第五章 存储系统-【单招零距离】计算机专业综合（上）

单招零距离·计算机专业综合·上册 第五章存储系统 学习日标 @Y⑤ 1.掌握存储器的分类和技术指标： 2.掌握随机读写存储器的工作特征： 3.了解存储器的分级结构。 知识体系 G⑤ 「磁表面存储器：如磁盘、磁带、磁卡等 双极型(RAM) 按介质分{半导体存储器 MOB型(RAM) 光盘存储器：光盘 SRAM 随机存储器(RAM) DRAM 分类 MROM PROM 按存取方式分{只读存储器(ROM)八 EPROM EEPROM 顺序储存器(SAM) 直接存取存储器(DMA) 存储系统 按可保存性分 和 按作用分 三个层次 性能指标 地址译码分 存储器扩展分 可行性原理 解决了 问题 CACHE 地址映射分 替换策略有 「程序再定位 解决了 问题 虚拟存储器 三种管理方式 在 和 的支持下完成 ·30· 总复习方案·第一部分计算机原理 知识梳理 Y⊙ 一、存储器的分类 (一)按存储介质分 1.半导体存储器：用半导体器件组成的存储器。 (1)双极型半导体存储器：速度快、功耗大、集成度低、价格高、容量小、常用于CACHE。 (2)MOS型半导体存储器：速度慢、功耗小、集成度高、价格低，容量大、常用于内存。 2.磁表面存储器：用磁性材料做成的存储器。 磁盘、磁带等。容量大、速度慢、价格低、体积大，常用于辅存。 3.光表面存储器 (二)按存取方式分 1.随机存储器RAM:存放正在运行的程序、数据及文档：读出不变、写入更新：断电后信息 丢失。 SRAM:速度快、功耗大、价格高、集成度低、不要刷新、用6个MOS管组成的双稳态触发 器存放信息。 DRAM:速度慢、功耗小、价格低、集成度高、要刷新、用电容的充电电荷存放信息。 2.只读存储器ROM:只读不写，断电后信息不丢失 MROM:掩模式只读存储器，厂家写入，有MOS型和双极型。 PROM:可编程只读存储器，用户写入一次。 EPROM:可擦除可编程只读存储器，常用紫外线擦洗，不能在线修改。 EEPROM:电可擦除可编程只读存储器，可在应用系统中在线修改。 (三)按信息可保存性分 1.易失性存储器：断电后信息即消失的存储器。 2.非易失性存储器：断电后仍能保存信息的存储器。 (四)按在计算机中的作用分 主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器、控制存储器等。 三级存储器体系结构：高速缓冲存储器、主存储器和外存储器。 CACHE一内存，解决了速度和价格之间的矛盾。 内存一外存，解决了容量和价格之间的矛盾。 二、存储器的主要性能指标 1.存储周期：指连续启动两次独立存储器操作（读或写）所需的间隔的最小时间。 2.存取时间：指存储器存取信息所需的时间，通常用存取周期表示。 存取周期：向存储器读出或写入一个数据所需要的时间。 3.存储容量：指存储器所能存储的二位制代码的最大数量。 存储容量=存储单元数×位数存储单元数由地址线的位数决定，位数由数据线的位数 决定。 存储容量=末地址一首地址十1 ·31· 单招零距离·计算机专业综合·上册 三、地址译码 译码方式 单译码方式 双译码方式 A0 X 1 A0- 地 1 地 4(096*16 址 64 (64*64) 译 4096*16 电路图 译 4096 A5- 64 码 A11 器 Y地址译码器 器 .…1 AG A11 X方向选择线（行选） 选通线 字选线 Y方向选择线（列选） 选通后 该字（某单元的所有位）都被选中 由行选和列选交叉共同决定所选单元 适用 小容量存储器 大容量存储器 优缺点 选择线多（输出线） 选择线少（输出线） 地址输入线：12根 地址输入线：12根 地址线根数 地址输出线：22=4096个 地址输出线：2×2=128 n=12 可译出地址数：22=4096个 可译出地址数：26×2=212=4096个 四、半导体存储器的组成及寻址（字位扩展） 1.