计算机组成原理 形成性考核 作业六：存储系统

作业六：存储系统

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1. 主存储器的特点是速度快、容量大。它是计算机中用于存储程序和数据的主要存储设备。它的速度非常快，可以迅速读取和写入数据。存储容量指的是主存储器能够存储的数据量大小，通常以字节为单位进行计量。

2. 外存是指计算机系统中用于长期存储数据的设备，例如硬盘、固态硬盘、光盘等。外存具有存储容量大、价格相对低廉、数据持久性强的特点。它可以长期保存大量的数据，并且不会因为断电或者计算机重启而丢失数据。外存的用处是用于存储和持久化数据，例如操作系统、应用程序、文档、媒体文件等。

3. 存储器的主要技术指标包括存储容量、访问速度、存储单元的大小和地址定位方式。存储容量是指存储器能够存储的数据量大小。访问速度则表示存储器读取和写入数据的速度。存储单元的大小指的是存储器中每个存储单元能够存储的二进制位数。地址定位方式表示存储器的寻址方式，例如按字节寻址、按字寻址等。

4. 各种型号半导体存储器的名称和特点如下：

• RAM（随机存取存储器）：具有读写功能，可以快速进行数据的读取和写入。
• DRAM（动态随机存取存储器）：需要定期刷新来保持存储数据，容量较大但访问速度相对较慢。
• SRAM（静态随机存取存储器）：不需要刷新操作，访问速度较快但容量较小。
• ROM（只读存储器）：只能读取数据，不能进行写入操作。
• PROM（可编程只读存储器）：可以进行一次性的编程操作，用于存储固定的数据。
• EPROM（可擦除可编程只读存储器）：可以进行多次擦除和编程操作，用于存储固定的数据。
• EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）：可以通过电信号进行擦除和编程操作，用于存储固定的数据。
• FM（闪存存储器）：具有非易失性，可以通过电信号进行擦除和编程操作，用于存储固定的数据。

1. 静态存储器SRAM是一种基于触发器的存储器，它的存储单元以触发器形式实现，不需要定期刷新操作，访问速度较快，但相对于动态存储器DRAM来说，它的容量较小。动态存储器DRAM是一种基于电容的存储器，它的存储单元以电容形式实现，需要定期刷新操作来保持存储数据，容量较大但访问速度相对较慢。

2. 三级存储系统中的三级存储器的作用原理和实现方法有异同。三级存储系统一般由高速缓存、主存和外存组成。高速缓存作为最接近CPU的一级存储器，存储速度非常快，用于缓存最常访问的数据，可以提高CPU访问数据的效率。主存存储器作为中间层级的存储器，存储容量较大，用于存储程序和数据。外存作为最低层级的存储器，容量更大，用于长期存储和持久化数据。

异同点在于实现方法：

• 高速缓存通常是由快速的SRAM构成，它与CPU之间通过总线连接，可以快速读取和写入数据。
• 主存通常是由DRAM构成，它的容量较大但访问速度相对较慢，需要通过内存控制器进行数据的读取和写入。
• 外存通常是由硬盘、固态硬盘等存储设备构成，它的容量更大，但访问速度较慢，需要通过外存控制器进行数据的读取和写入。

1. 虚拟存储器是一种计算机存储管理技术，它将主存和外存结合起来，通过将部分程序和数据存储在外存中，允许程序使用虚拟地址来访问存储空间。虚拟地址是程序中使用的地址，虚拟存储空间则是程序可以访问的存储范围。构造虚拟存储器的目的是为了提供比实际物理存储器更大的存储空间，并且能够更高效地管理和使用存储资源。

2. Cache命中率指的是在CPU访问主存时，所需数据是否已经存在于高速缓存中的比率。Cache地址映像有直接映射、全相联映射和组相联映射三种方式。直接映射是将主存地址的一部分直接映射到高速缓存的某个位置，全相联映射是将主存地址的全部映射到高速缓存的任意位置，组相联映射是将主存地址的一部分映射到高速缓存的某个组，再在组内进行全相联映射。这些映射方式各有特点，在高速缓存的命中率、成本和复杂度等方面有所差异。

3. (1) 主存数据寄存器是16位。 (2) 地址寄存器是15位。 (3) 需要4片EPROM。 (4) 逻辑框图如下所示： ____________________________ | 4片 EPROM | |___________________| ___________ ___________ |地址寄存器 | |数据寄存器 | || || _________ |控制器 | ||

4. (1) 主存最大容量是2^32字节，即4GB。 (2) 主存共需2^32/(64M32位) = 2^3 = 8个内存条。 (3) 每个内存条有64M32位 / (32MB*8位) = 8个DRAM芯片。 (4) 主存共需8个内存条 * 8个DRAM芯片 = 64个DRAM芯片。 (5) CPU通过地址总线发送地址给内存条，读出半字是通过将地址传递给内存条，并选择相应的数据存储单元输出。读出全字是通过将地址传递给内存条，并同时选择相邻的两个半字数据存储单元输出，并合并为一个完整的字节数据。