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文档简介

1、修正机构构成原理第7章练习题,7.1 .修正机为什么采用多段结构的存储系统这些应用程序是基于流程的哪些特性? 答:在现代计算机系统中,通常使用三种运行原理不同、性能差异较大的存储介质,分别构建高速缓冲存储器、主存储器和虚拟存储器,并将它们构成三级结构的统一管理、高级一体化存储器系统。 高速缓冲存储器减慢了主内存的读写速度,缓和了不能满足CPU运行速度需求的矛盾,解决了虚拟存储容量大、主存储容量小、无法保存更大程序和更多数据的问题这种三维结构的存储器系统的操作原理基于程序操作的局部原理。 也就是说,所执行的程序只使用少量的指令和少量的数据,该少量的指令和少量的数据集中在存储器的小的存储区域,指令

2、的顺序执行比转移执行的比例大,因此能够按照所使用的指令和数据的紧迫度和频度存储在容量、速度、价格不同的存储器中,能够得到更高的性能价格比主要出现在时间、空间、命令执行顺序三个方面。 7.2多级存储由哪三级存储组成?每级存储使用哪些类型的存储介质? 这些介质的主要特性是什么?在多级存储系统中,信息完整性和包含性策略是什么?解:三级内存由缓存、主内存和虚拟内存组成。 使用的内存介质:高速缓存SRAM、主内存DRAM、虚拟内存磁盘。 这些媒体的主要功能:高速缓存块传输、主存储器页面传输、虚拟存储器文件传输他们的速度依次下降,人均价格依次下降这些管理工作依次为硬件、操作系统、操作系统/用户的双曲馀弦值

3、。 一致性策略同一信息同时存储在多个级别的存储上。 在这种情况下,此信息必须在多个级别的存储中保持相同的值。 包含性的原则:内层(更接近CPU )存储器中的信息必定包含在各外层的存储器中,即内层(更接近CPU )存储器中的所有信息必定是各外层存储器中信息的一部分的副本。 比较7.3dram和SRAM芯片的主要特性。 根据使用的半导体制造工艺,内存芯片可以分为静态内存和动态内存2种。 动态存储器由于集成度高,因此生产成本低,实际上广泛应用于要求更大容量的主存储器。 静态存储器读写速度快,生产成本高,通常多实现容量小的高速缓存存储器。 两者的不同点主要是在由7.9设定修正用2732ROM芯片和61

4、16RAM芯片构成的16位字长的1个8K字ROM区域(前)和4k字RAM区域(后)的主存储器系统中,直接支持每个字和每个字节都能够读写与字和字节相对应,只要输入一张真值表,就可输入为每个字读取的片段选择部(例如,2行/CS1、/CS0),追加1位区分字和字节的信号(W/B ),并输出(/CE3、/CE2、/CE1的监视器(mos ) 不然就没必要了。为什么7.10动态内存会产生破坏性读取? 什么样的读取操作不会破坏静态存储器中存储的信息?什么是动态内存回写(预充电延迟)? 对存储性能的影响是什么? a :在动态存储器的读出动作的过程中,若字线的高电平到来,则t管导通,在电容中蓄积电荷(蓄积1信

5、号),若电容放电,则数据线的电位从高电平降低,在电容中蓄积的电荷(蓄积1信号)丢失,这是通常的破坏性读出为了保持电容器的原来的存储内容,需要在读出动作之后紧跟随写入动作,这被称为预充电延迟。 在预充电延迟完成之前,不能开始下一个读取动作。 动态内存的读写周期显然比其数据前置时间长得多,内存的动作速度也降低了。 静态存储器在触发器的行中进行数据的存储和读写,通过调查在哪个位行中出现负的脉冲来判断状态,即,不需要区别读出的信号是1还是0来改变存储器的脉冲波形a :存储器的读写动作读写指令、读出的数据或写入的数据,必须在它们之间配合时机,满足以下条件:如果有稳定的地址和芯片选择信号,则不能读出的稳定

6、的地址和写入的数据,则保证没有错误的写入此外,这些信号必须持续一段时间,以便成功完成读/写操作。 7.13如果使用的主存储器芯片确定了,那么大幅度提高主存储器系统的读写速度的方法是什么?a :如果使用的主存储器芯片确定了,那么大幅度提高主存储器系统的读写速度的方法是提高数据总线上的数据输入输出能力的技术即,在通过地址总线传输一次地址时,可以在数据总线上连续传输多个(一组)数据,如通常的总线工作方式那样,每次传输数据时,必须先传输2个时间,即地址(地址时间),然后再在数据总线上连续传输多个(一组)数据在组传输方案中,可以使用N 1个总线时钟周期而不是2N个总线时钟周期来传输n个数据,从而使总线上

