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[考研类试卷]存储系统模拟试卷2及答案与解析.doc

1、存储系统模拟试卷 2 及答案与解析一、单项选择题1 虚拟存储器理论上的最大容量取决于( )。(A)辅存容量(B)主存容量(C)虚地址长度(D)实地址长度2 下面关于虚拟存储器的说法中,错误的是( )。(A)在虚拟存储器中,各个进程作业占用的存储空间大小是不相同的(B)虚拟存储器的引入是为了扩大程序所能够访问的存储空间(C)实现虚拟存储器不需要硬件的支持(D)虚拟存储器的实际容量等于辅助存储器的容量3 某分页系统的逻辑地址长 18 位,其中高 8 位为页号,低 10 位为页内地址。则该分页系统的页面长度为( )字节。(A)1 024(B) 51 2(C) 256(D)1284 页式存储管理系统不

2、会出现( )。(A)抖动颠簸 B。内零头(内碎片)(B)外零头(外碎片)(C)越界访问5 LRU 替换算法所基于的考虑是( )。(A)在最近的过去用得少的信息,在最近的将来将会用得多(B)在最近的过去用得多的信息,在最近的将来将会用得少(C)在最近的过去很久未使用的信息,在最近的将来将会使用(D)在最近的过去很久未使用的信息,在最近的将来也不会使用6 能够采用“ 紧凑压缩紧缩 (CompaCtion)”操作来消除内存 “零头(碎片)”的前提是采用( )来实现逻辑地址到物理地址的变换。(A)页表(B)段表(C)动态重定位(D)静态重定位7 下列关于页式存储管理与段式存储管理的区别的论述中,正确的

3、是( )。(A)页式存储管理更有利于存储保护(B)段式存储管理的存储空间利用率较高(C)在段式存储管理中,指令或数据不会跨段存储(D)段的尺寸要大于页的尺寸8 页式虚拟存储器中的页表设置“脏位修改位” 的目的是 ( )。(A)表示数据有错(B)减少 IO 传输量(C)防止非法访问(D)提高可靠性9 下列关于页式存储管理与段式存储管理的区别的论述中,错误的是( )。(A)分页对程序员是透明的(B)段式存储管理处理零头的方法是紧凑(C)分段对程序员是不透明的(D)页式存储管理处理零头的方法是交换与覆盖10 下列关于段页式存储管理的地址映像表的描述中,正确的是( )。(A)每个作业进程拥有一个独立的

4、页表(B)每个作业进程拥有一个独立的段表和一个独立的页表(C)每个作业进程拥有一个独立的段表,每个段拥有一个独立的页表(D)每个作业进程拥有一个独立的页表,每个段拥有一个独立的段表11 下列关于“ 抖动” 的描述中,错误的是 ( )。(A)请求式页式存储管理系统可能会出现“抖动(Thrashing)”现象(B)出现 “抖动” 的原因是指令或数据跨页存储,而分配给程序的页框数偏少(C)可以通过实行“对齐存储”来消除“ 抖动”(D)可以通过减少页面尺寸,来消除“抖动”12 “缺页故障 (也叫页面故障 )”的原因是( )。(A)页面不在内存中(B)页面中的数据有错(C)调页时 IO 出错(D)指令或

5、数据跨页存储13 当缺页故障处理完毕后,处理器将( )。(A)重新执行引发缺页故障的指令(B)执行导致发生缺页故障的指令的下一条指令(C)重头开始执行发生缺页故障的指令所在的进程(D)终止执行发生缺页故障的指令所在的进程14 下列关于虚拟存储器的说法,正确的是( )。(A)页面大小只能是 2 的正整数次幂(B)虚拟存储器的容量等于主存的容量(C) TLB 缺失只能由硬件来处理(D)虚拟存储器的访问速度等于主存的速度15 在页面尺寸为 4 KB 的页式存储管理中,页表中的内容依次是2、5、6、8、7、11。则物理地址 32773 对应的逻辑地址为( )。(A)32773(B) 42773(C)

