1、计算机专业基础综合（存储器系统的层次结构）模拟试卷 2 及答案与解析一、单项选择题1-40 小题，每小题 2 分，共 80 分。下列每题给出的四个选项中，只有一个选项是最符合题目要求的。1 下列关于 DRAM 和 SRAM 的说法中，错误的是 ( )。SRAM 不是易失性存储器，而 DRAM 是易失性存储器DRAM 比 SRAM 集成度更高，因此读写速度也更快主存只能由 DRAM 构成，而高速缓存只能由 SRAM 构成与 SRAM 相比，DRAM 由于需要刷新，所以功耗较高（A）、和（B） 、和（C） 、和（D）、和2 某机字长 32 位，主存容量 1 MB，按字编址，块长 512 B，Cac
2、he 共可存放 16 个块，采用直接映射方式，则 Cache 地址长度为( )。（A）11 位（B） 13 位（C） 18 位（D）20 位3 在 Cache 和主存构成的两级存储体系中，Cache 的存取时间是 100ns，主存的存取时间是 1000ns。如果希望有效(平均)存取时间不超过(；ache 存取时间的 15，则 Cache 的命中率至少应为( )。（A）90（B） 98（C） 95（D）994 下列关于 Cache 写策略的论述中，错误的是( )。（A）全写法(写直达法) 充分保证 Cache 与主存的一致性（B）采用全写法时，不需要为 Cache 行设置“脏位修改位”（C）写回
3、法(回写法)降低了主存带宽需求(即减少了 Cache 与主存之间的通信量)（D）多处理器系统通常采用写回法5 假定用若干个 8K8 位的芯片组成一个 32K32 位的存储器，则地址 41FDH 所在芯片的最大地址是( ) 。（A）0000H（B） 4FFFH（C） 5FFFH（D）7FFFH6 某机器采用四体低位交叉存储器，现分别执行下述操作：(1)读取 6 个连续地址单元中存放的存储字，重复 80 次；(2)读取 8 个连续地址单元中存放的存储字，重复 60 次；则(1)、(2)所花时间之比为 ( )。（A）1：1（B） 2：1（C） 4：3（D）3：47 某计算机的存储系统由 Cache-
4、主存系统构成，Cache 的存取周期为 10ns，主存的存取周期为 50ns。在 CPU 执行一段程序时，Cache 完成存取的次数为 4800 次，主存完成的存取次数为 200 次，该 Cache-主存系统的效率是( )。(设 Cache 和主存不能同时访问。)（A）0833（B） 0856（C） 0958（D）08628 某机字长 32 位，主存容量 1MB，按字编址，块长 512B，Cache 共可存放 16 个块，采用直接映像方式，则 Cache 地址长度为( )。（A）1l 位（B） 13 位（C） 18 位（D）20 位9 n 体(模 n)交叉编址存储器在( ) 时，其存取带宽是单
5、体存储器的 n 倍。（A）连续访存的 n 个地址是针对同一个存储模块（B）任何情况下都能（C）连续访存的 n 个地址是针对不同的存储模块（D）任何情况下都不能10 设有主存-Cache 层次的存储器，其主存容量 1MB，Cache 容量 16KB，每字块有 8 个字，每字 32 位，采用直接地址映像方式。若主存地址为 35301H，且 CPU访问 Cache 命中，则该主存块在 Cache 的第( ) 字块中(Cache 起始字块为第 0 字块)。（A）152（B） 153（C） 154（D）15111 双端口存储器在( ) 发生访问冲突。（A）左端口与右端口同时被访问的情况下（B）同时访问左
6、端口与右端口的地址码不同的情况下（C）同时访问左端口与右端口的地址码相同的情况下（D）任何情况下都不12 下列关于双端口存储器和交叉存储器的叙述中，正确的是( )。（A）双端口存储器两个端口使用同一组地址线、数据线和读写控制线，同时访问同一区间、同一单元。（B）双端口存储器当两个端口同时访问相同的地址码时必然会发生冲突（C）高位多体交叉存储器的设计依据了程序的局部性原理（D）高位四体交叉存储器可能在一个存储周期内连续访问四个模块13 下列关于主存一体多字和多体交叉方案的叙述中，不正确的是( )。（A）主存一体多字使每个主存单元同时存储几个主存字，则每一次读操作就同时读出几个主存字，大大提高了主
