存储系统概述-1
●现代计算机系统中存储系统占据重要地位。
●在某些情况下，由于科学、工程和数学问题的复杂性，故提出了对中央处理机能力的更高要求；而由于在数据处理和以数据为主的应用中出现了庞大的数据存储量，则提出了对大容量存储器的迫切需要。
存储系统概述-2
●中央处理机和主存储器之间在速度上的差距不断增大，在技术上难以解决这种差距。
●必须从存储系统结构上来克服这种速度上的很大差距。如采用了存储器按模交叉存取，以及诸如高速缓冲存储器、虚拟存储器、并行存储器和存储器分级结构等许多较新的结构概念，使主存储器演变发展成存储系统。
存储器容量、速度与价格的关系-1
●存储器容量S M=W·l·m
●W为存储器字长，用位数（bit）或字节
数（Byte）表示；l为存储器字数；m为
并行工作的存储器个数。
●
存储器的速度可用访问时间T A 、存储周期T M 、或频宽B m 表示。
●T A 是CPU 启动一个访存操作后必须等待的时间。
●T M 是存储器进行一次存/取时间。●B m 是存储器被连续访问时，单位时间内传送的数据量。B m =W/T M
●若有m 个存储器并行工作，则总的存储器频宽为B m =w·m/T M
●
存储器的每位价格c=C/S M 。
●每位价格c 不仅包含了存储单元本身价格，也包含了存储器外围电路的价格。
●存储器总价格C 正比于S M ／T M (或S M ／T A )。即正比于W·1·m ／T M （或W·1·m ／T A ）。
设计原则
设计存储系统主要目标是：在尽可能低的价格下，提供尽可能高的速度及尽可能大的存储容量。
Memory Hierarchy（存储层次） The principle of locality （局部性原理）
says that most programs do not access all
code or data uniformly. It plus the guideline that smaller hardware is faster, led to
hierarchies based on memories of different
speeds and sizes.
A typical memory hierarchy
“存储金字塔”
层0：CPU内寄存器组：由编译器完成分配，传送速度按处理机速度
层1：高速缓存（cache）：可几个层次，MMU控制
层2：主存储器：基本存储器，MMU与操作系统管理，存取策略
层3：外存储器（硬盘）：联机存储器（I/O处理）
层4：后援存储器（光盘、磁带机）：海量，联机存储器（I/O处理）层次关系：M1M2
包含性(inclusion)
形式表示：M1 ?M2 ?M3 ?... ?Mn
所有信息最初存放在最外层Mn，处理过程中Mn的子集复制到Mn-1，Mn-1复制到Mn-2，。。。
定性：在Mi的信息字，可在Mi+1，。。。Mn找到同一信息字，但在Mi-1中不一定能找到。
一致性(coherence)
同一信息项与后继存储器层次上的副本应保持一致
实现的二种策略：
（1）写直达（WT-write-through)
在Mi中修改了一个字，则在Mi+1中需立即修改。（2）写回(WB-write-back)
Mi+1的修改工作要等到该字在Mi中被替换或从Mi 消失时进行。
局部性(locality)
90-10规则：典型程序在其10%的代码上耗费执行时间的90%（例如：嵌套循环）。说明CPU对存储器的访问，在时间、空间、次序往往都集中在一定范围内进行。
三个特性：
（1）时间局部性：最近的访问项（指令/数据）很可能在不久的将来再次被访问（往往会引起对最近使用区域的集中访问）
（2）空间局部性：一个进程访问的各项其地址彼此很近（往往会访问在存储器空间的同一领域）
（3）顺序局部性：按序执行和不按序执行的比例在普通程序中是5：1
O O S客服脚本 1、OOS基本知识 什么是OOS 面向对象存储（Object-Oriented Storage，OOS）是中国电信为客户提供的一种海量、弹性、高可用、高性价比的存储服务，是一种开放式的存储服务。 OOS基本概念 面向对象存储的主要概念有：Account（账户）、Service（服务）、Object（对象）和Bucket（对象容器）。它们之间的关系如下图所示。在使用OOS之前，首先需要在注册一个账号（Account），注册成功之后，OOS会为该账号提供服务（Service），在该服务下，用户可以创建1个或多个对象容器（Bucket），每个对象容器中可以存储不限数量的对象（Object）。 Account 在使用OOS之前，需要在注册一个账号（Account）。注册时邮箱、密码和联系方式、用户名是必填项。注册成功之后，用户可以用该账号登录并使用OOS服务。 Service Service是OOS为注册成功的用户提供的服务，该服务为用户提供弹性可扩展的存储空间及上行和下行流量。用户可以对存储空间和能力进行管理，例如，文件的上传下载、文件的保存、存储空间的访问控制等。 Bucket Bucket是存储Object的容器。面向对象存储的每个Object都必须包含在一个Bucket 中。Bucket不能嵌套，每个Bucket中只能存放Object，不能再存放Bucket。 每个用户最多可以建立10个Bucket，并且在创建Bucket时需要设定其操作权限。用户只有对Bucket拥有相应的权限，才可以对其进行操作，这样保证了数据的安全性，
