的总和 = 14 + 32 = 46 根；选择不同的芯片时，各需要的片数为：1K4：（16K32） / （1K4） = 168 = 128 片2K8：（16K32） / （2K8） = 84 = 32 片4K4：（16K32） / （4K4） = 48 = 32 片16K1：（16K32）/ （16K1） = 132 = 32 片4K8：（16K32）/ （4K8） = 44 = 16 片8
7、K8：（16K32） / （8K8） = 24 = 8 片8. 试比较静态 RAM和动态 RAM。答：略。（参看课件）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，存在 CPU访存死时间。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。10. 半导体存储器芯片的译码驱动方式有几种？解：半导体存储器芯片的
8、译码驱动方式有两种：线选法和重合法。线选法：地址译码信号只选中同一个字的所有位，结构简单，费器材；重合法：地址分行、列两部分译码，行、列译码线的交叉点即为所选单元。这种方法通过行、列译码信号的重合来选址，也称矩阵译码。可大大节省器材用量，是最常用的译码驱动方式。11. 一个 8K8位的动态 RAM芯片，其内部结构排列成 256256形式，存取周期为 0.1s。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各为多少？解：采用分散刷新方式刷新间隔为:2ms，其中刷新死时间为：2560.1s=25.6s采用分散刷新方式刷新间隔为：256（0.1s+0.1s）=51.2s采用异步刷新方式刷新间
9、隔为:2ms12. 画出用 10244位的存储芯片组成一个容量为 64K8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，则：总片数 = （64K8 位） / （10244 位）= 642 = 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 = 64K8 / 4 = 16K8 位，4 片 16K8字串联成 64K8位组容量 = 页面容量 / 组数 = 16K8 位 / 16 = 1K8 位，16 片 1K8位字串联成 16K8
10、位组内片数 = 组容量 / 片容量 = 1K8 位 / 1K4 位 = 2 片，两片 1K4位芯片位并联成 1K8位存储器逻辑框图：（略）。13. 设有一个 64K8位的 RAM芯片，试问该芯片共有多少个基本单元电路（简称存储基元）？欲设计一种具有上述同样多存储基元的芯片，要求对芯片字长的选择应满足地址线和数据线的总和为最小，试确定这种芯片的地址线和数据线，并说明有几种解答。解：存储基元总数 = 64K8 位 = 512K 位 = 2 19位；思路：如要满足地址线和数据线总和最小，应尽量把存储元安排在字向，因为地址位数和字数成 2的幂的关系，可较好地压缩线数。设地址线根数为 a，数据线根数为
11、b，则片容量为：2 ab = 219；b = 2 19-a；若 a = 19，b = 1，总和 = 19+1 = 20；a = 18，b = 2，总和 = 18+2 = 20；a = 17，b = 4，总和 = 17+4 = 21；a = 16，b = 8，总和 = 16+8 = 24； 由上可看出：芯片字数越少，芯片字长越长，引脚数越多。芯片字数减 1、芯片位数均按 2的幂变化。结论：如果满足地址线和数据线的总和为最小，这种芯片的引脚分配方案有两种：地址线 = 19 根，数据线 = 1 根；或地址线 = 18 根，数据线 = 2 根。14. 某 8位微型机地址码为 18位，若使用 4K4位的
12、 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 32K8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）该机所允许的最大主存空间是：2 18 8位 = 256K8 位 = 256KB（2）模块板总数 = 256K8 / 32K8 = 8 块（3）板内片数 = 32K8 位 / 4K4 位 = 82 = 16 片（4）总片数 = 16 片8 = 128 片（5）CPU 通过最高 3位地址译码输出选择模板，次高 3位地址译码输出选择芯片。地址格式分配如下：15. 设
13、 CPU共有 16根地址线，8 根数据线，并用 （低电平有效）作访存控制信号， 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（2K8 位，4K4 位，8K8 位），RAM（1K4 位，2K8 位，4K8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，409616383 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）：1
14、000H-3FFFH（2）选片：ROM：选择 4K4位芯片 2片，位并联RAM：选择 4K8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：A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0ROM1,2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1RAM1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00
15、 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1RAM2 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1RAM3 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1CPU和存储器连接逻辑图及片选逻辑 图略16. CPU假设同上题，现有 8片 8K8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 A
16、000H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 图略（2）地址空间分配图：RAM0：0000H1FFFHRAM1：2000H3FFFHRAM2：4000H5FFFHRAM3：6000H7FFFHRAM4：8000H9FFFHRAM5：A000HBFFFHRAM6：C000HDFFFHRAM7：E000HFFFFH（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
17、：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 端与 端错连或短路；2）该片的 端与 CPU的 端错连或短路；3）该片的 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。17. 写出 1100、1101、1110、1111 对应的汉明码。解：有效信息均为 n=4位，假设有效信
18、息用 b4b3b2b1表示校验位位数 k=3位，（2 k=n+k+1）设校验位分别为 c1、c2、c3，则汉明码共 4+3=7位，即：c1c2b4c3b3b2b1校验位在汉明码中分别处于第 1、2、4 位c1=b4b3b1c2=b4b2b1c3=b3b2b1当有效信息为 1100时，c3c2c1=110,汉明码为 0111100。当有效信息为 1101时，c3c2c1=001,汉明码为 1010101。当有效信息为 1110时，c3c2c1=000,汉明码为 0010110。当有效信息为 1111时，c3c2c1=111,汉明码为 1111111。18. 已知收到的汉明码（按配偶原则配置）为1
19、100100、1100111、1100000、1100001，检查上述代码是否出错？第几位出错？解：假设接收到的汉明码为：c1c2b4c3b3b2b1纠错过程如下：P1=c1b4b3b1P2=c2b4b2b1P3=c3b3b2b1如果收到的汉明码为 1100100，则 p3p2p1=011，说明代码有错，第 3位（b4）出错，有效信息为：1100如果收到的汉明码为 1100111，则 p3p2p1=111，说明代码有错，第 7位（b1）出错，有效信息为：0110如果收到的汉明码为 1100000，则 p3p2p1=110，说明代码有错，第 6位（b2）出错，有效信息为：0010如果收到的汉明码
20、为 1100001，则 p3p2p1=001，说明代码有错，第 1位（c1）出错，有效信息为：000119. 已经接收到下列汉明码，分别写出它们所对应的欲传送代码。（1）1100000（按偶性配置）（2）1100010（按偶性配置）（3）1101001（按偶性配置）（4）0011001（按奇性配置）（5）1000000（按奇性配置）（6）1110001（按奇性配置）解：（一）假设接收到的汉明码为 C1C2B4C3B3B2B1，按偶性配置则：P1=C1B4B3B1P2=C2B4B2B1P3=C3B3B1（1）如接收到的汉明码为 1100000，P1=1000=1P2=1000=1P3=000=0P3P2P1=011，第 3位出错，可纠正为 1110000，故欲传送的信息为 1000。（2）如接收到的汉明码为 1100010，P1=1000=1P2=1010=0P3=000=0P3P2P1=001，第 1位出错，可纠正为 0100010，故欲传送的信息为 0010。（3）如接收到的汉明码为 1101001，P1=1001=0P2=1001=0
