(全网最全)微型计算机原理与接口技术第六版课后习题答案-周荷琴，冯焕清-第5章存储器-中国科学技术大学出版社
含有“AI:”开头的题目的答案是问chat的，看个乐就行，不一定正确
第五章
1。计算机的内存由哪两类存储器组成？请说明它们各自的主要特点。
解：
计算机的内存由两类存储器组成，分别是随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。它们各自的主要特点如下：
- RAM是一种可读写的存储器，它可以随机地访问其中的任何字节。RAM的速度很快，但是它是易失性的，也就是说，一旦断电，其中的数据就会丢失。RAM主要用于存放当前运行的程序和数据，以及操作系统的部分内容。RAM有不同的类型，如SRAM、DRAM、SDRAM、DDR RAM等，它们的性能和价格也有所不同。
- ROM是一种只能读取不能写入的存储器，它可以永久地保存其中的数据，即使断电也不会丢失。ROM一般用于存放计算机的基本程序和数据，如BIOS ROM。ROM也有不同的类型，如PROM、EPROM、EEPROM等，它们的可编程性和可擦除性也有所不同。
2。计算机外存的主要特点和用途是什么？试举出3种外存的名称，简单说明它们是怎 样存储数据的，并比较它们的特点。
见书本P160~162，5.1.2外部存储器
3. 试从功耗、容量、价格优势、使用是否方便等几个方面，比较静态 RAM 和 动态 RAM 的优缺点，并说明这两类存储器芯片的典型应用
解：
静态RAM和动态RAM的优缺点和用途如下：
- 功耗方面：静态RAM的功耗较高，因为它需要不断地维持触发器的状态，而动态RAM的功耗较低，因为它只需要周期性地刷新电容 。
- 容量方面：静态RAM的容量较小，因为它的存储单元占用的空间较大，而动态RAM的容量较大，因为它的存储单元占用的空间较小 。
- 价格方面：静态RAM的价格较高，因为它的制造成本较高，而动态RAM的价格较低，因为它的制造成本较低 。
- 使用方便性方面：静态RAM的使用较方便，因为它不需要刷新电路，而动态RAM的使用较复杂，因为它需要刷新电路 。
- 典型用途方面：静态RAM主要用于高速缓存（Cache），以提高CPU和内存之间的数据交换速度，而动态RAM主要用于主存（Main Memory），以提供大量的程序和数据存储空间 。
4。动态RAM为什么要进行刷新？刷新过程和读操作过程的根本区别是什么？
解：
①为什么要进行刷新：
动态RAM即DRAM 由单管动态存储电路构成，其存储单元电路是通过电容存储电荷来保存信息的（如果电容上有电荷则该位为“1”)。由于电容总是存在电荷泄漏现象，所以保存在电容上的信息在经过一段时间后会随电容放电而丢失。防止信息丢失的惟一方法就是必须定时为电容补充电荷，即定时进行DRAM的动态刷新。
②区别
刷新过程是由刷新逻辑电路定时完成的，且每次对所有模块的一行同时刷新，数据不输出，数据总线处于高阻状态。
读过程是随机的，每次选中一个存储单元（8位），且数据输出到数据总线上。
另一种说法：
刷新过程和读操作过程的根本区别是：
- 刷新过程是对所有存储单元按行进行的，不需要列选信号，也不需要在总线上输入或输出数据。刷新过程只是将原信息读出，再由刷新放大器形成原信息重新写入的再生成的过程。
- 读操作过程是对某一部分存储单元按地址进行的，需要行选信号和列选信号，以及在总线上输出数据。读操作过程是将存储单元中的信息读出，并送到输出缓冲器的过程。
5。PROM、EPROM、EEPROM 存储器的共同点是什么?它们在功能上的主要不同之处在 哪里?试举例说明它们各自的用途
解：
(１）共同特点:
只读存储器，只能读出,在系统运行过程中不能写入。具有非易失性，写入或擦除一般需用特殊方法。
（2）功能上的不同：
一次可编程的PRＯM:用户可根据需要修改存储器中的某些存储单元,只能一次性修改，不能二次编程，成本高,可靠性差,使用具有一定的局限性。用户可部分写入。
紫外线可擦除可编程EPROM：显著优点是可多次编程，但不能在线编程，不容易修改局部内容。需要紫外线擦出。一般用于产品开发，或用于小批量生产。
电可擦除可编程ＥEPＲOＭ：可改写任一部分内容，擦写1０00０次，甚至百万次，数据保存10年。可在电路板上在线编程。一般用于产品开发,或用于小批量生产。性能和次数比EPROM好。EEPROM擦写速度较慢,不能做大容量内存。
（3）用途
一次可编程的ＰROＭ:用于大批量生产的各种需要存储器的电子设备。
紫外线可擦除可编程ＥＰＲOＭ：一般用于产品开发,或用于小批量生产。广泛用于微机化仪器设计,可用编程器写入调试好的程序和数据，并能长期保存。一般用于产品开发，或用于小批量生产。主要用于程序存储器，容量不大。
电可擦除可编程EEPＲOＭ:用来存放仪器或接口卡的硬件设置数据或构成防止软件非法拷贝的“硬件锁”。擦写速度较慢，容量不大,不能做大容量内存。如计算机主板上的BIOS RＯM。
6。EEPROM的每个存储单元都可以像SRAM那样读出和写入，那么EEPROM能否 用来代替计算机系统中的SRAM?为什么?