防止非授权用户的非法访问。 Bucket的命名规范如下： 对象容器（Bucket）的命名规范是： Bucket名称必须全局唯一 Bucket名称长度介于3到63字节之间 Bucket名称可以由一个或者多个小节组成，小节之间用点（.）隔开 各个小节需要：只能包含小写字母、数字和短横线（-） 必须以小写字母或者数字开始 必须以小写字母或者数字结束 Object 用户存储在OOS上的每个文件都是一个Object。文件可以是文本、图片、音频、视频或者网页。OOS支持的单个文件的大小从1字节到5T字节。 用户可以上传、下载、删除和共享Object。此外用户还可以对Object的组织形式进行管理，将Object移动或者复制到目标目录下。 1.3OOS有什么特点 （1）弹性扩展，按需付费 对用户来说，OOS是一种低成本的存储资源，并且可以无限扩容，用户只需根据所使用的存储量进行付费即可，节约了成本。 （2）安全可靠 OOS采用多级加密数据，对用户数据进行分片加密保存，保证用户数据的安全性。（3）性能可靠 OOS采用高可用的服务集群及动态负载均衡，保证用户顺利度过访问高峰。
计算机系统结构作业参考答案 一、 1、试述现代计算机系统的多级层次结构。 计算机系统具有层次性，它由多级层次结构组成。从功能上计算机系统可分为五个层次级别：第一级是设计级。这是一个硬件级，它由机器硬件直接执行。 第二级是一般机器级，也称为机器语言级。它由微程序解释系统.这一级是硬件级。 第三级是操作系统级，它由操作系统程序实现。这些操作系统由机器指令和广义指令组成，这些广义指令是操作系统定义和解释的软件指令。这一级也称混合级。 第四级是汇编语言级。它给程序人员提供一种符号形式的语言，以减少程序编写的复杂性。这一级由汇编程序支持执行。 第五级是高级语言级。这是面向用户为编写应用程序而设置的。这一级由各种高级语言支持。 2、试述RISC设计的基本原则和采用的技术。 答：一般原则： (1)确定指令系统时，只选择使用频度很高的指令及少量有效支持操作系统，高级语言及其它功能 的指令，大大减少指令条数，一般使之不超过100条； (2)减少寻址方式种类，一般不超过两种； (3)让所有指令在一个机器周期内完成； (4)扩大通用寄存器个数，一般不少于32个，尽量减少访存次数； (5)大多数指令用硬联实现，少数用微程序实现； (6)优化编译程序，简单有效地支持高级语言实现。
基本技术： (1)按RISC一般原则设计，即确定指令系统时，选最常用基本指令，附以少数对操作系统等支持最有用的指令，使指令精简。编码规整，寻址方式种类减少到1、2种。 (2)逻辑实现用硬联和微程序相结合。即大多数简单指令用硬联方式实现，功能复杂的指令用微程序实现。 (3)用重叠寄存器窗口。即：为了减少访存，减化寻址方式和指令格式，简有效地支持高级语言中的过程调用，在RISC机器中设有大量寄存嚣，井让各过程的寄存器窗口部分重叠。 (4)用流水和延迟转移实现指令，即可让本条指令执行与下条指令预取在时间上重叠。另外，将转移指令与其前面的一条指令对换位置，让成功转移总是在紧跟的指令执行之后发生，使预取指令不作废，节省一个机器周期。 (5)优化设计编译系统。即尽力优化寄存器分配，减少访存次数。不仅要利用常规手段优化编译，还可调整指令执行顺序，以尽量减少机器周期等。 3、试述全相联映像与直接映像的含义及区别 （1）全相连映像 主存中任何一个块均可以映像装入到Cache中的任何一个块的位置上。主存地址分为块号和块内地址两部分，Cache地址也分为块号和块内地址。Cache的块内地址部分直接取自主存地址的块内地址段。主存块号和Cache块号不相同，Cache块号根据主存块号从块表中查找。Cache保存的各数据块互不相关，Cache必须对每个块和块自身的地址加以存储。当请求数据时，Cache控制器要把请求地址同所有的地址加以比较，进行确认。 （2）直接映像 把主存分成若干区，每区与Cache大小相同。区内分块，主存每个区中块的大小和Cache 中块的大小相等，主存中每个区包含的块的个数与Cache中块的个数相等。任意一个主存块只能映像到Cache中唯一指定的块中，即相同块号的位置。主存地址分为三部分：区号、块号和块内地址，Cache地址分为：块号和块内地址。直接映像方式下，数据块只能映像到Cache中唯一指定的位置，故不存在替换算法的问题。它不同于全相连Cache，地址仅需比较一次。 （3）区别： 全相连映像比较灵活，块冲突率低，只有在Cache中的块全部装满后才会出现冲突，Cache 利用率高。但地址变换机构复杂，地址变换速度慢，成本高。 直接映像的地址变换简单、速度快，可直接由主存地址提取出Cache地址。但不灵活，块冲突率较高，Cache空间得不到充分利用。 4. 画出冯?诺依曼机的结构组成？
第三章存储系统习题参考答案 1．有一个具有20位地址和32位字长的存储器，问： （1）该存储器能存储多少个字节的信息？ （2）如果存储器由512K×8位SRAM芯片组成，需要多少芯片？ （3）需要多少位地址作芯片选择？ 解：（1）∵ 220= 1M，∴ 该存储器能存储的信息为：1M×32/8=4MB （2）（1000/512）×（32/8）= 8（片） （3）需要1位地址作为芯片选择。 2. 已知某64位机主存采用半导体存储器，其地址码为26位，若使用4M×8位的DRAM芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用模块板结构形式，问：（1）每个模块板为16M×64位，共需几个模块板？ （2）个模块板内共有多少DRAM芯片? （3）主存共需多少DRAM芯片? CPU如何选择各模块板？ 解：(1). 共需模块板数为m： m=÷224=4(块) (2). 每个模块板内有DRAM芯片数为n: n=(224/222) ×(64/8)=32 (片) (3) 主存共需DRAM芯片为：4×32=128 (片) 每个模块板有32片DRAM芯片，容量为16M×64位，需24根地址线(A23~A0)完成模块板内存储单元寻址。一共有4块模块板，采用2根高位地址线(A25~A24)，通过2：4译码器译码产生片选信号对各模块板进行选择。 3．用16K×8位的DRAM芯片组成64K×32位存储器，要求： (1) 画出该存储器的组成逻辑框图。 (2) 设存储器读/写周期为0.5μS, CPU在1μS内至少要访问一次。