位扩展：当存储器的字数与单个存储芯片的字数相同而位数不同时，采用位扩展方式。 2字扩展：当存储器的位数与单个存储芯片的位数相同而字数不同时，采用字扩展方式。 3.字位扩展：当存储器的字数与单个存储芯片的字数不同，且位数也不同时，采用字位 扩展。 五、半导体存储器与CPU的连接 1.线选方案：低位地址线片内选址、高位地址线片选，地址不连续，给编程带来困难，适用 于较小的存储系统 2译码器连接方案：低位地址线片内选址、高位地址线经译码器输出进行片选，地址连续。 编程方便，在各存储系统中被广泛采用。 六、动态随机存储器DRAM 1.刷新：为了保持存储数据的正确，必须反复对存储单元进行充电以恢复原来的电荷，这 一过程叫刷新。刷新是一行一行进行。 2.刷新方式 (1)集中式刷新：在最大刷新周期内，集中安排刷新，有“死区”。 (2)分散式刷新：每行存储单元的刷新分散在每个读写周期内，避免了“死区”，但加长机 器的存取时间，降低了整机的运算速度。 (3)异步刷新：结合上述两种，充分利用最大刷新间隔时间，并使“死区”缩短。 七、高速缓冲存储器Cache 1.目的：解决CPU与主存速度不匹配的矛盾。工作过程完全由硬件(CACHE控制器) 实现。 2.可行性原理：程序访问局部性原理（对局部范围的存储器地址频繁访间，而对此范围以 ·32· 总复习方案·第一部分计算机原理 外的地址则访问甚少的现象)。 3.工作原理：CPU首先在一级cache中查找数据如果找不到，则到二级cache中查找，若 数据不在一级cache和二级cache中，则到主存中获取。 4.地址映射：把主存地址映射到CACHE中定位 (1)直接映射：主存的字块映射到CACHE的指定位置，实现简单，命中率低。 (2)全相联映射：主存的字块映射到CACHE的任意位置，实现复杂，命中率高。 (3)组相联映射：将存储空间分组，组间直接映射，组内全相联映射，命中率居两者之间。 5.替换策略 (1)先进先出策略一FIFO策略。 (2)近期最少使用策略一LRU策略命中率高。 八、虚拟存储器(VM) 1.虚拟存储技术是为了克服内存不足而提出的。 2.为了保证运行正确必须进行逻辑地址与实际地址的转换，这一过程叫程序再定位。 3.虚拟存储技术是在主存和辅存之间增加软件及硬件，使得两者之间的信息交换、程序再 定位、地址转换都自动进行。 4.虚拟存储器的实现是在磁外存和光外存以及存储管理硬件支持下，由操作系统的存储 管理软件来完成。 5.管理方式： (1)段式管理需要在内存建立一张段表。 (2)页式管理将辅存和主存空间都分成大小相同的存储空间，称为页，辅存的页为虚页，主 存的页为实页，页式管理在内存中为每一用户设置一个页表，作为虚实地址变换的依据。 (3)段页式管理在内存建立一张段表和一张页表。 在虚拟存储器虚实地址变换中除段表和页表，还可建立快表、帧页表、外页表。 典例精析 GY⊙ 【例1】电擦除可编程只读存储器是 A.ROM B.PROM C.EPROM D.EEPROM 【答案】D 【解析】ROM:只读存储器，PROM:可编程只读存储器，EPROM:可擦除可编程只读存 储器，EEPROM:电可擦除可编程只读存储器。 【例2】半导体分类中用作CPU中Cache的是 型半导体存储器。 【答案】双极 【解析】双极型半导体存储器常用于CACHE,MOS型半导体存储器常用于内存。 【例3】某存储器芯片的存储容量为512K×8位，该芯片的地址线和数据线数目分别为 根和 根。 【答案】19,8 【解析】512K是存储单元数，由地址总线的位数决定，512K=21,8位是数据线。 