7、存读出一个字的平均速度（B）多体交叉编址把主存储器分成几个能独立读写的、字长为多个主存字的主体（C）主存一体多字需要把每次读出的几个主存字保存在一个位数足够长的存储器中（D）多体交叉编址按读写需要情况，分别对每个存储体执行读写，几个存储体协同运行，提高了存储体的读写速度14 设存储器容量为 32 字，字长为 64 位。模块数 m=4，采用低位交叉方式。存储周期 T=200ns，数据总线宽度为 64 位，总线传输周期 r=50 ns。该交叉存储器的带宽是( )。（A）3210 7bs（B） 8107bs（C） 73107bs（D）1810 7bs15 某机器采用四体低位交叉存储器，现分别执行下述
8、操作：(1)读取 6 个连续地址单元中存放的存储字，重复 80 次；(2)读取 8 个连续地址单元中存放的存储字，重复 60 次。则(1)和(2)所花时间之比为 ( )。（A）1：1（B） 2：1（C） 4：3（D）3：416 设 n 体交叉编址(低位交叉)存储器中每个体的存储字长等于数据总线宽度，每个体存取一个字的存取周期为 T，总线传输周期为 t，则 T 与 t 的关系以及读取地址连续的 n 个字需要的时间分别是( )。（A）T=t，T+nt（B） T=(n-1)t，T+nt（C） T=nt， T+nt（D）T=nt，T+(n-1)t17 实现虚拟存储器的关键是虚拟地址向实际地址的快速变换
9、。为此，在处理器内部设置一个特殊的 Cache 来记录最近使用页的页表项，以快速完成地址转换。不同文献对这个特殊的 Cache 有不同的称呼。下列选项中，不属于这些称呼的是( )。（A）转换旁视缓冲器(TLB)（B）转换后援缓冲器（C）快表（D）慢表18 虚拟存储器不能解决的问题是( )。（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 在页面尺寸为 4KB 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） 12293（D）6277320 当缺页
10、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）重新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21 页式存储管理系统不会出现( )。（A）抖动颠簸（B）内零头(内碎片)（C）外零头(外碎片)（D）越界访问22 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二、综合应用题41-47 小题，共 70 分。23 说明页表的组成与程序逻辑
11、地址到内存物理地址的变换过程。快表是一定要有的吗?说明快表内容的组成与读写原理。24 说明段表的组成与逻辑段地址到内存物理地址的变换。24 CPU 执行一段程序时，Cache 完成存取的次数为 5000 次，主存完成存取的次数为 200 次。已知 Cache 存取周期为 40ns，主存储取周期为 160ns。求：25 Cache 的命中率 H。26 Cache-主存系统的访问效率 e。27 平均访问时间 Ta。27 用快表(页表) 的虚实地址转换条件，快表放在相联存储器中，其容量为 8 个存储单元， 问：28 当 CPU 按虚地址 1 去访问主存时主存的实地址码是多少?29 当 CPU 按虚地
12、址 2 去访问主存时主存的实地址码是多少?30 当 CPU 按虚地址 3 去访问主存时主存的实地址码是多少?计算机专业基础综合（存储器系统的层次结构）模拟试卷 2 答案与解析一、单项选择题1-40 小题，每小题 2 分，共 80 分。下列每题给出的四个选项中，只有一个选项是最符合题目要求的。1 【正确答案】 D【试题解析】 SRAM 和 DRAM 都属于易失性存储器，掉电就会丢失，故错误。SRAM 的集成度虽然更低，但速度更快，因此通常用于高速缓存 Cache，故错误。主存可以用 SRAM 实现，只是成本高，故错误。与 SRAM 相比，DRAM成本低、功耗低，但需要刷新，故错误。【知识模块】