试问采用哪种刷新方式比较合理？两次刷新的最大时间间隔是多少？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）组成64K×32位存储器需存储芯片数为 N=（64K/16K）×（32位/8位）=16（片） 每4片组成16K×32位的存储区，有A13-A0作为片内地址，用A15 A14经2：4译码器产生片选信号，逻辑框图如下所示： （2）依题意，采用异步刷新方式较合理，可满足CPU在1μS内至少访问内存一次的要求。 设16K×8位存储芯片的阵列结构为128行×128列，按行刷新，刷新周期T=2ms，则异步刷新的间隔时间为： 则两次刷新的最大时间间隔发生的示意图如下 可见，两次刷新的最大时间间隔为ｔｍａｘ ｔｍａｘ＝15.5-0.5=15 (μS) 对全部存储单元刷新一遍所需时间为t R t R ＝0.5×128=64 (μS)
高性能计算（并行计算）复习提纲 第一章并行计算机系统及其结构模型 1．了解并行计算机系统互联网络及其分类 不同带宽与距离的互连技术: 总线、SAN、LAN、MAN、WAN 1，静态互联网络：是指处理单元之间有着固定连接的一类网络，在程序执行期间，这种点到点的连接不变。典型的静态网络有一维线性阵列、二维网孔、树连接、超立方网络、立方环、洗牌交换网、蝶形网络等。2，动态互联网络：是用开关单元构成的，可按应用程序的要求动态的改变连接组态。典型的动态网络包括总线、交叉开关和多级互连网络等,3，标准互联网络 2.并行计算机系统结构，参见图1.20（P23）五种结构，要求理解这几种结构的硬件组成及工作方式。 2，并行计算机系统结构： 行向量处理机pvp ：硬件：向量处理机vp、共享存储器SM。工作方式：高带宽的交叉开关网络将vp连向共享存储模块，存储器可以以兆字节每秒的速度想处理器提供数据。通常使用向量寄存器和指令缓冲器。 对称多处理机SMP：硬件：商品微处理器（具有片上或外设高速缓存）、共享存储器、 I/O设备。工作方式：微处理器由总线或交叉开关连向共享存储器。每个处理器可同等的访问共享存储器、I/O设备和操作系统
服务。 ＭPP一般是指超大型计算机系统，它具有如下特性：①处理节点采用商品微处理器；②系统中有物理上的分布式存储器；③采用高通信带宽和低延迟的互连网络；④能扩放至成百上千乃至上万个处理器；⑤它是一种异步的MIMD机器，程序系由多个进程组成，每个都有其私有地址空间，进程间采用传递消息相互作用DSM分布式共享存储多处理机 高速缓存目录DIR用以支持分布高速缓存的一致性。ＤＳＭ和ＳＭＰ的主要差别是，ＤＳＭ在物理上有分布在各节点中的局存从而形成了一个共享的存储器。对用户而言，系统硬件和软件提供了一个单地址的编程空间. COW工作站机群 机群往往是低成本的变形的MPP。COW的重要界线和特征是：①每个节点都是一个完整的工作站(不包括监视器、键盘、鼠标等），一个节点也可以是一台PC或SMP；②各节点通过一种低成本的商品（标准）网络互连（；③各节点内总是有本地磁盘④节点内的网络接口是松散耦合到I/O 总线上的，⑤一个完整的操作系统驻留在每个节点中，而MPP中通常只是个微核，COW 的操作系统是工作站ＵＮＩＸ，加上一个附加的软件层以支持单一系统映像、并行度、通信和负载平衡等。 3并行计算机的几种访问存储模型。 访问存储模型：
计算机系统结构复习总结
计算机系统结构复习总结 一、计算机系统结构概念 1.1 计算机系统结构：程序员所看到的计算机的基本属性，即概念性结构与功能特性。 *注意：对不同层次上的程序员来说，由于使用的程序设计语言不同，可能看到的概念性结构和功能特性会有所不同。 1.2 计算机系统的层次结构 现代计算机是一种包括机器硬件、指令系统、系统软件、应用程序和用户接口的集成系统。 现代计算机结构图 *注意：计算机结构的层次模型 依据计算机语言广义的理解，可将计算机系统看成由多级“虚拟”计算机所组成。
从语言层次上画分可得下图： 计算机结构的层次模型 1.3计算机系统结构组成与实现 计算机系统结构：是计算机系统的软件与硬件直接的界面 计算机组成：是指计算机系统结构的逻辑实现 计算机实现：是指计算机组成的物理实现*计算机系统结构、组成与实现三者间的关系： 计算机系统结构不同会影响到可用的计算机组成技术不同，而不同的计算机组成又会反过来影响到系统结构的设计。因此，计算机系统结构的设计必须结合应用来考虑，要为软件和算法的实现提供更多更好的硬件支持，同时要考虑可
能采用和准备采用哪些计算机组成技术，不能过多或不合理地限制各种计算机组成、实现技术的采用与发展。 计算机组成与计算机实现可以折衷，它主要取决于器件的来源、厂家的技术特长和性能价格比能否优化。应当在当时的器件技术条件下，使价格不增或只增很少的情况下尽可能提高系统的性能。 1.4 计算机系统结构的分类 计算机结构分类方式主要有三种： （1）按“流”分类 按“流”分类法是Flynn教授在1966年提出的一种分类方法，它是按照计算机中 指令流（Instruction Stream）和数据流（Data Stream）的多倍性进行分类。指令流是指机 器执行的指令序列，数据流是指指令流调用 的数据序列。多倍性是指在计算机中最受限 制（瓶颈最严重）的部件上，在同一时间单 位中，最多可并行执行的指令条数或处理的 数据个数。 *注意：按“流”分类法，即Flynn分类法的逻
