第6章存储系统
〔习题6.1〕简答题
（1）存储系统为什么不能采用一种存储器件构成？
（2）什么是高速命中和高速缺失（未命中）？
（3）高速缓存Cache系统的标签存储器有什么作用？
（4）什么是Cache的地址映射？
（5）Cache的写入策略用于解决什么问题？
（6）存储器的存取时间和存取周期有什么区别？
（7）虚拟存储器是什么存储器？
（8）DRAM芯片怎么有行地址又有列地址？
（9）地址重复是怎么回事？
（10）页表项的P（D0）位有什么作用？
〔解答〕
①因为各种存储器件在容量、速度和价格方面存在矛盾。速度快，则单位价格高；容量大，单位价格低，但存取速度慢。故存储系统不能采用一种存储器件。
rom是什么②Cache中复制着主存的部分内容。当处理器试图读取主存的某个字时，Cache控制器首先检查Cache中是否已包含有这个字。若有，则处理器直接读取Cache，这种情况称为高速命中；若无，则称为高速缺失。
③标签存储器保存着该数据所在主存的地址信息。
④主存块与Cache行之间的对应关系称“地址映射”，Cache通过地址映射确定一个主存块应放到哪个Cache行组中。
⑤写入策略用于解决写入Cache时引起主存和Cache内容不一致性的问题。
⑥存取时间是指从读/写命令发出，到数据传输操作完成所经历的时间；存取周期表示两次存储器访问所允许的最小时间间隔。存取周期大于等于存取时间。
⑦虚拟存储器是由操作系统利用辅助存储器、以磁盘文件形式建立的、在主存储器与辅助存储器之间的一个存储器。
⑧DRAM芯片容量大、芯片小，高集成度，引脚数量少。故DRAM芯片将地址引脚分时复用，即用一组地址引脚传送两批地址。第一批地址称行地址，第二批地址称列地址。
⑨译码电路中只有部分地址线参与译码会造成地址重复，也就是一个存储单元占有多个存储器地址。
⑩页表项的P位称为存在位（Present），表示该页面是否在物理存储器中。
〔习题6.2〕判断题
（1）存储系统的高速缓存需要操作系统的配合才能提高主存访问速度。
（2）指令访问的操作数可能是8，16或32位，但主存与Cache间却以数据块为单位传输。
（3）为了加快段描述符和页表项的访问速度，IA-32处理器内部分别设置了段描述符高速缓冲器和转换后备缓冲器。它们的基本工作原理类似主存的高速缓存。
（4）存储器芯片的集成度高表示单位芯片面积制作的存储单元数多。
（5）微机大容量主存一般采用DRAM芯片组成。
（6）部分译码可以简化译码电路，不会减少可用的存储空间。
（7）存储系统每次给DRAM芯片提供刷新地址，被选中的芯片上所有单元都刷新一遍。
（8）存储系统的刷新地址提供给所有DRAM芯片。
（9）FPM DRAM芯片中的快页读写方式就是猝发传送方式。
（10）ROM芯片的烧写或擦写就是指对ROM芯片的编程。
〔解答〕
①错②对③对④对⑤对
⑥错⑦错⑧对⑨错⑩对
〔习题6.3〕填空题
（1）计算机存储容量的基本单位：1 B（Byte）＝__________b（bits），1KB＝__________B，1MB＝__________KB，1GB＝__________MB，1TB＝__________GB＝__________B。
（2）80486片上Cache的容量是__________，采用__________路组合地址映射。
（3）在半导体存储器中，RAM指的是__________，它可读可写，但断电后信息一般会__________；而ROM指的是__________，正常工作时只能从中__________信息，但断电后信息__________。
（4）存储结构为8K×8位的EPROM芯片2764，共有__________个数据引脚、__________个地址引脚。用它组成64KB的ROM存储区共需__________片芯片。
（5）对一个存储器芯片进行片选译码时，有一个高位系统地址信号没有参加译码，则该芯片的每个存储单元占有__________个存储器地址。
（6）半导体__________芯片顶部开有一个圆形石英窗口。U盘、MP3播放器、数码相机、多媒体手机等设备一般采用半导体__________芯片构成存储器。
（7）在8088处理器系统中，假设地址总线A19～A15输出01011时译码电路产生一个有效的片选信号。这个片选信号将占有主存从__________到__________的物理地址范围，共有__________容量。
