1. 什么是存储系统？对于一个由两个存储器M 1和M 2构成的存储系统，假设 M1的命中率为h ，两个存储器的存储容量分别为s 1和s 2，存取时间分别为t 1和t 2，每千字节的成本分别为c 1和c 2。
⑴ 在什么条件下，整个存储系统的每千字节平均成本会接近于c 2？ ⑵ 该存储系统的等效存取时间t a 是多少？是多少？
⑶ 假设两层存储器的速度比r=t 2/t 1，并令e=t 1/t a 为存储系统的访问效率。试以 r 和命中率h 来表示访问效率e 。
⑷ 如果r=100，为使访问效率e>0.95，要求命中率h 是多少？是多少？
⑸ 对于⑷中的命中率实际上很难达到，对于⑷中的命中率实际上很难达到，假设实际的命中率只能达到假设实际的命中率只能达到0.96。现在
采用一种缓冲技术来解决这个问题。采用一种缓冲技术来解决这个问题。当访问当访问M 1不命中时，不命中时，把包括被访问数把包括被访问数据在内的一个数据块都从M 2取到M 1中，并假设被取到M 1中的每个数据平均可以被重复访问5次。请设计缓冲深度（即每次从M 2取到M 1中的数据块的大小）。 答：答：
⑴ 整个存储系统的每千字节平均成本为：整个存储系统的每千字节平均成本为：
12
s 1s 2
c 2s 1
s 1c 2
s 1s 2
s 2
c 1s 1c c ++´=
+´
+
´
=
不难看出：当s1/s2非常小的时候，上式的值约等于c2。即：s2>>s1时，整个存
储器系统的每千字节平均成本会接近于c2。
⑵ 存储系统的等效存取时间t a 为：为：
2
t )
h 1
(1
t h
t
a
´
-
+
´
=
⑶
r
)h 1(h 1t )h 1(t h t t t e 2
11
a
1´-+=
´-+´=
弩的结构图=
⑷ 将数值代入上式可以算得：h>99.95% ⑸
通过缓冲的方法，我们需要将命中率从0.96提高到0.9995。假设对存储器的访问次数为5，缓冲块的大小为m 。那么，那么，不命中率减小到原来的不命中率减小到原来的1/5m ，列出
等式有：等式有：
m
596
.0119995.0--=
解这个方程得：m=16，即要达到⑷中的访问效率，缓冲的深度应该至少是16（个数据单位）。
2. 要求完成一个两层存储系统的容量设计。第一层M 1是Cache ，其容量有三
种选择：64KB 、128KB 和256KB ，它们的命中率分别为0.7、0.9和0.98；第二层M 2是主存储器，其容量为4MB 。并设两个存储器的存取时间分别为t 1和t 2，每千字节的成本分别为c 1和c 2。如果c 1=20c 2和t 2=10t 1。 ⑴ 在t 1=20ns 的条件下，分别计算三种存储系统的等效存取时间。 ⑵ 如果c 2
=0.2美元/KB ，分别计算三种存储系统每千字节的平均成本。，分别计算三种存储系统每千字节的平均成本。
⑶ 对三种存储系统的设计作一个比较，并分别按平均成本和等效存取时间指出
它们性能的排列次序。它们性能的排列次序。
⑷ 根据等效存取时间和平均成本的乘积，选择最优的设计。 答：答：
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⑴
∵ )ns (h 180200200)h 1(h 202t )h 1(1t h t a -=-+=´-+´=
∴ 三种存储系统的等效存取时间分别为：三种存储系统的等效存取时间分别为：
ns
747
.0180
200
h
180200
t
1
a =
´
-
=
-
=
ns 389.0180200h 180200t 2a =´-=-= ns
6.2398
.0180
200
h
180200
t
采集重构>排油烟气防火止回阀3
a =
´
-
=
-
=
⑵
三种存储系统每千字节的平均成本为：三种存储系统每千字节的平均成本为：
KB /$26.0KB
10244KB 64KB 10244KB /$2.0KB 64KB /$42s 1s 2
s 2c 1s 1c c 1a »
´+´´+´=+´+´= KB /$32.0KB 10244KB 128KB 10244KB /$2.0KB 128KB /$42s 1s 2s 2c 1s 1c c 2a »´+´´+´=+´+´=
KB /$42.0KB 10244KB 256KB 10244KB /$2.0KB 256KB /$42s 1s 2s 2c 1s 1c c 3
a »´+´´+´=+´+´=