6、12293(D)6277316 下列关于 CaChe 和虚拟存储器的说法,错误的是( )。(A)当 CaChe 失效(即不命中 )时,处理器将会切换进程,以更新 CaChe 中的内容(B)当虚拟存储器失效(如缺页)时,处理器将会切换进程,以更新主存中的内容(C) CaChe 的速度比主存的速度大约快 10 倍(D)主存的速度比辅存的速度大约快 100 倍17 将一个主存块读入 CaChe 所花费的时间称为缺失损失(Miss Penalty)。若 CaChe存取 1 个字的时间是 1 个时钟周期,缺失损失为 4 个时钟周期。某顺序执行的程序有 1 000 条单字长指令,共访问 2 000 次主存

7、数据字。已知取指令共发生 100 次CaChe 缺失,访问数据共发生 200 次 CaChe 缺失访问,则执行该程序过程中,CaChe 一主存的平均访问时间是( ) 个时钟周期。(A)1(B) 12(C) 14(D)1618 虚拟存储器不能达到的目的是( )。(A)存储系统成本高(B)编程空间受限(C)访存速度慢(D)多道程序共享主存而引发的信息安全19 下列存储保护方案中,不是针对“地址越界” 访存违例的是 ( )。(A)界限保护(B)键保护(C)环保护(D)设置访问权限位二、计算题19 设处理器有 18 根地址线,8 根数据线,并用*7作为访存控制信号,*8为读写信号。已知: (1)现有下

8、列芯片(如下图所示) 及各种门电路(自定); (2) 存储芯片地址空间分配:032767 为系统程序区,3276898303 为用户程序区,最大 16K地址空间为系统程序工作区。 要求:20 指出选用存储芯片的类型、数量;21 写出每片存储芯片的地址范围(用二进制形式表示)。22 详细画出处理器与存储芯片的连接图。23 设某计算机采用 8 片 8 KB 的 SRAM 组成 64 KB 的存储系统,芯片的片选信号为 CS。请写出每一片芯片的地址空间。若在调试中发现:(1)无论往哪个芯片中存放 8 KB 的数据,以 E000H 为起始地址存储芯片中都有相同的数据;(2)对第 2、 4、6、8 片的

9、访问总不成功;(3)对第 1 4 片的访问总不成功。请分析原因。24 设某处理器执行一段程序的过程中,访问 CaChe 3800 次,访问主存 200 次。已知 CaChe 的访问周期 TC=50ns,主存的访问周期 Tm=250 ns。请计算命中率 H、平均访问周期 Ta、CaChe- 主存层次的访问效率 e=TCT a 以及使用 CaChe 后访存加速比 Sp。24 某计算机采用直接映像 CaChe,已知主存容量为 4 MB,CaChe 容量为 4 096 B,字块长度为 8 个字(32 位字)。25 画出反映主存与 CaChe 映像关系的主存地址各字段分配框图,并说明每个字段的名称及位数

10、。26 设 CaChe 的初态为空,若 CPU 依次从主存第 0,1,99 单元读出 100 个字(主存一次读一个字) ,并重复按此次序读 10 次,问命中率是多少?27 如果 CaChe 的存取周期是 50 ns,主存的存取周期是 500 ns,根据(2)中求出的命中率,求平均存取时间。28 计算 CaChe-主存系统的效率。29 某计算机系统主存大小为 32 K 个字,CaChe 大小为 4 K 个字,采用组相联地址映像,每组含 4 块,每块 64 字。假设 CaChe 开始为空,CPU 从主存地址单元 0 开始顺序读取 4 352 个字,重复此过程 10 遍。若 CaChe 的速度是主存

11、的 10 倍,采用LRU 替换算法。请画出主存和 CaChe 的地址格式,并求采用 CaChe 后获得的加速比。29 一个具有 64 个用户的页式虚拟存储器,页面大小为 4 KB。每个用户最多占用1 024 个页面,主存容量 64 KB。要求:30 画图说明多用户虚地址格式和主存地址格式。31 快表分哪几个字段? 每个字段分别占几位 ?快表的字长是多少位 ?32 慢表的容量是多少个存储字?每个存储字是多少位?33 采用组相联联映像的 CaChe 存储器容量为 512 KB。容量为 16 MB 的主存采用模 8 交叉,每个分体宽度为 8 位。若采用按地址访问的存储器来构造相联目录表,实现主存地址