（8）8086和80286使用16位数据总线，主存分成偶数地址和奇数地址两个存储体。80386和80486处
理器使用__________位数据总线，利用4个字节允许信号区别__________个存储体。Pentium及以后的IA-32处理器使用__________位数据总线，主存由__________个存储体组成。
（9）高速缓冲存储器的地映址射有____________、____________和____________方式。Pentium的L1 Cache采用____________映射方式。
（10）已知IA-32处理器某个段描述符为0000B98200002000H，则该段基地址＝__________，段界限＝__________。
〔解答〕
①8，1024，1024，1024，1024，240
②8KB，4
③随机存取存储器，丢失，只读存储器，读取，不会丢失
④8，13，8
⑤ 2
⑥（UV-）EPROM，Flash Memory
⑦58000H，5FFFFH，32KB
⑧32，4，64，8
⑨直接映射，组合相关映射，全相关映射，2路组合相关映射
⑩00820000H，02000H
〔习题6.4〕
举例说明存储访问的局部性原理。
〔解答〕
处理器访问存储器时，无论是读取指令还是存取数据，所访问的存储单元在一段时间内
都趋向于一个较小的连续区域中，这就是存储访问的局部性原理。
例如，求平均值的函数。
long mean(long d[], long num)
{
long i,temp=0;
for(i=0; i<num; i++) temp=temp+d[i];
temp=temp/num;
return (temp);
}
函数中的变量temp体现了时间局部，因为每次循环都要使用它。顺序访问数组d[]的各个元素（相邻存放在主存），体现了空间局部。循环体内的指令顺序存放，依次读取执行体现了空间局部；同时重复执行循环体，又体现了时间局部。
〔习题6.5〕
简述存储系统的层次结构及各层存储部件特点。
〔解答〕
为解决容量、速度和价格的矛盾，存储系统采用金字塔型层次结构，单位价格和速度自上而下逐层减少，容量自上而下逐层增加。
存储系统的各层存储部件自上而下依次是：CPU寄存器、高速缓存、主存存储器(RAM/ROM)，辅助存储器如磁盘、光盘等。CPU寄存器、高速缓存器集成在CPU芯片上，对用户来说，是透明的，它们用于暂存主存和处理器交互的数据，以减少频繁读取主存而影响处理器速度；主存储器则可和处理器直接交换数据，而辅助存储器必须经过主存存储器，才可与处理器进行数据交换。
〔习题6.6〕
在半导体存储器件中，什么是SRAM、DRAM和NVRAM？
〔解答〕
SRAM是静态读写存储器芯片，它以触发器为基本存储单元，以其两种稳定状态表示逻辑0和逻辑1。
DRAM是动态读写存储器芯片，它以单个MOS管为基本存储单元，以极间电容充放电表示两种逻辑状态，需要不断刷新保持信息正确。
NVRAM多指带有后备电池的SRAM芯片，这种芯片采用CMOS制造工艺设计以减少用电。
〔习题6.7〕
SRAM芯片的片选信号有什么用途？对应读写控制的信号是什么？
〔解答〕
片选信号C S：片选有效时，才可以对该芯片进行读/写操作；无效时，数据引脚呈现高阻状态、与系统数据总线隔离，并可降低内部功耗。
读控制信号O E：在芯片被选中的前提下，若O E有效，则芯片将允许地址信号选择的存储单元内的数据输出到数据引脚上。
写控制信号W E：在芯片被选中的前提下，若W E有效，则芯片将数据引脚上的数据写入地址信号选择的存储单元内。
〔习题6.8〕
DRAM为什么要刷新，存储系统如何进行刷新？
〔解答〕
DRAM以单个MOS管为基本存储单元，以极间电容充放电表示两种逻辑状态。由于极间电容的容量很小，充电电荷自然泄漏会很快导致信息丢失，所以要不断对它进行刷新操作、即读取原内容、放大再写入。
存储系统的刷新控制电路提供刷新行地址，将存储DRAM芯片中的某一行选中刷新。实际上，刷新控制电路是将刷新行地址同时送达存储系统中所有DRAM芯片，所有DRAM 芯片都在同时进行一行的刷新操作。