[考研类试卷]计算机专业基础综合（存储器系统的层次结构）模拟试卷 2 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( )。 Ⅰ．SRAM不是易失性存储器，而DRAM是易失性存储器 Ⅱ．DRAM比SRAM集成度更高，因此读写速度也更快 Ⅲ．主存只能由DRAM构成，而高速缓存只能由SRAM构成 Ⅳ．与SRAM相比，DRAM由于需要刷新，所以功耗较高 （A）Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ （B）Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ （C）Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ （D）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ 2 某机字长32位，主存容量1 MB，按字编址，块长512 B，Cache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）99％ 4 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8K×8位的芯片组成一个32K×32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）7FFFH 6 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
面向对象系统设计 当你阅读到这里时，我假设你已经理解了面向对象的基本概念，初步掌握了的UML语言。 第三章、架构设计 3.1 架构设计原则 系统设计的第一步就是确定软件的架构，它决定了各子系统如何组织以及 如何协调工作。架构设计的好坏影响到软件的好坏，系统越大越是这样。进行架构设计时，有两个重要的原则可以遵循： 一、分层。 将系统分层是简化系统的好方法，而且已经得到了很好的证实，如OSI 七 层模型网络协议，数据库管理系统的外模式、模式、内模式等。分层的思路是将系统按功能职责进行划分，将同一类职责的功能抽象为一层。在信息系统中软件架构通常采用典型的三层结构： 1、表示层――用户界面。 2、业务层――业务处理流程。 3、数据层――持久化存储。 与传统的两层结构相比，它最大的特征是将业务层独立了出来，从而提高 了业务层的可复用性。在两层结构中，用户界面和业务处理流程放在一起，因此无法直接复用业务处理的相关功能，也无法将业务处理功能进行灵活的部署。在三层结构中，表示层只处理用户界面相关的功能，业务层专心处理业务流程，可以对业务层进行灵活的部署，开发时也便于业务处理的开发和用户界面的开发同时进行。 当然也可以分为更多的层，关键是尽量提高层内各功能的内聚，降低各层 之间的耦合。 二、各层之间通讯。 OSI 中要求高层只能调用它的下一层提供的接口，我们设计接口时也尽量 遵守这样的约束，例如典型的三层结构的访问关系为： 数据层在业务层中是可见的，业务层在表示层中是可见的，反之则不可见。为什么在业务层中不能直接访问表示层呢？因为业务层要相对独立，它不能依赖于任何表示层，以至于一个业务层可以对应多个表示层。业务层可以间接与表示层通讯，这种通讯方式根据实际需要来确定。 3.2 信息系统的架构设计 下面我们将根据架构设计原则和信息系统原理来建立一个信息系统的架构设计模型。将信息系统中比较关心的对象分层，可分为三层：用户界面层、业务层、数据访问层，再把各层中的一些公共部分提出来：权限管理、异常处理，这样得到包图如下：
第三章习题 一、填空题： 1.广泛使用的A.______和B.______都是半导体随机读写存储器。前者速度比后者 C.______，集成度不如后者高。 2.CPU能直接访问A.______和B.______,但不能直接访问磁盘和光盘。 3.广泛使用的 ______和 ______都是半导体随机读写存储器,前者比后者速度快, ___ ___不如后者高。它们断电后都不能保存信息。 4.由于存储器芯片的容量有限，所以往往需要在A.______和B.______两方面进行扩充才能满足实际需求。 5.Cache是一种A______存储器，是为了解决CPU和主存之间B______不匹配而采用的一项重要的硬件技术。 6.虚拟存贮器通常由主存和A______两级存贮系统组成。为了在一台特定的机器上执行程序，必须把B______映射到这台机器主存贮器的C______空间上，这个过程称为地址映射。 7.半导体SRAM靠A______存贮信息，半导体DRAM则是靠B______存贮信息。 8.主存储器的性能指标主要是存储容量，A.______和B.______。 9.由于存储器芯片的容量有限，所以往往需要在A.______和B.______两方面进行扩充才能满足实际需求。 10.存储器和CPU连接时，要完成A.______的连接；B.______的连接和C.______的连接，方能正常工作。 11.广泛使用的A.______和B.______都是半导体随机读写存储器，它们共同的特点是 C.______。 12.对存储器的要求是A.______，B.______，C.______，为了解决这三个方面的矛盾。计算机采用多级存储器体系结构。 13.虚拟存贮器通常由主存和A______两级存贮系统组成。为了在一台特定的机器上执行程序，必须把B______映射到这台机器主存贮器的C______空间上，这个过程称为地址映射。 14.多个用户共享主存时，系统应提供A______。通常采用的方法是B______保护和C______保护，并用硬件来实现。 15.由于存储器芯片的容量有限，所以往往需要在A.______和B.______两方面进行扩充才能满足实际需求。 16.相联存储器是按A.______访问的存储器，在cache中用来存放B.______，在虚拟存储器中用来存放C.______。在这两种应用中，都需要D.______查找。 17.DRAM存储器的刷新一般有A.___,B.___,C.___三种方式。 18.并行处理技术已成为计算计技术发展的主流。它可贯穿于信息加工的各个步骤和阶段。概括起来，主要有三种形式A. ______并行；B. ______并行；C. ______并行。 19.主存与cache的地址映射有A. ______、B. ______、C. ______三种方式。其中______方式适度地兼顾了前二者的优点，又尽量避免其缺点，从灵活性、命中率、硬件投资来说