13、存储器系统的层次结构2 【正确答案】 A【试题解析】 主存地址中除去主存字块标记的部分就是 Cache 地址，结构如下所示： 而 Cache 地址的格式如下图所示：其中，块长 512B，主存按字(32 位)编址，512B 4 B=128=27，即块内字地址 7 位；Cache 共可存放 16 个块，采用直接映射方式，2 4=16，即 Cache 字块地址 4 位。故 Cache 地址共 4+7=11 位，选 A。【知识模块】 存储器系统的层次结构3 【正确答案】 D【试题解析】 设 Cache 命中率为 a，则(1000+100)(1a)+100a115 ，解得a0985，故至少为 99。【知
14、识模块】 存储器系统的层次结构4 【正确答案】 D【试题解析】 采用全写法时，主存-Cache 数据始终一致，被替换的 Cache 行不必写回主存，所以不需要为 Cache 行设置“修改位”。对安全性、可靠性要求高，不允许有主存-Cache 数据不一致现象发生的计算机系统，它的 Cache 必须采用全写法。【知识模块】 存储器系统的层次结构5 【正确答案】 C【试题解析】 用 8K8 位的芯片组成一个 32Kx32 位的存储器，每行中所需芯片数为 4，每列中所需芯片数为 4，各行芯片的地址分配如下：第一行(4 个芯片并联) ：0000H1FFFH第二行(4 个芯片并联) ：2000H3FFFH
15、第三行(4 个芯片并联) ：4000H5FFFH第四行(4 个芯片并联) ：6000H7FFFH故，地址为 41FOH 所在芯片的最大地址即 5FFFH。【知识模块】 存储器系统的层次结构6 【正确答案】 C【试题解析】 假设存储器的存取周期为 T：在(1)的情况下，连续读取 6 个存储字需时 T+(6 一 1)(T4)=225T ，但存放连续字中第一个字的存储器需到 3T 时间后才能进行下一轮读取，故(1)共需时3T(80 一 1)+225T=239 757。在(2)的情况同理，一轮读取需时 T+(81)(T/4)=275T，但开始下一轮读取需3T 时间后，故(2) 共需时 3T(60 一
16、1)+275T=17975T。综合上述分析，(1)、(2)所花时间之比约为 4：3。【知识模块】 存储器系统的层次结构7 【正确答案】 A【试题解析】 命中率=4800(4800+200)=096，平均访问时间 =09610+(1096)(10+50)=12ns，故效率 =1012=0833。【知识模块】 存储器系统的层次结构8 【正确答案】 A【试题解析】 主存地址中除去 tag(主存字块标记)的部分就是 Cache 地址。其中，块长 512B，主存按字编址，512B(4BW)=128W=2 7W，即块内字地址 7 位。Cache 共可存放 16 个块，采用直接映像方式，2 4=16，即 C
17、ache 字块地址 4 位。故Cache 地址共 4+7=ll 位，选项 A 正确。【知识模块】 存储器系统的层次结构9 【正确答案】 C【试题解析】 此题考查 n 体(模 n)交叉编址存储器的特性。【知识模块】 存储器系统的层次结构10 【正确答案】 A【试题解析】 主存地址 35301H 对应的二进制为 0011 0101 0011 0000 0001，现在要分析该地址中哪些位是 Cache 块内地址、主存字块标记和 Cache 字块地址。低位是块内地址，每个字块 8 个字，一个块内有 25B(每字 32 位)，所以低 5 位表示字块内地址。主存字块标记为高 6 位(1MB16 KB=64