12、到 CaChe 地址的变换,并约定采用 8 个外相等比较电路。请设计此相联目录表,求出该表的行数、每行的总宽度及每个比较电路的位数。34 设某程序包含 5 个虚页,其页地址流为1、2、3、4、2、l、3、5、2、5、4、1。当使用 LRU 法替换时,为获得最高的命中率,至少应分配给该程序几个实页?其可能的最高的命中率为多少?34 设对应如下程序的进程int a100100; inta=new int100100int i=0,j; *一个整数占 2B*while(i+100)j=0;while(j+100)aij=1;运行在一个页面大小为 1 KB、采用 LRU 替换算法的请求页式系统中,进程

13、的代码占用逻辑空间的第 0 页,数据存放在连续的页面中,循环下标 i 和 j 存储在寄存器中。问:35 存放数据需要多少个页面?36 运行该进程,将产生多少次缺页故障?37 某计算机的主存采用体宽为 8B 的 8 体交叉存储器,数据总线的宽度为 64 位,读一个主存块的步骤:(1)发送首地址到主存 (一个总线时钟周期) ;(2)主存控制器接受到地址后,启动第一个模块准备数据,并每隔一个总线时钟启动下一个模块准备数据。每个存储模块花 4 个总线时钟准备好 64 位数据,总线上传输一个 64 位数据花一个总线时钟。请问:该计算机的 Cache 缺失损失(从主存中读一个主存块到 Cache 的时间)

14、至少为多少总线时钟周期?38 在一个页面大小为 1 KB 请求页式系统中,允许用户编程空间为 32 个页面。主存空间为 16 KB。现有一个长度为 4 页的程序的当前页表如下。请问该程序访问 3个虚地址 OAC5H、06C5H、1AC5H 时系统将分别做什么操作?38 一台机器具有 24 位地址 A23A 0,按其最大寻址能力配置了一个主存储器,主存采用字节编址方式,问:39 主存储器的容量是多少?40 若用 2M1 位的存储器芯片构造主存储器,需多少个芯片?41 主存储器需要多少个片选信号?用哪几位地址信号去生成这些片选信号?存储系统模拟试卷 2 答案与解析一、单项选择题1 【正确答案】 C

15、【试题解析】 虚地址和实地址是虚拟存储器的两个基本概念,虚拟存储器的最大容量取决于虚地址长度,主存储器的最大容量取决于实地址长度。虚拟存储器的实际容量等于辅存容量,主存储器的实际容量往往小于其最大容量。【知识模块】 存储系统2 【正确答案】 B【试题解析】 实现虚拟存储器同时需要软件(操作系统)和硬件(核心是处理器内部的 TLB)的支持。【知识模块】 存储系统3 【正确答案】 A【试题解析】 此题考查分页系统页面长度与页内地址位数的关系。【知识模块】 存储系统4 【正确答案】 C【试题解析】 此题考查的知识点:抖动是页式存储管理特有的现象,因为页式存储管理中指令或数据可能跨页存储;页式存储管理

16、会出现内零头,段式存储管理会出现外零头;任何一种存储管理都面临着越界访问的危险。【知识模块】 存储系统5 【正确答案】 D【试题解析】 此题考查 LRU 算法的思想。 【知识模块】 存储系统6 【正确答案】 C【试题解析】 此题考查消除内存零头的“紧凑”操作的原理。【知识模块】 存储系统7 【正确答案】 C【试题解析】 此题考查的知识点:段式存储管理更有利于存储保护;页式存储管理的存储空间利用率较高。在段式存储管理中指令或数据:不会跨段存储;段的尺寸可大可小,而于页的尺寸是固定的。【知识模块】 存储系统8 【正确答案】 B【试题解析】 此题考查页表设置“脏位修改位”的目的。【知识模块】 存储系