第3章存储系统 一．判断题 1．计算机的主存是由RAM和ROM两种半导体存储器组成的。 2．CPU可以直接访问主存，而不能直接访问辅存。 3．外（辅）存比主存的存储容量大、存取速度快。 4．动态RAM和静态RAM都是易失性半导体存储器。 5．Cache的功能全部由硬件实现。 6．引入虚拟存储器的目的是为了加快辅存的存取速度。 7．多体交叉存储器主要是为了解决扩充容量的问题。 8．Cache和虚拟存储器的存储管理策略都利用了程序的局部性原理。 9．多级存储体系由Cache、主存和辅存构成。 10．在虚拟存储器中，当程序正在执行时，由编译器完成地址映射。 二．选择题 1．主（内）存用来存放。 A．程序 B．数据 C．微程序 D．程序和数据 2．下列存储器中，速度最慢的是。 A．半导体存储器 B．光盘存储器 C．磁带存储器 D．硬盘存储器 3．某一SRAM芯片，容量为16K×1位，则其地址线有。 A．14根 B．16K根 C．16根 D．32根 4．下列部件（设备）中，存取速度最快的是。 A．光盘存储器 B．CPU的寄存器 C．软盘存储器 D．硬盘存储器 5．在主存和CPU之间增加Cache的目的是。 A．扩大主存的容量 B．增加CPU中通用寄存器的数量 C．解决CPU和主存之间的速度匹配 D．代替CPU中的寄存器工作 6．计算机的存储器采用分级存储体系的目的是。 A．便于读写数据 B．减小机箱的体积 C．便于系统升级 D．解决存储容量、价格与存取速度间的矛盾 7．相联存储器是按进行寻址的存储器。 A．地址指定方式 B．堆栈存取方式 C．内容指定方式 D．地址指定与堆栈存取方式结合 8．某SRAM芯片，其容量为1K×8位，加上电源端和接地端后，该芯片的引出线的最少数目应为。 A．23 B．25 C．50 D．20 9．常用的虚拟存储器由两级存储器组成，其中辅存是大容量的磁表面存储器。 A．主存—辅存 B．快存—主存 C．快存—辅存 D．通用寄存器—主存 10．在Cache的地址映射中，若主存中的任意一块均可映射到Cache内的任意一快的位置上，则这种方法称为。 A．全相联映射 B．直接映射 C．组相联映射 D．混合映射 三．填空题
第3章存储器系统 一．选择题 1．计算机工作中只读不写的存储器是( )。 (A) DRAM (B) ROM (C) SRAM (D) EEPROM 2．下面关于主存储器（也称为内存)的叙述中，不正确的是( )。 (A) 当前正在执行的指令与数据都必须存放在主存储器内，否则处理器不能进行处理 (B) 存储器的读、写操作，一次仅读出或写入一个字节 (C) 字节是主存储器中信息的基本编址单位 (D) 从程序设计的角度来看，cache（高速缓存）也是主存储器 3．CPU对存储器或I/O端口完成一次读/写操作所需的时间称为一个( )周期。 (A) 指令(B) 总线(C) 时钟(D) 读写 4．存取周期是指( )。 (A)存储器的写入时间(B) 存储器的读出时间 (C) 存储器进行连续写操作允许的最短时间间隔(D)存储器进行连续读/写操作允许的最短时间3间隔 5．下面的说法中，( )是正确的。 (A) EPROM是不能改写的(B) EPROM是可改写的，所以也是一种读写存储器(C) EPROM是可改写的，但它不能作为读写存储器(D) EPROM只能改写一次 6．主存和CPU之间增加高速缓存的目的是( )。 (A) 解决CPU和主存间的速度匹配问题(B) 扩大主存容量 (C) 既扩大主存容量，又提高存取速度(D) 增强CPU的运算能力 7．采用虚拟存储器的目的是( )。 (A) 提高主存速度(B) 扩大外存的容量(C) 扩大内存的寻址空间(D) 提高外存的速度8．某数据段位于以70000起始的存储区，若该段的长度为64KB，其末地址是( )。(A) 70FFFH (B) 80000H (C) 7FFFFH (D) 8FFFFH 9．微机系统中的存储器可分为四级，其中存储容量最大的是( )。 (A) 内存(B) 内部寄存器(C) 高速缓冲存储器(D) 外存 10．下面的说法中，( )是正确的。(A) 指令周期等于机器周期 (B) 指令周期大于机器周期(C) 指令周期小于机器周期(D) 指令周期是机器周期的两倍11．计算机的主内存有3K字节，则内存地址寄存器需( )位就足够。 (A) 10 (B) 11 (C) 12 (D) 13 12．若256KB的SRAM具有8条数据线，那么它具有( )地址线。 (A) 10 (B) 18 (C) 20 (D) 32 13．可以直接存取1M字节内存的微处理器，其地址线需( )条。 (A) 8 (B)16 (C) 20 (D) 24 14．规格为4096×8的存储芯片4片，组成的存储体容量为( )。 (A) 4KB (B) 8KB (C) 16KB (D) 32KB 15．一个有16字的数据区，其起始地址为70A0：DDF6H，则该数据区末字单元的物理地址为（）。 （A）14E96H （B）7E814H （C）7E7F6H （D）7E816H 16．某微型计算机可直接寻址64M字节的内存空间，其CPU的地址总线至少应有( )条。（A）20 （B）30 （C）16 （D）26 17．对于地址总线为32位的微处理器来说，其直接寻址范围可达（）。