7、的数据输入/输出峰值加倍。 7.14主记忆一体多字和多体交叉方案的优缺点分别表现在哪里?下位地址的多体交叉是什么意思? 优点是什么? 主存储器一体化的多字的优点:通过扩大主存储单元的宽度,增加每个主存储单元中包含的数据位数,使每个主存储单元同时读出多个主存储字,读出一个主存储字的平均读出时间为原来的数分钟缺点在于,一次读出的一些主存储器字首先必须存储在一个位的足够长的存储器中,并且等待通过数据总线分几次传送。 多体交叉地址的优点:通过可以独立读写主存储器、字长分割为1个主存储器字的体、可以根据读写的需要对每个存储器体执行读写的合理的组织方法,使多个存储体联合,1 低地址的多存储体交叉点将地址的

8、几个主存储字顺序分配给不同的存储体。 程序运行的局部特征提示,在程序运行中,短时间内读写地址相邻的主记忆词的概率较高。 在该寻址方式中,地址寄存器被传送到主存储器的地址的低位,用于区别读写哪个存储体,其合法的高位被传送到各存储体,用于区别各存储体的哪个存储体字。7.17简要说明硬盘机的构成,说明磁盘片上的信息的组织方法和理论上可存储的信息总量的修正公式,说明为什么格式化的空馀容量远小于所存储的总信息位。 a :硬盘驱动器的一般构成:主轴及其驱动系统、磁头及其定位系统、数据读写等控制逻辑部分。 盘片上的信息组织方式:在同一盘记录面上,在多个同心圆上写入信息,每个同心圆是一个轨道,不同的轨道用轨道

9、编号表示。 轨道间的距离是轨道密度,与磁头选择轨道的定位精度直接相关。 对于固定大小的磁盘,磁道密度与磁盘的总存储容量成正比。 对于多个结构的盘组,将不同记录面上的相同轨道称为一个柱面。 在同一轨道上,信息被组织成称为扇区的固定大小的段。 即,将一个圆周等分割为多个部分,各部分构成一个扇区,各扇区的一个轨道存储规定数量的二进制信息。 扇区中的一条磁道通常是磁盘读取/写入的最小信息单元。 不同扇区用扇区号表示。 在一条轨道上,有很多区域用于标记轨道的开始、结束、扇区位置、轨道编号等,而且还有冗馀的信息用于存储数据检查和纠错过程,所以可能有必要的空隙部分。 对于一个磁盘片,在使用前进行格式化操作。

10、 即,针对每个轨道完成区域分割,写入各种标记信息,产生表示磁记录画面的使用状况的信息位图等。 因此,磁盘上的可用存储容量意味着在磁盘完成格式化操作后,用户实际可用的存储容量将大大小于总存储信息量。 理论上可用的存储信息总量=磁道数*扇区数*每个扇区的写入仍保留在用户实际可用的存储空间中。 为什么采用7.25磁盘阵列技术?什么是逻辑磁盘和物理磁盘? 作为一个逻辑磁盘使用的多个物理磁盘在旋转速度和使用扇区等方面是否需要严格同步? 为什么? 答:使用集成管理的多个磁盘组成的磁盘阵列的关注点是通过并行操作多个磁盘设备来提高整个设备的性能和可靠性。 假定一个盘具有xMB的容量,并且提供了每单位时间的y传

11、输能力,则概念上,n个这种盘具有n*xMB的容量,n*yMB的传输能力读取yMB的数据,其平均时间是原始盘所需时间的1/n; 另一个优点是通过在多个磁盘之间合理地组织数据,实现理想的容错。 这是为了保存检错纠错信息,增加一定的存储容量。 从总体价格来看,使用多个磁盘不会给用户带来很大的经济负担。 实际使用的多个磁盘是物理磁盘。 为什么采用7.25磁盘阵列技术?什么是逻辑磁盘和物理磁盘? 作为一个逻辑磁盘使用的多个物理磁盘在旋转速度和使用扇区等方面是否需要严格同步? 为什么? 为了统一管理盘阵列,一种接口卡(RAID阵列),其把构成阵列的多个物理盘连接到一个逻辑上即逻辑盘,以致用户看起来像单个性

