计算机组成原理第五章答案

5．4教材习题解答１．如何区别存储器和寄存器？两者是一回事的说法对吗？解：存储器和寄存器不是一回事。存储器在CPU的外边，专门用来存放程序和数据，访问存储器的速度较慢。寄存器属于CPU的一部分，访问寄存器的速度很快。２．存储器的主要功能是什么？为什么要把存储系统分成若干个不同层次？主要有哪些层次？解：存储器的主要功能是用来保存程序和数据。存储系统是由几个容量、速度和价存储系统和结构第5章129格各不相同的存储器用硬件、软件、硬件与软件相结合的方法连接起来的系统。把存储系统分成若干个不同层次的目的是为了解决存储容量、存取速度和价格之间的矛盾。由高速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器构成的三级存储系统可以分为两个层次，其中高速缓存和主存间称为Cache－主存存储层次（Cache存储系统）；主存和辅存间称为主存—辅存存储层次（虚拟存储系统）。３．什么是半导体存储器？它有什么特点？解：采用半导体器件制造的存储器，主要有MOS型存储器和双极型存储器两大类。半导体存储器具有容量大、速度快、体积小、可靠性高等特点。半导体随机存储器存储的信息会因为断电而丢失。４．SRAM记忆单元电路的工作原理是什么？它和DRAM记忆单元电路相比有何异同点？解：SRAM记忆单元由６个MOS管组成，利用双稳态触发器来存储信息，可以对其进行读或写，只要电源不断电，信息将可保留。DRAM记忆单元可以由４个和单个MOS管组成，利用栅极电容存储信息，需要定时刷新。５．动态RAM为什么要刷新？一般有几种刷新方式？各有什么优缺点？解：DRAM记忆单元是通过栅极电容上存储的电荷来暂存信息的，由于电容上的电荷会随着时间的推移被逐渐泄放掉，因此每隔一定的时间必须向栅极电容补充一次电荷，这个过程就叫做刷新。常见的刷新方式有集中式、分散式和异步式３种。集中方式的特点是读写操作时不受刷新工作的影响，系统的存取速度比较高；但有死区，而且存储容量越大，死区就越长。分散方式的特点是没有死区；但它加长了系统的存取周期，降低了整机的速度，且刷新过于频繁，没有充分利用所允许的最大刷新间隔。异步方式虽然也有死区，但比集中方式的死区小得多，而且减少了刷新次数，是比较实用的一种刷新方式。６．一般存储芯片都设有片选端CS，它有什么用途？解：片选线CS用来决定该芯片是否被选中。CS＝０，芯片被选中；CS＝１，芯片不选中。７．DRAM芯片和SRAM芯片通常有何不同？解：主要区别有：①DRAM记忆单元是利用栅极电容存储信息；SRAM记忆单元利用双稳态触发器来存储信息。②DRAM集成度高，功耗小，但存取速度慢，一般用来组成大容量主存系统；SRAM的存取速度快，但集成度低，功耗也较大，所以一般用来组成高速缓冲存储器和小容量主存系统。③SRAM芯片需要有片选端CS，DRAM芯片可以不设CS，而用行选通信号RAS、列计算机组成原理教师用书130选通CAS兼作片选信号。④SRAM芯片的地址线直接与容量相关，而DRAM芯片常采用了地址复用技术，以减少地址线的数量。８．有哪几种只读存储器？它们各自有何特点？解：MROM：可靠性高，集成度高，形成批量之后价格便宜，但用户对制造厂的依赖性过大，灵活性差。PROM：允许用户利用专门的设备（编程器）写入自己的程序，但一旦写入后，其内容将无法改变。写入都是不可逆的，所以只能进行一次性写入。EPROM：不仅可以由用户利用编程器写入信息，而且可以对其内容进行多次改写。EPROM又可分为两种：紫外线擦除（UVEPROM）和电擦除（EEPROM）。闪速存储器：既可在不加电的情况下长期保存信息，又能在线进行快速擦除与重写，兼备了EEPROM和RAM的优点。９．说明存取周期和存取时间的区别。解：存取周期是指主存进行一次完整的读写操作所需的全部时间，即连续两次访问存储器操作之间所需要的最短时间。存取时间是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。存取周期一定大于存取时间。１０．一个１K×８的存储芯片需要多少根地址线、数据输入线和输出线？解：需要１０根地址线，８根数据输入和输出线。１１．某机字长为３２位，其存储容量是６４KB，按字编址的寻址范围是多少？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：某机字长为３２位，其存储容量是６４KB，按字编址的寻址范围是１６KW。若主存以字节编址，每一个存储字包含４个单独编址的存储字节。假设采用大端方案，即字地址等于最高有效字节地址，且字地址总是等于４的整数倍，正好用地址码的最末两位来区分同一个字中的４个字节。主存字地址和字节地址的分配情况如图５唱１９所示。图５唱１９主存字地址和字节地址的分配１２．一个容量为１６K×３２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？存储系统和结构第5章131１K×４位，２K×８位，４K×４位，１６K×１位，４K×８位，８K×８位。