AI解：
EEPROM不能用来代替计算机系统中的SRAM，因为它们有以下几个方面的不同：
- 速度方面：EEPROM的读写速度比SRAM慢得多，因为EEPROM需要特殊的电压和时间来进行擦除和编程，而SRAM只需要简单的电平变化就可以读写 。如果用EEPROM代替SRAM，会降低计算机的运行效率。
- 寿命方面：EEPROM的擦写次数有限，一般在10万次左右，而SRAM的擦写次数几乎无限 。如果用EEPROM代替SRAM，会加速EEPROM的损耗和失效。
- 成本方面：EEPROM的制造成本比SRAM高得多，因为EEPROM需要更复杂的工艺和结构，而SRAM相对简单 。如果用EEPROM代替SRAM，会增加计算机的成本。
综上所述，EEPROM不能用来代替计算机系统中的SRAM，因为它们有不同的性能和用途。
7。在选择存储器时首先应考虑的技术指标是什么？此外还应考虑哪些主要因素？
AI解：
在选择存储器时，首先应考虑的技术指标是存储器的位容量，即它可以存储多少位的信息。位容量反映了存储器的大小和能力，它决定了存储器可以存放多少程序和数据。位容量用字数或字节数来表示，如64K字，512KB，10MB等。
此外，还应考虑以下主要因素：
- 易失性：指存储器是否能够在断电后保持其中的数据不丢失。易失性的存储器需要外部电源来维持数据的稳定性，如RAM，而非易失性的存储器则不需要，如ROM。
- 只读性：指存储器是否只能读取不能写入。只读存储器一般用于存放固定的程序和数据，如BIOS ROM，而可读写存储器则可以根据需要进行数据的更新和修改，如RAM。
- 速度：指存储器的读写速率和响应时间。速度越快，存储器的性能越好，但也越贵。速度受到存储单元的结构、电路设计、工艺制造等因素的影响 。
- 功耗：指存储器在工作时消耗的电能。功耗越低，存储器的效率越高，但也可能牺牲一些速度或容量。功耗受到工作电压、工作频率、电路设计等因素的影响 。
- 可靠性：指存储器在正常工作条件下保持数据完整性和正确性的能力。可靠性越高，存储器的故障率越低，但也可能增加一些成本或复杂度。可靠性受到工艺质量、环境温度、干扰源等因素的影响 。
- 价格：指存储器的生产成本和市场价格。价格越低，存储器的经济性越高，但也可能降低一些性能或品质。价格受到供求关系、竞争程度、技术水平等因素的影响 。
8。试说出闪存的3项技术特点，并举出至少5个采用闪存的计算机设备或电子产品的 名称。
解：
（1）具有非易失性，能不加电而长期保存信息，抗干扰能力强；能在线进行快速电擦除，类似于EEPROM；编程速度可达10ns/byte，比EPROM和EEPROM快；价格已低于DRAM，容量则接近于DRAM。性能好、功耗低、体积小、重量轻。
（2）取代EPROM和EEPROM，固化BIOS，并用在打印机、条码阅读器、各种仪器和外设中。
（3）制作U盘、固态硬盘。
各类小型存储介质：CF卡（紧凑式闪存）、SM卡（固态软盘卡）、SD卡（安全数码卡）、MMC卡（多媒体卡）、MS卡（记忆棒）、XD卡（尖端数字图像卡）等。
9。请验证用8倍速刻录DVD-5规格的光盘需要大约8分钟时间。（参考5.1.2节。）
解：
- 首先，DVD-5规格的光盘是一种单面单层的DVD光盘，其容量为4.7GB。DVD刻录机的单倍速刻录速度为1350KB/s，因此8倍速刻录的数据传输率为10800KB/s。
- 根据时间=容量/速度，1350×8=10800，得到用8倍速刻录DVD-5规格的光盘所需的时间为4.7GB/10800KB/s=447.22s，约等于7.45分钟。如果考虑到刻录过程中可能出现的误差或延迟，那么用8分钟来估计所需时间是合理的。
- 因此，可以验证用8倍速刻录DVD-5规格的光盘需要大约8分钟时间的说法是正确的。
10。64位的DDR266内存条的工作频率和数据传输速率各是多少？为什么DDR266又 被称为PC2100内存条？（试用公式（5.1）来估计其理论带宽。）
解：
- 64位的DDR266内存条的工作频率是133MHz，数据传输速率是2.1GB/s 。工作频率是指内存单元的刷新频率，数据传输速率是指每秒钟能够传输的数据量。
- DDR266又被称为PC2100内存条，是因为它的数据传输速率约等于2100MB/s 。这是一种以数据传输量来命名内存的方式，它反映了内存的带宽。DDR266是一种双倍数据传输技术，它可以在一个时钟周期内传输两次数据，在时钟的上升期和下降期各传输一次数据。因此，它的数据传输速率是工作频率的两倍乘以总线位宽除以8。即：2.1GB/s=133MHz×2×64bit/8。
11。试对表5.2中的所有DDR3内存条的带宽进行验证。
解：