刷新控制电路设置每次行地址增量，并在一定时间间隔内启动一次刷新操作，就能够保证所有DRAM芯片的所有存储单元得到及时刷新。
〔习题6.9〕
什么是掩摸ROM、OTP-ROM、EPROM、EEPROM和Flash ROM？
〔解答〕
掩膜ROM：通过掩膜工艺、将要保存的信息直接制作在芯片当中，以后再也不能更改。
OTP-ROM：该类芯片出厂时存储的信息为全“1”，允许用户进行一次性编程，此后便不能更改。
EPROM：一般指可用紫外光擦除、并可重复编程的ROM。
EEPROM：也常表达为E2PROM，其擦除和编程（即擦写）通过加电的方法来进行，可实现“在线编程”和“在应用编程”
Flash ROM：是一种新型的电擦除可编程ROM芯片，能够很快擦除整个芯片内容。〔习题6.10〕
请给出教材图6-7中138译码器的所有译码输出引脚对应的地址范围。
〔解答〕
Y的地址范围依次是：
Y～7
E0000H～E3FFFH，E4000H～E7FFFH，E8000H～EBFFFH，EC000H～EFFFFH，F0000H～F3FFFH，F4000H～F7FFFH，F8000H～FBFFFH，FC000H～FFFFFH。
〔习题6.11〕
什么是存储器芯片的全译码和部分译码？各有什么特点？
〔解答〕
全译码：使用全部系统地址总线进行译码。特点是地址唯一，一个存储单元只对应一个存储器地址（反之亦然），组成的存储系统其地址空间连续。
部分译码：只使用部分系统地址总线进行译码。其特点：有一个没有被使用的地址信号就有两种编码，这两个编码指向同一个存储单元，出现地址重复。
〔习题6.12〕
区别如下各个主存名称的含义：常规主存，扩展主存，扩充主存；上位主存区UMA和上位主存块UMB，高端主存区HMA，影子主存。
〔解答〕
常规主存：8088和8086提供20个地址线A19～A0，寻址1MB的存贮空间，其中，最低640KB的系统RAM区被称为常规主存或基本主存。
扩展主存：IA-32处理器在1MB之后的主存空间都作为RAM区域使用，被称为扩展主存。
扩充主存：处理器不可以直接访问，利用“体交换技术”实现处理器访问。
上位主存区UMA：在常规主存其后384KB（A0000H～FFFFFH）主存称为上位主存区UMA。
上位主存块UMB：上位主存区UMA没有被使用部分，被开辟为上位主存块UMB。
高端主存区HMA：在实方式下，通过控制A20开放，程序可以访问的1MB之后的64KB 区域。
影子主存：PC机启动后可以将ROM-BIOS映射到RAM中，这部分用作ROM-BIOS、并被操作系统设置为只读的RAM区域。
〔习题6.13〕
开机后，微机系统常需要检测主存储器是否正常。例如，可以先向所有存储单元写入数据55H（或00H）、然后读出看是否还是55H（或00H）；接着再向所有存储单元写入数据AAH（或FFH）、然后读出看是否还是AAH（或FFH）。利用两个二进制各位互反的“花样”数据的反复写入、读出和比较就能够识别出有故障的存储单元。利用获得的有故障存储单元所在的物理地址，如果能够分析出该存储单元所在的存储器芯片，就可以实现芯片级的维修。试利用汇编语言编写一个检测常规主存最高64KB（逻辑地址从9000H∶0000H到9000H∶FFFFH）的程序，如果发现错误请显示其逻辑地址。
〔解答〕
; 代码段
mov ax,9000h
mov ds,ax
mov ah,55h ; 先用55H
push ax
again: mov bx,0
mov al,ah
again1: mov [bx],al ; 写入
dec bx
jnz again1
again2: mov al,[bx] ; 读出
cmp al,ah ; 检测
jz next2
dispcrlf
push ax
mov ax,ds
call disphw ; 显示段地址
mov al,':'
call dispc
mov ax,bx
call disphw ; 显示偏移地址
pop ax
next2: dec bx
jnz again2
pop ax
cmp ah,0aah ; 后用0AAH
jz done
mov ah,0aah
jmp again
done:
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