17、统9 【正确答案】 D【试题解析】 此题考查的知识点:分页对程序员是透明的,而分段对程序员是不透明的;段式存储管理通过“紧凑”来消除零头,而页式存储管理中的零头是无法消除的。【知识模块】 存储系统10 【正确答案】 C【试题解析】 此题考查段页式存储管理的工作原理及其地址映像表的概念。【知识模块】 存储系统11 【正确答案】 D【试题解析】 此题考查出现“抖动”的原因及其解决办法。【知识模块】 存储系统12 【正确答案】 A【试题解析】 当处理器欲访问的页面对应的页表项中的“存在位”为 0,即表示该页面不在内存中,则处理器发出“缺页故障”信号。【知识模块】 存储系统13 【正确答案】 A【试题

18、解析】 处理完缺页故障后,处理器将重新执行引发缺页故障的指令。【知识模块】 存储系统14 【正确答案】 A【试题解析】 此题考查的知识点:页面大小只能是 2 的正整数次幂;虚拟存储器的访问速度是接近主存的速度,容量等于辅存的容量;TLB 缺失既可以由硬件也可以由软件来处理。【知识模块】 存储系统15 【正确答案】 C【试题解析】 32773=32768+5=1000 0000 0000 0000B+101 B=1000 0000 0000 0101 B后 12 位为页内地址,前 4 位为页号。物理页号为 8,对应逻辑页号为 3=11 B。则逻辑地址:11 0000 0000 0101B=34K

19、+3=10240+2048+5=12288+5=12293【知识模块】 存储系统16 【正确答案】 A【试题解析】 CaChe 失效与虚拟存储器失效处理方法的不同。C 项 CaChe 的速度比主存的速度大约快 1 0 倍;而 D 项主存的速度比辅存的速度大约快 1 00 倍也正确。【知识模块】 存储系统17 【正确答案】 C【试题解析】 CaChe 命中率 H=(1000+2000)一(100+200)(1000+2000)=2700 3000=90,CaChe-主存的平均访问时间=T C+(1 一 H)Tm=1+(190)4=1 4(时钟周期)。【知识模块】 存储系统18 【正确答案】 C【

20、试题解析】 任何一个存储体系存储层次解决的共性问题就是存储系统成本高。在此基础上,虚拟存储器还解决“编程空间受限”和“多道程序共享主存而引发的信息安全”两个问题,其中后一个问题是通过在地址变换增加地址检查功能来解决。“访存速度慢”属于 CaChe,而不是虚拟存储器解决的问题。【知识模块】 存储系统19 【正确答案】 D【试题解析】 设置访问权限位是针对“访问越权”访存违例。【知识模块】 存储系统二、计算题【知识模块】 存储系统20 【正确答案】 032767 为系统程序区,这是 32KB 的只读空间,选用一片 32 K8 的 ROM。3276898303 为用户程序区,这是 64KB 的随机存

21、取地址空间,选用两片 32 K8 的 RAM。最大 1 6 KB 地址空间为系统程序工作区,这是 1 6 KB 的随机存取地址空间,选用一片 1 6K8 的 RAM。【知识模块】 存储系统21 【正确答案】 一片 32K8ROM 的地址范围是:00 0000 0000 0000 0000B00 011 1 11 ll 11 1l 11 ll B。两片 32K8 RAM 的地址范围是:00 1000 0000 0000 0000B 01 01 11 11 11 11 11 11 11 B。一片 16K8 RAM 的地址范围是:11 1100 0000 0000 0000B 11 11 11 11

22、 11 1 11 1 11 11 B。【知识模块】 存储系统22 【正确答案】 处理器与存储芯片的连接如下图所示。【知识模块】 存储系统23 【正确答案】 各芯片的地址空间依次为:0000H 1 FFFH ;2000H 3 FFFt; 4000H5 FFFH;6000H 7FFFH ; 8000H9FFFH;A000HBFFFH;C000HDFFFFI ;E000HFFFFH。 分析原因: (1)第 8 片的片选信号为 总是有效(为低电平) ,可能是线路接地,也可能是译码器出错 总为有效。 (2) 总是无效,这说明译码器的最低位输入 A 恒为低电位,可能是其接地,或者处理器的地址管脚 A13存