18、=2 6)，其余 01 0011 000 即为Cache 字块地址，对应的十进制数为 152。【知识模块】 存储器系统的层次结构11 【正确答案】 C【试题解析】 此题考查双端口存储器的特性。【知识模块】 存储器系统的层次结构12 【正确答案】 D【试题解析】 双端口 RAM 的两个端口具有 2 组相互独立的地址线、数据线和读写控制线，因此可以同时访问同一区间、同一单元，故选项 A 错误。当两个端口同时对相同的单元进行读操作时，不会发生冲突，故选项 B 错误。高位多体交叉存储器由于在单个存储器中字是连续存放的，所以不能保证程序的局部性原理：而低位多体交叉存储器由于是交叉存放，所以能很好地满足程
19、序的局部性原理，故选项 C 错误。高位四体交叉存储器虽然不能满足程序的连续读取，但仍可能一次连续读出彼此地址相差一个存储体容量的 4 个字，只是这样读的概率较小，故选项D 正确。【知识模块】 存储器系统的层次结构13 【正确答案】 B【试题解析】 主存一体多字的优点是：通过加宽每个主存单元的宽度，增加每个主存单元所包括的数据位数，使每个主存单元同时存储几个主存字，则每一次读操作就同时读出了几个主存字，使读出一个主存字的平均读出时间变为原来的几分之一。缺点是：每次读出的几个主存字必须首先保存在一个位数足够长的存储器中，等待通过数据总线分几次把它们传送走。因此，选项 A、C 是正确的。多体交叉编址
20、的优点是：把主存储器分成几个能独立读写的、字长为一个主存字的主体。由此可知选项 B 是错误的。多体交叉编址按读写需要情况，分别对每个存储体执行读写；通过合理的组织方式，使几个存储体协同运行，从而提供出比单个存储体更高的(几倍) 读写速度。【知识模块】 存储器系统的层次结构14 【正确答案】 C【试题解析】 低位交叉存储器连续读出 4 个字所需的时间为 t=T+(m 一 1)r=200ns+350ns=350ns=3510 -7s 故带宽为 W=644b(3510 -7s)=73107bs【知识模块】 存储器系统的层次结构15 【正确答案】 C【试题解析】 假设存储器的存取周期为 T：(1)的情
21、况下，连续读取 6 个存储字需时 T+(61)(T/4)=225T，但存放连续字中第一个字的存储器需到 3T 时间后才能进行下一轮读取，故(1)共需时 3T(801)+225T=23975T。(2)的情况同理，一轮读取需时 n(81)(T/4)=275T，但开始下一轮读取需 3T 时间后，故(2)共需时 3T(601)+275T=179 75T。综合上述分析，(1)、(2)所花时间之比约为4：3。【知识模块】 存储器系统的层次结构16 【正确答案】 D【试题解析】 此题考查 n 体交叉编址(低位交叉)存储器的性能分析。【知识模块】 存储器系统的层次结构17 【正确答案】 D【试题解析】 不同文
22、献对变换旁视缓冲器 TLB 有不同的称呼。【知识模块】 存储器系统的层次结构18 【正确答案】 C【试题解析】 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的。“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】 存储器系统的层次结构19 【正确答案】 C【试题解析】 32773=32768+5=1000 0000 0000 0000B+101B=1000 0000 0000 0101B。后 12 位为页内地址，前 4 位为页
23、号。物理页号为 8，对应逻辑页号为3=11B。则逻辑地址 =11000000000101B=34K+3=10240+2048+5=12288+5=12293【知识模块】 存储器系统的层次结构20 【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。当处理器处理缺页故障后，将重新执行引发缺页故障的指令。【知识模块】 存储器系统的层次结构21 【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；页式存储管理会出现内零头，段式存储管理会出现外零头；任何