解：地址线１４根，数据线３２根，共４６根。若选用不同规格的存储芯片，则需要：１K×４位芯片１２８片，２K×８位芯片３２片，４K×４位芯片３２片，１６K×１位芯片３２片，４K×８位芯片１６片，８K×８位芯片８片。１３．现有１０２４×１的存储芯片，若用它组成容量为１６K×８的存储器。试求：（１）实现该存储器所需的芯片数量？（２）若将这些芯片分装在若干块板上，每块板的容量为４K×８，该存储器所需的地址线总位数是多少？其中几位用于选板？几位用于选片？几位用作片内地址？解：（１）需１０２４×１的芯片１２８片。（２）该存储器所需的地址线总位数是１４位，其中２位用于选板，２位用于选片，１０位用作片内地址。１４．已知某机字长８位，现采用半导体存储器作主存，其地址线为１６位，若使用１K×４的SRAM芯片组成该机所允许的最大主存空间，并采用存储模板结构形式。（１）若每块模板容量为４K×８，共需多少块存储模板？（２）画出一个模板内各芯片的连接逻辑图。解：（１）根据题干可知存储器容量为２１６＝６４KB，故共需１６块存储模板。（２）一个模板内各芯片的连接逻辑图如图５唱２０所示。图５唱２０模板内各芯片的连接逻辑图计算机组成原理教师用书132１５．某半导体存储器容量１６K×８，可选SRAM芯片的容量为４K×４；地址总线A１５～A０（低），双向数据总线D７～D０（低），由R／W线控制读／写。请设计并画出该存储器的逻辑图，并注明地址分配、片选逻辑及片选信号的极性。解：存储器的逻辑图与图５唱２０很相似，区别仅在于地址线的连接上，故省略。地址分配如下：A１５A１４A１３A１２A１１～A０XX００———第一组XX０１———第二组XX１０———第三组XX１１———第四组假设采用部分译码方式，片选逻辑为：CS０＝A１３?A１２CS１＝A１３?A１２CS２＝A１３?A１２CS３＝A１３?A１２１６．现有如下存储芯片：２K×１的ROM、４K×１的RAM、８K×１的ROM。若用它们组成容量为１６KB的存储器，前４KB为ROM，后１２KB为RAM，CPU的地址总线１６位。（１）各种存储芯片分别用多少片？（２）正确选用译码器及门电路，并画出相应的逻辑结构图。（３）指出有无地址重叠现象。解：（１）需要用２K×１的ROM芯片１６片，４K×１的RAM芯片２４片。不能使用８K×１的ROM芯片，因为它大于ROM应有的空间。（２）各存储芯片的地址分配如下：相应的逻辑结构图如图５唱２１所示。（３）有地址重叠现象。因为地址线A１５、A１４没有参加译码。１７．用容量为１６K×１的DRAM芯片构成６４KB的存储器。（１）画出该存储器的结构框图。存储系统和结构第5章133图５唱２１存储器的逻辑结构图（２）设存储器的读／写周期均为０．５μs，CPU在１μs内至少要访存一次，试问采用哪种刷新方式比较合理？相邻两行之间的刷新间隔是多少？对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少？解：（１）存_______储器的结构框图如图５唱２２所示。（２）因为要求CPU在１μs内至少要访存一次，所以不能使用集中刷新方式，分散和异步刷新方式都可以使用，但异步刷新方式比较合理。相邻两行之间的刷新间隔＝最大刷新间隔时间÷行数＝２ms÷１２８＝１５．６２５μs。取１５．５μs，即进行读或写操作３１次之后刷新一行。对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间＝０．５μs×１２８＝６４μs１８．有一个８位机，采用单总线结构，地址总线１６位（A１５～A０），数据总线８位（D７～D０），控制总线中与主存有关的信号有MREQ（低电平有效允许访存）和R／W（高电平为读命令，低电平为写命令）。主存地址分配如下：从０～８１９１为系统程序区，由ROM芯片组成；从８１９２～３２７６７计算机组成原理教师用书134图５唱２２存储器的结构框图为用户程序区；最后（最大地址）２K地址空间为系统程序工作区。（上述地址均用十进制表示，按字节编址。）现有如下存储芯片：８K×８的ROM，１６K×１、２K×８、４K×８、８K×８的SRAM。请从上述规格中选用芯片设计该机主存储器，画出主存的连接框图，并请注意画出片选逻辑及与CPU的连接。解：根据CPU的地址线、数据线，可确定整个主存空间为６４K×８。系统程序区由ROM芯片组成；用户程序区和系统程序工作区均由RAM芯片组成。共需：８K×８的ROM芯片１片，８K×８的SRAM芯片３片，２K×８的SRAM芯片１片。主存地址分配如图５唱２３所示，主存的连接框图如图５唱２４所示。A１５A１４A１３A１２A１１A１０～A００００———————————————８KBROM００１———————————————８KBRAM０１０———————————————８KBRAM０１１———————————————８KBRAM１１１１１———２KBRAM１９．某半导体存储器容量１５KB，其中固化区８KB，可选EPROM芯片为４K×８；可随机存储系统和结构