23、在故障,总是输出 0; (3) 总是无效,这说明译码器的最高位输入 C恒为高电位,可能是其接 Vcc 或者处理器的地址管脚 A15 存在故障,总是输出 1。【知识模块】 存储系统24 【正确答案】 H=3800 (3800+200)=95,T a=HTc+(1 一 H)Tm=50095+(1一 095)250=60。e=T cT n=5060=83 3。S p=TmT n=25060=417。【知识模块】 存储系统【知识模块】 存储系统25 【正确答案】 主存地址的长度=log 4M=22 位, Cache 地址的长度=log 4096=12位,所以主存字块标记的长度:2212=10 位。 每

24、个字块的字节数为832 8=32,所以块内地址的长度=log 32=5 位。 Cache 字块地址(块号)的长度=125=7 位。 则反映主存与 Cache 映像关系的主存地址各字段分配框图如下。【知识模块】 存储系统26 【正确答案】 由于 Cache 的初态为空,所以读主存第 0 个单元时不命中,但是第 0 个单元所在的第 0 块被装入主存。由于每个字块有 8 个字,所以随后读主存第1,2,7 单元时皆命中。依次类推,读主存第 8,16,96 单元时不命中,其余均命中。故在第一次连续读 100 个字的过程中,共不命中 13 次。此后重复按此次序读 9 次,皆命中。命中率=(10010 一

25、13)(100lO)100 =98 7【知识模块】 存储系统27 【正确答案】 平均存取时间=50 ns98 7+500 ns(1987)=5585 ns。【知识模块】 存储系统28 【正确答案】 Cache- 主存系统的效率=Cache 的存取周期平均存取周期100=(50 ns5585 ns)100=895【知识模块】 存储系统29 【正确答案】 已知:主存大小为 32K 字,Cache(高速缓存)大小为 4K 字,则主存和 Cache 的地址长度分别为 15 位和 12 位。又已知:每组含 4 块,每块 64 字。则组内块号占 2 位,块内地址占 6 位。所以主存和 Cache 的地址中

26、组号分别占(1526)=7 位和(1226)=4 位。CPU 访问主存地址单元 0 读一个字,Cache 不命中,但是把该字所在块装入Cache,以后访问主存地址单元 1、2、63 分别读一个字,Cache 都命中。Cache 容量为 4K 字=4096 个字,所以在 CPIJ 从主存地址单元 0 开始顺序读取4095 个字的过程中,每读 64 个字,不命中一次。409664=64,因此,共不命中64 次。从访问主存地址单元 4096 开始,Cache 不命中,要发生替换。由于采用组相联,所以主存地址单元 4096 所存储的字将进入 Cache 中的第 O 组。由于采用 LRU 替换算法。所以

27、替换的是 Cache 中第 0 组第一块。在读入主存地址单元 4096、4097、435 1 共 256 个字的过程中,共需要装入(43524096)64=4 块,替换的恰好是 Cache 中第 0 组的 4 块。在此过程中共发生4 次不命中。所以在第一遍中,共访问了 4352 次,其中不命中 64+4=68 次。在第二遍重复上述过程时,开始的 256 次访问,即访问主存地址单元0、1、255,共需要装入 25664=4 块,替换的恰好是 Cache 中第 0 组的 4 块。在此过程中共发生 4 次不命中。此后访问主存地址单元 256、257、4095 全部命中。在读入主存地址单元 4096、

28、4097、4351 共 256 个字的过程中,共需要装入(43524096)64=4 块,替换的恰好是 Cache 中第 0 组的 4 块。在此过程中共发生4 次不命中。所以在第二遍中,共访问了 4352 次,其中不命中 8 次。第三遍到第十遍的情况与第二遍相同。因此重复此过程 10 遍,共访问 435210=43520 次,其中不命中68+89=68+72=140 次。设 Cache 的存取周期为 T,则采用 Cache 后获得的加速比:SP=(4352010T)(43520140)T+14010T=435200 (43380+1400)=43520044780=972。【知识模块】 存储系