⑶ 按照平均成本来说c a1<c a2<c a3，按照等效存取时间来说t a3<t a2<t a1。
⑷
方案方案 t a （ns ）
c a （$/KB ）
乘积乘积 比较比较 1 74 0.26
19.24 最差最差 2 38 0.32 12.16 中等中等 3
23.6
0.42
9.912
最优最优
背景音乐播放系统
3. 有16个存储器模块，每个模块的容量为4M 字节，字长为32位。现在要
用这16个存储器模块构成一个主存储器，有如下几种组织方式： 方式1：16个存储器模块采用高位交叉方式构成存储器。个存储器模块采用高位交叉方式构成存储器。 方式2：16个存储器模块构成并行访问存储器。个存储器模块构成并行访问存储器。 方式3：16个存储器模块采用低位交叉方式构成存储器。个存储器模块采用低位交叉方式构成存储器。 方式4：2路高位交叉8路低位交叉构成存储器。路低位交叉构成存储器。 方式5：4路高位交叉4路低位交叉构成存储器。路低位交叉构成存储器。 方式6：4路并行访问4路低位交叉构成存储器。路低位交叉构成存储器。 ⑴ 写出各种存储器的地址格式。写出各种存储器的地址格式。
⑵ 比较各种存储器的优缺点。比较各种存储器的优缺点。
⑶ 不考虑访问冲突，计算各种存储器的频带宽度。不考虑访问冲突，计算各种存储器的频带宽度。 ⑷ 画出各种存储器的逻辑示意图。画出各种存储器的逻辑示意图。 答：答：
⑴ 各种存储器的地址格式如下：各种存储器的地址格式如下： 方式1：16个模块高位交叉个模块高位交叉
高 低 4bit 模块号模块号
20bit 模块内地址模块内地址
2bit 字地址字地址
方式2：16个模块并行访问个模块并行访问
高 低
20bit 模块内地址模块内地址
2bit 字地址字地址
4bit 多路选择多路选择
方式3：16个模块低位交叉个模块低位交叉
高 低
20bit 模块内地址模块内地址
2bit 字地址字地址
4bit 模块号模块号
方式4：2路高位交叉8路低位交叉路低位交叉
高 低 1bit 组号组号 20bit 模块内地址模块内地址 2bit 字地址字地址 3bit 模块号模块号 方式5：4路高位交叉4路低位交叉路低位交叉
高 低 2bit 组号组号
20bit 模块内地址模块内地址
2bit 字地址字地址 2bit 模块号模块号
方式6：4路并行访问4路低位交叉路低位交叉
高 低
20bit 模块内地址模块内地址
2bit 字地址字地址
2bit 组号组号积分声级计
2bit 多路选择多路选择
⑵
这几种存储器都能够并行工作，因此一般而言都可以用来提高内存的吞吐率。率。但他们也有所区别：但他们也有所区别：但他们也有所区别：并行访问存储器的优点是实现简单、并行访问存储器的优点是实现简单、并行访问存储器的优点是实现简单、容易，容易，容易，缺点是访问缺点是访问冲突大；冲突大；高位交叉访问存储器的优点是扩充方便，高位交叉访问存储器的优点是扩充方便，高位交叉访问存储器的优点是扩充方便，但是因为访问冲突太大，但是因为访问冲突太大，但是因为访问冲突太大，一般一般不用于并行存取，缺点是访问效率不高；低位交叉访问存储器可以用分时的方法来提高速度，但扩充不方便。来提高速度，但扩充不方便。
⑶
各种存储器的频带宽度和他们的并行程度有关，各种存储器的频带宽度和他们的并行程度有关，在不考虑冲突的情况下，在不考虑冲突的情况下，如果有足够多的独立控制电路和寄存器，那么，他们的频带宽度是相同的。但是，高位交叉访问存储器一般不用于并行存取，因此频带宽度最小。 ⑷
方式1：16个模块高位交叉个模块高位交叉
方式2：16个模块并行访问个模块并行访问
方式3：16个模块低位交叉个模块低位交叉
注意：并行访问存储器和低位交叉访问存储器很相象，并行访问存储器和低位交叉访问存储器很相象，只不过，只不过，只不过，并行访问存储器并行访问存储器
使用存储模块号使用存储模块号（存储体号）（存储体号）（存储体号）来对已经输出的结果进行选择，来对已经输出的结果进行选择，来对已经输出的结果进行选择，而低位交叉而低位交叉访问存储
器则用来生成对存储模块访问存储器则用来生成对存储模块（存储体）（存储体）（存储体）的片选信号，的片选信号，的片选信号，他通过流水的他通过流水的方式来提高访问的速度。方式来提高访问的速度。前者用一套存储器控制电路，前者用一套存储器控制电路，前者用一套存储器控制电路，后者用多套后者用多套后者用多套（与交（与交叉模块数相等）存储器控制电路。叉模块数相等）存储器控制电路。
方式4：2路高位交叉8路低位交叉路低位交叉