第一章计算机系统概论 2．简单回答下列问题。（参考答案略） （1）冯·诺依曼计算机由哪几部分组成？各部分的功能是什么？采用什么工作方式？ （2）摩尔定律的主要含义是什么？ （3）计算机系统的层次结构如何划分？计算机系统的用户可分哪几类？每类用户工作 在哪个层次？ （4）程序的CPI与哪些因素有关？ （5）为什么说性能指标MIPS不能很好地反映计算机的性能？ 3．假定你的朋友不太懂计算机，请用简单通俗的语言给你的朋友介绍计算机系统是如何工作的。要求写一页纸左右。 4．你对计算机系统的哪些部分最熟悉，哪些部分最不熟悉？最想进一步了解细节的是哪些部分的内容？ 5．若有两个基准测试程序P1和P2在机器M1和M2上运行，假定M1和M2的价格分别是5000元和8000元，下表给出了P1和P2在M1和M2上所花时间和指令条数。 M1 M2 程序 指令条数执行时间(ms) 指令条数执行时间(ms) P1 200x10610 000 150 x106 5000 x103 6 x103 3 420 P2 300 请回答下列问题： （1） 对于P1，哪台机器的速度快？快多少？对于P2呢？ （2） 在M1上执行P1和P2的速度分别是多少MIPS？在M2上的执行速度各是多少？ 从执行速度来看，对于P2，哪台机器的速度快？快多少？ （3） 假定M1和M2的时钟频率各是800MHz和1.2GHz，则在M1和M2上执行P1 时的平均时钟周期数CPI各是多少？ （4） 如果某个用户需要大量使用程序P1，并且该用户主要关心系统的响应时间而不是 吞吐率，那么，该用户需要大批构成机器时，应该选择M1还是M2呢？为什么？ （提示：从性价比上考虑） （5） 如果另一个用户也需要购进大批机器，但该用户使用P1和P2一样多，主要关心 的也是响应时间，那么，应该选择M1还是M2呢？为什么？ 参考答案： （1） 对于P1，M2比M1快一倍；对于P2，M1比M2快一倍。 （2） 对于M1，P1的速度为：200M/10=20MIPS；P2为300k/0.003=100MIPS。 对于M2，P1的速度为：150M/5=30MIPS；P2为420k/0.006=70MIPS。 从执行速度来看，对于P2，因为100/70=1.43倍，所以M1比M2快0.43倍。 （3） 在M1上执行P1时的平均时钟周期数CPI为：10x800M/(200x106)=40 在M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI为：5x1.2G/(150x106)=40 （4） 考虑运行P1时M1和M2的性价比，因为，该用户主要关心系统的响应时间，所 以，性价比中的性能考虑执行时间，其性能为执行时间的倒数。故性价比R为： R=1/（执行时间x价格） R越大说明性价比越高，也即，“执行时间x价格”的值越小，则性价比越高。 因为10x5000 > 5x8000，所以，M2的性价比高。应选择M2。 （5） P1和P2需要同等考虑，性能有多种方式：执行时间总和、算术平均、几何平均。 若用算术平均方式，则：因为，(10+0.003)/2x5000 > (5+0.006)/2x8000，
第7章存储器分层体系结构复习要点 一、存储器概述和存储器芯片 1. 熟悉随机存取存储器、顺序存取存储器、直接存取存储器、相联存储器、只读存储器、读写存储器、非易失（不挥发）性存储器、易失（挥发）性存储器、静态存储器、动态存储器这些名称的含义。这些类型的存储器在计算机的层次结构存储系统中 按工作性质/存取方式分类： 随机存取存储器(RAM) ：每个单元读写时间一样，且与各单元所在位置无关。如：内存。（注：原意主要强调地址译码时间相同。现在的DRAM芯片采用行缓冲，因而可能因为位置不同而使访问时间有所差别。） 顺序存取存储器(SAM)：数据按顺序从存储载体的始端读出或写入，因而存取时间的长短与信息所在位置有关。例如：磁带。 直接存取存储器(DAM)：直接定位到读写数据块，在读写数据块时按顺序进行。如磁盘。相联存储器（AM/CAM)：按内容检索到存储位置进行读写。例如：快表。 按信息的可更改性分类: 读写存储器（Read / Write Memory)：可读可写。 只读存储器（Read Only Memory)：只能读不能写。 按断电后信息的可保存性分类： 非易失（不挥发）性存储器(Nonvolatile Memory) 信息可一直保留，不需电源维持。（如：ROM、磁表面存储器、光存储器等） 易失（挥发）性存储器(Volatile Memory) 电源关闭时信息自动丢失。（如：RAM、Cache）按功能/容量/速度/所在位置分类： 寄存器(Register)封装在CPU内，用于存放当前正在执行的指令和使用的数据；用触发器
实现，速度快，容量小（几~几十个）。 高速缓存(Cache)位于CPU内部或附近，用来存放当前要执行的局部程序段和数据；用SRAM实现，速度可与CPU匹配，容量小（几MB）。 内存储器MM（主存储器Main (Primary) Memory）位于CPU之外，用来存放已被启动的程序及所用的数据；用DRAM实现，速度较快，容量较大（几GB）。 外存储器AM (辅助存储器Auxiliary / Secondary Storage)位于主机之外，用来存放暂不运行的程序、数据或存档文件；用磁表面或光存储器实现，容量大而速度慢。 2. 层次结构存储系统中的寄存器、高速缓存、内存(主存)、外存它们所在的位置、工作速度、存储容量、成本等的相对大小和大致的数量级。这些存储器和前述各类存储器之间的对应关系。 3. 静态存储器和动态存储器的基本工作机制；动态存储器刷新的概念，按行刷新的含义。最大刷新周期的确定的依据是什么。DRAM的集中刷新、分散刷新和异步刷新的刷新操作与正常访存分别是如何安排的？ 4. 了解SDRAM芯片中的突发传输方式 二、存储器容量的扩展及其与CPU的连接 1. 位扩展、字扩展、字位扩展方式，系统存储容量的计算，芯片数的计算，这几种扩展方式下的芯片(组)与片选信号的地址线分配，各芯片(组)的地址范围的计算、划分。片选信号用地址信号表示的逻辑表达式。 三、高速缓冲存储器(cache) 1. 直接映射、全相联映射、组相联映射三种方式映射关系；三种方式下的主存地址与cache 的行、内容之间的对应关系；cache容量的计算方法，注意区分数据区、标记、有效位。 2. CPU对cache的访问时，直接映射采用的是按地址进行查找的方法，而全相联映射采用