【例4】 设某存储器容量为64KB,若其首地址10000H,按字节编址，则其末地址为 【答案】1 FFFFH ·33 单招零距离·计算机专业综合·上册 【解析】64K=216=(10…0)B=10000H 1体位 .X-10000H+1=10000H..X=1 FFFFH 【例5】使用芯片6264(8K4)扩展成32KB存储器，需要 片进行字位扩展，使 用译码器方案。 地址线编号 用于片内寻址，地址线编号 用于片选，数据线编号 【答案】8，A0-A12,A13-A14,D0-D7 【解析】32KB=32K*8,(32K*8)/(8K￥4)=8：8K=213,片内地址线13根，A0 A12,32K/8K=4=22,片选线用2根，A13-A14,数据线8根，D0一D7 【例6】某内存条的容量为1 GByte,内存颗粒容量为256M×4bit片，则组成该内存条需 要的内存颗粒数量为 片。 【答案】8 【解析】1GB=1G×8=1024M×8 (1024M×8)/(256M×4)=8 【例7】下列Cache-一内存的地址映射方法中，Cache命中率最高的 A.直接映射 B.组相联映射 C.级相联映射 D.全相联映射 【答案】D 【解析】直接映射命中率低，全相联映射命中率高，组相联映射介于两者之间。 【例8】 在“主存一Cache”存储体系中，存放一部分程序块和数据的副本的是 【答案】CACHE 【解析】CPU首先在cache中查找，若数据不在cache中，则到主存中复制部分程序块和 数据。 巩固练习 Y⊙ 一、选择题 1.内存有SRAM和DRAM,与DRAM相比，SRAM的特点是 A.存取速度快，容量大 B.存取速度慢，容量小 C.存取速度快，容量小 D.存取速度慢.容量大 2.在三级存储结构中，解决存储器速度与价格之间矛盾的是 层次。 A.寄存器与Cache B.Cache与主存 C.主存与外存 D.Cache与外存 3.下列 刷新方式避免了“死区”。 A.集中式 B.分散式 C.异步式 D.同步式 替换策略是把当前Cache中近期使用次数最少的字块替换出去。 A.FIFO B.RLU C.FILO D.LRU 5.目前主板上的BIOS都采用 A.EEPROM B.EPROM C.flash ROM D.PROM 6.32片ntel2114芯片(1024×4)组成的存储体，最多能够存储的汉字（机内码）个数是 A.1K B.8K C.16K D.32K 二、判断题 1.存储器进行两次连续的读（或写）操作之间所需的间隔时间称为存储周期。 ·34· 总复习方案·第一部分计算机原理 2.虚拟存储器可以扩大逻辑内存容量。 3.静态SRAM是用双稳态触发器来存储信息。 4.DRAM间隔一段时间必须刷新，否则数据将丢失。 ( 5.根据地址映射方式的不同，虚拟存储器的管理方式分为段式管理和页式管理两种。( ) 三、填空题 l.Cache的可行性原理是基于程序访问的 原理。 2.若内存按字节编址，存储器芯片的容量为16K×8bit,用此芯片构成从4000H到 BFFFFH的内存，要用 片这样的存储芯片进行扩展。 3.指令MOV AX,[BX灯可以访问64KB连续内存，则该计算机系统的字长至少 位。 拓展练习 ⑤ 一、选择题 1.下列选项中，只支持顺序存取的是 A.内存 B.硬盘 C.光盘 D.磁带 2.U盘使用的存储介质是 A.USB材料 B.磁性材料 C.光源材料 D.半导体材料 3.每个主存地址映射到CACHE中的一个指定页，则称此映射是 A.直接映射 B.间接映射 C.全相联映射 D,组相联映射 4.用译码方式将8K×8位的EPROM芯片组成128K×16位的只读存储器，则片选信号 线的数量为 A.2 B.4 C.16 D.32 5.既可以在应用系统中即时修改，又能在断电情况下保存数据的存储器类型是 A.SRAM B.PROM C.EPROM D.EEPROM 6.