【软考】4 存储系统

1、层次化存储体系

存储硬件：

注意，Cache位于CPU和主存之间，不属于主存部分

存储分类方式：

例题：

1、CPU访问存储器时，被访问数据一般聚集在一个较小的连续存储区域中。
若一一个存储单元已被访问，则其邻近的存储单元有可能还要被访问，该特性被称为(A)。
A、数据局部性
B、指令局部性
C、空间局部性
D、时间局部性

2、虚拟存储体系由(A )两级存储器构成。
A、主存-辅存
B、寄存器Cache
C、寄存器-主存
D、Cache-主存

虚拟存储体系是当主存资源不足时，使用部分辅存作为虚拟主存资源

3、在微机系统中，BIOS (基本输入输出系统)保存在( A)中。
A、主板上的ROM
B、CPU的寄存器
C、主板上的RAM
D、虚拟存储器

2、缓存Cache

局部性概念

在计算机的存储系统体系中，Cache是访问速度最快的层次(若有寄存器，则寄存器最快)。
使用Cache改善系统性能的依据是程序的局部性原理。
- 时间局部性
- 空间局部性

平均周期的计算公式

如果以h代表对Cache的访问命中率，t₁ 表示Cache的周期时间，t₂ 表示主存储器周期时间
以读操作为例，使用“Cache+主存储器”的系统的平均周期为t₃,则:
平均周期 = 命中率 * Cache周期 + 失效率 * 主存周期，公式为【t₃ = h * t₁ + (1 - h) * t₂】
其中，(1 - h) 又称为失效率(未命中率)。默认Cache一般命中率为90%

Cache和主存的对应关系

主存和Cache之间的地址映射由硬件完成

三种映射方式：

例题

1、以下关于Cache (高速缓冲存储器)的叙述中，不正确的是( A)。
A、Cache 的设置扩大了主存的容量
B、Cache 的内容是主存部分内容的拷贝
C、Cache 的命中率并不随其容量增大线性地提高
D、Cache位于主存与CPU之间

2、在程序执行过程中，高速缓存(Cache)与主存间的地址映射由( D)
A、操作系统进行管理
B、存储管理软件进行管理
C、程序员自行安排
D、硬件自动完成

3、主存与Cache的地址映射方式中，(A )方式可以实现主存任意块装入Cache中任意位置，只有装满才需要替换。
A、全相联
B、直接映射
C、组相联
D、串并联

3、主存编址计算

bit 比特位，4bit表示4字长

存储单元，由N个字长组成， 由（起始地址 到 结束地址） + 1 为存储单元个数

1、存储器拼接【垂直拼接】

 字长不发生改变，存储单元个数改变，容量改变

2、存储器拼接【水平拼接】

字长改变，存储单元个数不变，容量改变

 3、特性概念

存储单元
存储单元个数 = 最大地址 - 最小地址 + 1
编址内容
按字编址; 存储体的存储单元是字存储单元，即最小寻址单位是一个字
按字节编址: 存储体的存储单元是字节存储单元，即最小寻址单位是一个字节。
总容量 = 存储单元个数 * 编址内容

根据存储器所要求的容量和选定的存储芯片的容量，就可以计算出所需芯片的总数，即:
总片数 = 总容量 / 每片的容量

例题

1、内存按字节编址，地址从A0000H到CFFFFH的内存，共有( )字节，
若用存储容量为64K X 8bit的存储器芯片构成该内存空间，至少需要()片。
A、80KB   B、96KB    C、160KB    D、192KB
A、2    B、3    C、5    D、8

解题思路

- 字节表示 8个比特位 8bit , 即8字长

存储单元个数 = 最大地址 - 最小地址 + 1

最大地址 + 1，CFFFF -> D0000， D转十进制为13， A转十进制为10

存储单元个数为 30000H 当前为十六进制，需要转换十进制处理

30000H 一共4个位阶[4, 3, 2, 1, 0]，则为 3 * 16⁴ 

则总容量为 3 * 16⁴ * 8

1K = 2¹⁰  *  8 (1024B) ，1M = 2²⁰ *  8 (1048576B)，1G = 2³⁰ *  8 (1073741824B)

所以字节部分可以抵消 3 * 16⁴ 对上 2¹⁰

转换 16 = 2^4，16^4 = (2 ^ 4) ^ 4 = 2 ^ 16

约分 2¹⁰ 和 2¹⁶后， 剩余 2⁶

2^6  * 3 = 64 * 3 = 192，上一步约分是为KB单位，192KB，选D

64K * 8bit的存储器芯片构成，位宽一致，只需要对比192和64，上一步就是由64得来的，所以为3片，答案选B