12、能盘而不是多个物理盘用作单个逻辑盘的多个物理盘在诸如旋转速度或所使用的扇区之类的方面不需要严格同步。 阵列磁盘的运行有两项关键技术: 一种是同时执行命令请求和队列管理,以便能够同时处理多个命令。处理命令时,如果能够进行一些性能优化,而不是按命令到达的顺序进行机械处理,则数据读取和写入的速度最简单的示例是,在盘自身的控制器部分处理的两个命令相对于正在等待操作的命令,其前面到达哪个命令的数据扇区,并且应该首先执行哪些命令。另一种技术可以提高总线的使用效率和系统性能,在占用总线的盘开始执行读取指令,数据还没有准备好的情况下,正在赶总线的盘可能被总线夺走,这样只要该盘能够准备好数据,就尽可能地提高总线

13、的使用效率和系统性能这是将实质上占用总线的时间压缩为尽可能短的处理技术。 7.28适用于阵列磁盘的接口卡的类型是什么?该卡大体上有哪些部件? 阵列磁盘的RAID1、RAID1、RAID4和RAID5指的是哪种容错类型? 并且,RAID4模式是将另一个专用盘分配给存储n个数据的盘来存储奇偶校验信息,并以数据分散为基础,但是在将文件数据分割成多个数据盘的同时又为这些数据中相应的几个求出奇偶校验值,最终缺点是,由于奇数磁盘的限制,数据磁盘不支持同时写入。 RAID5模式是对RAID4的改进。 不再区分存储n个数据的盘和另一个专用奇偶校验盘,该盘被用来平分N 1个盘并存储数据和奇偶校验信息,在相同的物

14、理盘中,数据和奇偶校验信息以不同扇区的形式表现,这被称作分布式数据保护。 它还提供了容错功能,可以同时对多个磁盘进行写入。 7.28适用于阵列磁盘的接口卡的类型是什么?该卡大体上有哪些部件? 阵列磁盘的RAID1、RAID1、RAID4和RAID5指的是哪种容错类型? 答:阵列磁盘应用RAID阵列控制卡。 此卡的一端插入高速SCSI总线或PCI总线的插槽中,以便连接到计算机主机。 另一端有13个连接插头,通过电缆连接到13组磁盘设备,每组可以有17个串行连接的物理磁盘。 该卡是具有较强的智能处理能力的接口卡,是在上面有单片计算机、形成奇偶校验信息的机构,是分析和处理从主机CPU发送来的读写盘指

15、令的机构。 包括作为缓冲区的DRAM内存等几个构成要素。 系统可以通过此卡对连接到卡上的多个磁盘,并且可以根据用户的使用要求灵活地配置不同的使用方法和容错方法。 所谓RAID0模式,是将一个文件的数据分割为相同容量的块,并将各个块交替写入不同的物理盘的几个扇区的处理称为数据分散。 提高了数据输入输出的吞吐量,但没有弹性。 RAID1模式是实现两个磁盘的相互备份的一种使用方法,即将相同的数据分别写入这样配对使用的两个磁盘,这称为磁盘镜像。 最大的优点是,数据同时存储在两个磁盘上,当一个磁盘出现故障时,可以从另一个磁盘读取数据。 不足的是,磁盘总存储容量的可用利用率只有50%。 说明影响7.33缓

16、存命中率的因素,并简要说明以下影响: a :影响cache命中率的因素有以下几点:1.cache的容量:更大的cache容量有助于提高命中率,但是在容量达到一定大小后,增加该容量对命中率的提高不明显。 2. cache line size (与存储器交换信息的单位量) :如果cache命中,则可以在等待0的状态下快速向CPU提供命令和数据,但是如果不命中,则CPU必须去主存储器取信息,并且增加了某些等待状态。 因此,为了减少对存储器的访问次数,每当在存储器中取得信息时,能够不以一个字为单位,而是在主存储器和高速缓冲存储器之间以几个字来实现信息传递。 如果Cache line size过大,则此

17、次分发完成的进度会变慢,cache的大量信息未被CPU使用,可能会耗费时间。3 .多级高速缓存结构:除了现有的高速缓存存储系统之外,还添加更大容量的高速缓存。 此时,第一级缓存所保存的信息第二级缓存也被保存,在CPU无法访问第一级缓存的情况下,CPU访问第二级缓存。 如果两个缓存的命中率为90%,两个缓存的合并命中率为99%,则无法添加第三级缓存。 4 .不同影像方式:全连影像方式不实用,直接影像方式的命中率稍低,多路径组连影像方式的性能/价格比好。 说明7.37段表的构成和逻辑段地址到内存物理地址的转换。 a :段表也是特定的段,通常存储在主存储器中。 段表由多个条目(表条目)组成,每个表条目由三个部分组成:段起始地址、段长度和段加载位。 将段起始地

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