29、统【知识模块】 存储系统30 【正确答案】 多用户虚地址格式:用户号(6 位)+虚页号(10 位)+ 页内偏移地址(12 位)。主存地址格式:实页号(1612=4 位)+ 页内偏移地址(12 位)。【知识模块】 存储系统31 【正确答案】 快表分用户号、虚页号、实页号三个字段。用户号字段占 6 位,虚页号占 10 位,实页号占 4 位。快表的字长是 20 位。【知识模块】 存储系统32 【正确答案】 慢表的每个存储字=实页号(4 位)+存在位(1 位)+修改位(1 位)=6位。单个用户的慢表有 1024 行,即 1024 个存储字。全部用户的慢表有641024=64K 个存储字。【知识模块】

30、存储系统33 【正确答案】 Cache 地址的长度:log 5 12K=19 位。 其中,组内块号占 log 8=3位,块内偏移量 log 8=3 位。所以,组号占 1933=13 位。Cache 地址的格式为:主存地址的长度:log 16M=24 位,则相应的区号占:2419=5 位,主存地址的格式为:则,相联目录表的行数 213=8K。每行有 8 栏,每栏 (5+3)+3=11 位,行的总宽度为811=88 位。每个比较电路的位数:(5+3)=8 位。【知识模块】 存储系统34 【正确答案】 为获得最高的命中率,至少应分配给该程序 5 个实页,最高命中率为:712=583【知识模块】 存储

31、系统【知识模块】 存储系统35 【正确答案】 数组 a 有 10000 个整数,占用 20000B 的空间,2000011024=20页。【知识模块】 存储系统36 【正确答案】 每一页新调入时都产生一次缺页故障,进程顺序处理数据,页面没有被重复访问,所以产生 1+20=21 次缺页故障。【知识模块】 存储系统37 【正确答案】 通常,存放主存数据块的 Cache 行(也叫槽)的大小定义为:用相同体内地址访问 N 体交叉存储器一次所能读出的数据总量。由题意知, Cache 行的大小为 88B=64B。没有总线竞争时,Cache 缺失损失是从主存中读一个主存块的时间,即 1+4+1+(8 一 1

32、)1(或 1+14+81)=13 个总线时钟周期,所以 Cache 缺失损失至少是 13 个总线时钟周期。【知识模块】 存储系统38 【正确答案】 页面大小为 1 KB,所以页内地址的长度为 10 位。用户编程空间为 32=25 个虚页面,则虚页号的长度为 5 位。主存空间为 16KB=16=23 个实页面,则实页号的长度为 4 位。 则虚地址 OAC5 H=0000 10 10 1100 010l B 中后 10 位 10 1100 0101 B 为页内地址,前 6 位(严格来说前 5 位)000010B=2 为虚页号。查页表第三行,存在位为 1,读出实页号 4=0100B(主存有 16 页

33、,实页号占 4 位),与页内地址拼接,得实地址 0100 10 1100 0101 B=12C5 H。系统按实地址 12C5H 访问主存。 虚地址 06C5 H1=0000 01 10 1100 010lB,其中虚页号为 000001B=1。查页表第二行,存在位为 0,出现缺页故障或页面失效。 虚地址 1AC5H=0001 10 10 1100 0101B,其中虚页号为 000110B=6。查页表第七行,超出了页表长度,发出非法访问信号。【知识模块】 存储系统【知识模块】 存储系统39 【正确答案】 存储器的容量为 224=16MB。【知识模块】 存储系统40 【正确答案】 共需 16MB2Mb=88=64 个芯片。【知识模块】 存储系统41 【正确答案】 该存储器需要 8 个片选信号。用 A23A22A21 三位地址信号去生成这些片选信号。【知识模块】 存储系统

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