24、一种存储管理都面临着越界访问的危险。【知识模块】 存储器系统的层次结构22 【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，而页的尺寸是固定的。【知识模块】 存储器系统的层次结构二、综合应用题41-47 小题，共 70 分。23 【正确答案】 页表由若干表项组成，每个虚页号对应页表中的一个表项，表项的内容可以由如下部分组成：最重要的是一个虚页被分配在主存中的实际页号，还可能包括页装入(有效) 位、修改标记位、替换控制位、其他保护位等组成的控制位字段。地址变换过程：用虚地址中
25、的虚页号与页表基地址相加，求出对应该虚页的页表表项在主存中的实际地址，从该表项的实页号字段取出实页号再拼上虚地址中的页内地址，就得到读主存数据用的实际地址。为了解决当要读页内的某个存储单元时，需读两次主存才能取得要读的数据的问题(读两次主存过程：首先要读一次主存，通过查页表求出实存地址，然后再读一次主存)，设立一个完全用快速硬件实现的容量很小的快速页表，又称转换旁路缓冲器，用于存放在页表中使用最频繁的、为数不多的那些表项的内容。快表主要有虚页号和实页号两项内容。经快表实现的地址转换过程：用虚地址中的虚页号去与快表中虚页号字段的内容相比较，与哪个表项中的虚页号相同，则可以取出该表项中的实页号，并
26、与页内地址拼接出主存实际地址。这一过程可以很快完成，类似于高速缓冲存储器的运行原理。当在快表中找不到该虚页号时，就要到主存中经慢表找出该虚页号对应的实页号，在得到一个主存实际地址的同时用该虚页号和实页号替换快表的一个表项的内容，以反映这次操作的形势。【知识模块】 存储器系统的层次结构24 【正确答案】 段表也是一个特定的段，通常被保存在主存中。段表由多个入口(表项)组成，每个表项由三部分内容构成：段起始地址、段的长度、段的装入位。段起始地址给出的是本段在主存中的起始地址，该起始地址加上段内地址就得到本段的一个字在主存中的真正地址。段的长度用于主存使用的合法性检查，当出现段内地址超过段的长度时，
27、就是主存使用中的一个地址越界错误。段的装入位用于判断本段是否已装入主存。地址转换过程，从概念上讲可以用如下办法完成：把逻辑地址中的段号与段表基地址的内容相加，用相加之和作地址，找到段表的一个表项，检查该表项中的装入位，其内容为 1，表示该段已调入主存，从表项中取段的起始地址与逻辑地址中的段内地址相加，就得到一个数据在主存中的实际地址。若表项的装入位的值为 0，表示该段尚未调入主存，则操作系统负责首先把该段从磁盘装入主存，并相应修改段表中的该表项内容，之后才可以完成地址转换过程。【知识模块】 存储器系统的层次结构【知识模块】 存储器系统的层次结构25 【正确答案】 命中率 H=Nc(N c+Nm
28、)=5000(5000+200)=50005200=096【知识模块】 存储器系统的层次结构26 【正确答案】 主存慢于 Cache 的倍率： R=T mT c=160ns40ns=4 访问效率： e=1r+(1-r)H=14+(1-4)096=89 3【知识模块】 存储器系统的层次结构27 【正确答案】 平均访问时间： T a=Tce=400 893=45 ns【知识模块】 存储器系统的层次结构【知识模块】 存储器系统的层次结构28 【正确答案】 用虚拟地址为 1 的页号 15 作为快表检索项，查得页号为 15 的页在主存中的起始地址为 80000，故将 80000 与虚拟地址中的页内地址码 0324 相加，求得主存实地址码为 80324。【知识模块】 存储器系统的层次结构29 【正确答案】 主存实地址码=96000+0128=96128。【知识模块】 存储器系统的层次结构30 【正确答案】 虚拟地址 3 的页号为 48，当用 48 作检索项在快表中检索时，没有检索到页号为 48 的页面，此时操作系统暂停用户作业程序的执行，转去执行查页表程序。如该页面在主存中，则将该页号及该页在主存中的起始地址写入主存；如该页面不存在，则操作系统要将该页面从外存调入主存，然后将页号及其在主存中的起始地址写入快表。【知识模块】 存储器系统的层次结构