课题：银行计算机储蓄系统 学院：数学科学学院 班级：信科1202 信科1201 学号：120702203 120702101 姓名： 指导老师：田怀凤
银行储蓄系统面向对象分析 一、建立对象模型 需求陈述： 储户填写存款单或取款单由业务员键入系统。如果是存款则系统记录存款人姓名、住址（或电话号码）、身份证号码、存款类型、存款日期，到期日期，利率以及密码（可选）等信息，并引出存款单给储户，如果是取款而且存款时留有密码，则系统首先核对储户密码，若密码正确或存款时未留密码，则系统计算利息，并印出利息清单给储户。 确定类&对象： 1.找出所有可能的类&对象：储户、存款单、取款单、业务人员、计算机储蓄系统、账户、事务 2.筛选：储户、业务人员、计算机储蓄系统、账户、事务 确定关联： 储户拥有账户 业务人员与计算机通信 业务人员输入事务 最终的关联为如下图： 储户 账户 业务人员事务 业务人员 计算机储蓄系统 1+ 1+ 输入 1+ 通信 拥有 修改 站号
确定属性： 储户：姓名、地址 账户：余额、限额、类型 业务人员事务：类型、日期、金额 业务人员：姓名 建立的对象模型为： 拥有 储户 —姓名 —地址 帐户 —余额 —限额 —类型 业务人员事务 —类型 —日期 —金额 业务人员 —姓名 +录入信息（） 计算机储蓄系统 +记录储户信息（） +记录存款类型（） +纪录存款日期（） +记录到期日期（） +计算利率（） +引出存款单（） +打印利息清单（） +核对储户密码（） 输入 修 改 站号 通信 1+ 1+ 1+
二、建立动态模型 编写脚本： 计算机储蓄系统的正常情况脚本： 储户的填写存款单 业务人员键入系统，系统引出存款单给储户 储户填写取款单，系统核对储户密码，计算利息并打印利息清单给储户 计算机储蓄系统的异常情况脚本： 储户身份证号码填写错误，找不到该储户信息 储户填写取款单的密码错误 画事件跟踪图： 储蓄系统正常情况事件跟踪图： 储户业务人员储蓄系统 填写存款单 填写取款单 要求事务类型 请求处理事务类型
面向对象存储o o s教程 说明 文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
O O S客服脚本 1、OOS基本知识 什么是OOS 面向对象存储（Object-Oriented Storage，OOS）是中国电信为客户提供的一种海量、弹性、高可用、高性价比的存储服务，是一种开放式的存储服务。 OOS基本概念 面向对象存储的主要概念有：Account（账户）、Service（服务）、Object （对象）和Bucket（对象容器）。它们之间的关系如下图所示。在使用OOS之前，首先需要在注册一个账号（Account），注册成功之后，OOS会为该账号提供服务（Service），在该服务下，用户可以创建1个或多个对象容器（Bucket），每个对象容器中可以存储不限数量的对象（Object）。 Account 在使用OOS之前，需要在注册一个账号（Account）。注册时邮箱、密码和联系方式、用户名是必填项。注册成功之后，用户可以用该账号登录并使用OOS 服务。 Service Service是OOS为注册成功的用户提供的服务，该服务为用户提供弹性可扩展的存储空间及上行和下行流量。用户可以对存储空间和能力进行管理，例如，文件的上传下载、文件的保存、存储空间的访问控制等。
Bucket Bucket是存储Object的容器。面向对象存储的每个Object都必须包含在一个Bucket中。Bucket不能嵌套，每个Bucket中只能存放Object，不能再存放Bucket。 每个用户最多可以建立10个Bucket，并且在创建Bucket时需要设定其操作权限。用户只有对Bucket拥有相应的权限，才可以对其进行操作，这样保证了数据的安全性，防止非授权用户的非法访问。 Bucket的命名规范如下： 对象容器（Bucket）的命名规范是： Bucket名称必须全局唯一 Bucket名称长度介于3到63字节之间 Bucket名称可以由一个或者多个小节组成，小节之间用点（.）隔开 各个小节需要：只能包含小写字母、数字和短横线（-） 必须以小写字母或者数字开始 必须以小写字母或者数字结束 Object 用户存储在OOS上的每个文件都是一个Object。文件可以是文本、图片、音频、视频或者网页。OOS支持的单个文件的大小从1字节到5T字节。 用户可以上传、下载、删除和共享Object。此外用户还可以对Object的组织形式进行管理，将Object移动或者复制到目标目录下。 1.3OOS有什么特点
计算机系统的层次结构
1.01计算机系统的层次结构 1.02透明性的概念：本来存在的事物或特性从某个角度看去好像不存在。这里指使用者可以不了解的知识。 1.03计算机组成：计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现，包括机器内部的数据流的组成以及逻辑设计等。 1.04计算机实现：是指计算机组成的物理实现。包括具体的逻辑电路设计和封装技术。 1.05指令流：机器执行的指令序列。数据流：由指令调用的数据序列 1.6 Amdahl定律：系统中某一部件由于采用某种更快的执行方式后整个系统性能的提高与这种执行方式的使用频率或占用总执行时间的比例有关。 1.7程序的时间局部性：最近访问过的内容很可
能即将被再次使用； 程序的空间局部性：地址临近的内容可能在一定时间内被连续使用 1.8系统结构的评价标准：性能、成本 1.9冯诺依曼体系结构的特点：机器以运算器为中心；采用存储程序的原理；存储器按照地址访问，存储空间线性编址每个存储单元的位数相同并固定；控制流由指令流产生 输入输出的方式:DMA、I/O处理机、程序控制2.01 RISC的定义与特点:RISC的设计是力争一个最小化的指令集，每条指令只执行一个基本的计算，复杂的运算由基本指令构成的子程序来完成。 大多数指令在单周期内完成（采用流水机制） LOAD/STORE结构 硬布线控制逻辑 减少指令和寻址方式的种类 固定的指令格式 注重编译的优化 CISC的定义与特点:增强指令功能，把越来越多的功能交由硬件来实现，并且指令的数量也是