某计算机的字长是8位，寄存器P℃值是3000H,从内存取得一条双字节指令后，PC的 值是 A.3000H B.3001H C.3002H D.3016H 二、判断题 1.DRAM用异步刷新，SRAM用集中或分散式刷新 2.虚拟存储器建立在内存基础上，用来弥补辅存空间不足。 3.程序运行时，对局部范围的存储器频繁访问、而对此范围以外的地址则访问甚少的现 象，称为程序访问的局部性 4.Cache用于匹配CPU和主存之间的速度，用户通过指令对其进行管理。 三、填空题 1.存储容量是指存储器能存放二进制代码的最大数量。存储容量=存储单元数× 2.RAM对存储单元进行读写时的特点是 3.CACHE的替换策略中 是把最近使用次数最少的字块替换出去。 4.用于制作“内存条”的存储器是 (中文)。 5.用64片Inte12114芯片(1024×4)组成存储体，该存储体用4位地址信号作为片选译码 输入，则该存储器总字长为 位。 ·35·单招零距离·计算机专业综合·上册 断.IDE/EIDE.Ulta DMA33/66.IEEE1394.SCSI.USB. 第五章 存储系统 DVI 【知识体系】 【巩固练习】 易失性、非易失性;内存、外存、CACHE;CACHE。 一、选择题 内存、外存;存取时间、存储容量、存储周期、可靠性、 1.C 2.B 3.A 4.B 性价比;单译码方式、双译码方式:位扩展、字扩展、字 二、填空题 1.串行总线 位扩展;程序访问局部性原理;速度和成本之间的:直 2.系统总线 接映射、全相联映射、组相联映射:FFO、LRU:逻辐 3.外围组件(部件)互连 地址与实际地址的转换;容量与价格之间的;段式管 4.外设 5.热插拔 6.通道 理、贡式管理、段页式管理;硬件、操作系统。 【拓展练习】 【巩固练习】 一、选择题 一、选择题 1.B 2.B 3.A 4.C 1.C 2.B 3.B 4.D 5.C 6.B 二、判断题 二、判断题 1.X 2.V 3.X 1.× 2.3. 4. 5.× 三、填空题 三、填空题 1.分时 2.外设 3.多 4.双向 1.局部性 2.32 3.16 5.异步控制方式 6.串行 7.132 【拓展练习】 第七章 输入输出系统 一、选择题 1.D 2.D 3.A 4.B 5.D 6.C 【知识体系】 二、判断题 状态信息、控制信息、无条件传送、条件传送、软件、 1.× 2.X 3 4.X 低、略、略、随机性、程序切换性、中断硬件系统、中断软 三、填空题 件系统、软件中断、硬件中断、可屏蔽中断、不可屏蔽中 1.位数 2.读出不变,写入更新 3.LRU 断、向量中断、非向量中断、外设、条件和内容;略、中断 4.动态随机存储器 5.16 处理、中断服务程序、中断返回、按排在中断服务程序 末尾的中断返回指令、略、略、略、CPU、DMA控制器、 第六章 总线系统 存储器、响应随机请求、简单数据、DMA 【知识体系】 【巩固练习】 总线是能被系统中多个部件分时共享的一组信息传 一、选择题 输线及相关逻辑、并行总线、串行总线、数据总线、控制 1.A 2.A 3.B 4.B 5.D 总线、地址总线、内部总线、外部总线、系统总线、通信 二、判断题 总线、单向总线、双向总线、同步总线、异步总线、单总 1.X 2.× 3.× 4.× 线结构、双总线结构、多总线结构、最大存储容量、字 三、填空题 1.保护现场 2.DMA控制器 长、指令系统、独立、主存的存取周期、ISAEISA、PCI、 3.控制权的转移 AGP、PCI一E、指CPU和主存、外设间通过总线进行连 4.直接存储器存取 5.向量中断 6.中断处理 接的逻辑部件、控制、缓冲、状态、转换、整理、程序中 7.一条指令执行完毕 8.优先权 9.中断屏蔽 .118·