越来越多。 2.02 RISC关键技术--延时转移技术，指令取消技术，重叠寄存器窗口技术，指令流调整技术，以硬件为主固件为辅。 2.3数据表示是指计算机硬件能够直接识别，可以被指令系统直接调用的那些数据类型 数据结构是面向系统软件、应用领域所与需要处理的各种数据类型，研究这些数据类型的逻辑结构和物理结构之间的关系，并给出相应算法。2.4高位交叉编址：主要用来扩大存储器容量；低位交叉编址：主要是提高存储器速度 2.5对指令系统的基本要求:完整性、规整性、正交性、高效率、兼容性 2.6通用计算机系统的5类基本指令： 数据传送类指令\运算类指令\程序控制指令\输入输出指令\处理机控制和调试指令 3.1存储系统:两个或两个以上速度、容量和价格各不相同的存储器用硬件、软件、或软件与硬件相结合的方法连接起来成为一个存储系统。3.2虚拟存储器系统：对应用程序员透明Cache 存储系统：对系统程序员以上均透明 3.3存储器的主要性能：速度、容量、价格
1. 用下列芯片构成存储系统，各需要多少个RAM芯片？需要多少位地址作为片外地址译码？设系统为20位地址线，采用全译码方式。 （1）512×4位RAM构成16KB的存储系统； （2）1024×1位RAM构成128KB的存储系统； （3）2K×4位RAM构成64KB的存储系统； （4）64K×1位RAM构成256KB的存储系统。 解：(1) 需要16KB/512×4=64片，片外地址译码需20-log2512=11位地址线。 (2) 需要128KB/1K×1=1024片，片外地址译码需20-log21024=10位地址线。 (3) 需要64KB/2K×4=64片，片外地址译码需20-log2(1024×2)=9位地址线。 (4) 需要256KB/64K×1位=32片，片外地址译码需20-log2(1024×64)=4位地址线。 2. 现有一种存储芯片容量为512×4位，若要用它组成4KB的存储容量，需多少这样的存储芯片？每块芯片需多少寻址线？而4KB存储系统最少需多少寻址线？ 解: 4K×8bit /512×4bit= 16片，需要16片存储芯片； 29 = 512，每片芯片需9条寻址线； 212 = 4096，4KB存储系统最少需12条寻址线。 3. 一个具有8KB直接相联Cache的32位计算机系统，主存容量为32MB，假定该Cache中块的大小为4个32位字。 （1）求该主存地址中区号、块号和块内地址的位数。 （2）求主存地址为ABCDEF16的单元在Cache中的位置。 解: (1) 主存区数为32MB/8KB = 4096，212= 4096，区号的位数为12； 区内块数为8KB/4×4B = 512，29 = 512，块号的位数为9； 块内单元数（字节编址）为4×32 / 8 = 16，24= 16，块内地址的位数4。 （2）主存地址为ABCDEF16的单元其二进制地址为： 0 1010 1011 1100 1101 1110 1111 (主存字节地址为25位) 区号为0 1010 1011 110 块号为0 1101 1110 数据在Cache中的位置是 0 1101 1110 1111
存储器架构对系统性能的影响 上网时间 : 2006年03月06日 打 印 版 推 荐 给 同 仁 发 送 查 询 存储器技术的发展使存储器系统的性能得到提高，尽管峰值速率依然是存储器技术最重要的参数之一，但其它结构参数也极大地影响存储器系统的性能。本文将重点介绍存储器架构对系统性能的影响。 存储器技术大多数根据其运行速度来命名。例如，PC100 SDRAM 器件是指数据速率为100MHz 的存储技术，PC133则表示数据速率为133MHz ，等等。尽管这种命名的习惯随着时间发展而变化，但通常还是能给潜在买家提供关于存储器运行速度的信息。事实上，今天的主流存储技术都是按照其峰值数据速率来命名的，这将继续成为评估存储系统性能的要素之一。不过，在实际系统中，没有存储器能完全工作在其峰值速率下。 从写命令转换到读命令，在某个时间访问某个地址，以及刷新数据等操作都要求数据总线在一定时间内保持休止状态，这样就不能充分利用存储器通道。此外，宽并行总线和DRAM 内核预取都经常导致不必要的大数据量存取。在指定的时间段内，存储器控制器能存取的有用数据称为有效数据速率，这很大程度上取决于系统的特定应用。有效数据速率随着时间而变化，常低于峰值数据速率。在某些系统中，有效数据速率可下降到峰值速率的10%以下。 通常，这些系 统受益于那 些能产生更 高有效数据 速率的存储 器技术的变 化。在CPU 方 面存在类似 的现象，最近 几年诸如 AMD 和 Transmeta 等 公司已经指出，在测量基于CPU 的系统的性能时，时钟频率不是唯一的要素。存储器技术已经很成熟，峰值速率和有效数据速率或许并不比以前匹配的更好。尽管峰值速率依然是存储器技术最重要的参数之一，但其他结构参数也可以极大地影响存储器系统的性能。 影响有效数据速率的参数 有几类影响有效数据速率的参数，其一是导致数据总线进入若干周期的停止状态。在这类参数中，总线转换、行周期时间、CAS 延时以及RAS 到CAS 的延时(tRCD)引发系统结构中的大部分延迟问题。 总线转换本身会在数据通道上产生非常长的停止时间。以GDDR3系统为例，该系统对存储器的开放页不断写入数据。在这期间，存储器系统的有效数据速率与其峰值速率相当。不过，假设100个时钟周期中，存储器控制器从读转换到写。由于这个转换需要6个时钟周期，有效的数据速率下降到峰值速率的94%。在这100 个时钟周期中，如果存储器控制器将总线从写转换到读的话，将会丢失更多的时钟周期。这种存 表1：每百周期发生两个总线转换时的有效数据速率和峰值数据速率。