- 首先，DDR3内存条的数据传输速率是指每秒钟能够传输的数据量，它等于时钟频率乘以倍增系数乘以总线位宽除以8。DDR3内存条的带宽是指数据总线上能够传输的最大数据量，它等于数据传输速率乘以8。DDR3内存条的倍增系数是8，因为它一次预读8bit的数据，并在时钟上升和下降沿各传输一次数据。DDR3内存条的总线位宽是64bit，因为它使用64根数据线来传输数据。
- 其次，将表5.2中的时钟频率和数据速率转换成相同的单位。由于时钟频率和数据速率都是以赫兹（Hz）为单位，但是时钟频率通常用兆赫兹（MHz）表示，而数据速率通常用兆赫兹×位（MHz×b）表示，所以我需要将时钟频率乘以1000000，将数据速率除以8，得到相同的单位为赫兹（Hz）。例如，DDR3-800的时钟频率为100MHz×1000000=100000000Hz，数据速率为100MHz×8b/8=100000000Hz。
- 最后，将表5.2中的带宽转换成相同的单位。由于带宽通常用字节（B）为单位，但是表5.2中用千兆字节（GB）表示，所以需要将带宽乘以1000000000，得到相同的单位为字节（B）。例如，DDR3-800的带宽为6.4GB×1000000000=6400000000B。
根据以上步骤，将表5.2中的所有DDR3内存条的参数转换成相同的单位，并用公式验证它们是否正确。
- DDR3-800：时钟频率=100000000Hz，数据速率=100000000Hz×8×64/8=6400000000Hz，带宽=6400000000Hz×8=51200000000B。验证：51200000000B=6400000000B×8，正确。
- DDR3-1600：时钟频率=200000000Hz，数据速率=200000000Hz×8×64/8=12800000000Hz，带宽=12800000000Hz×8=102400000000B。验证：102400000000B=12800000000B×8，正确。
- DDR3-2133：时钟频率=266666666.67Hz（约等于266MHz），数据速率=266666666.67Hz×8×64/8=17066666666.67Hz（约等于17GB/s），带宽=17066666666.67Hz×8=136533333333.33B（约等于136GB/s）。验证：136533333333.33B=17066666666.67B×8，正确。
综上所述，可以验证表5.2中的所有DDR3内存条的带宽都是正确的。
12. 什么是 Cache?它处在计算机的什么位置上?其作用是什么?
答案一：
(1) Cache: 高速缓存存储器。
(2) Cache 位于计算机的 CPU 和 DRAM 之间。
(3) 在慢速 DRAM 和快速 CPU 之间设置一个容量较小的高速缓冲存储器（Cache），可以不明显增加成本而提高 CPU 存取数据的速度。这样可以解决计算机存储器系统的容量、存取速度及单位成本之间的矛盾。为了实现这一目的，可以采用 Cache-主存存储结构，即在主存和 CPU 之间设置高速缓冲存储器 Cache，把正在执行的指令代码单元附近的一部分指令代码或数据从主存装入 Cache 中，供 CPU 在一段时间内使用。在一定容量 Cache 的条件下，可以做到使 CPU 大部分取指令代码及进行数据读写的操作都只要通过访问 Cache，而不是访问主存而实现。
答案二：
Cache是一种高速缓冲存储器，它位于CPU和内存之间，或者内存和磁盘之间，其作用是解决系统中数据读写速度不匹配的问题 。
Cache的原理是利用程序对数据的访问具有时间局部性和空间局部性的特点，即在一段时间内，程序会重复访问某些数据或指令，或者访问与当前数据或指令相邻的数据或指令。因此，Cache可以将这些数据或指令从慢速的存储器中复制到快速的Cache中，以供CPU快速访问。当CPU需要访问某个数据或指令时，Cache会先检查是否已经存在于Cache中，如果存在，则直接从Cache中读取，这称为Cache命中；如果不存在，则从慢速的存储器中读取，并将其复制到Cache中，这称为Cache未命中。通过提高Cache命中率，可以减少CPU等待数据或指令的时间，从而提高系统的性能和效率 。
不同的系统中可能有不同层次和类型的Cache，例如，在现代计算机中，CPU通常有两级或三级的Cache，分别称为L1 Cache、L2 Cache和L3 Cache。L1 Cache是最小且最快的Cache，通常分为指令Cache和数据Cache，分别用于存放指令和数据；L2 Cache是次级的Cache，通常比L1 Cache大一些，但也慢一些；L3 Cache是最高级的Cache，通常比L2 Cache大得多，但也慢得多。这些Cache之间形成了一个层次结构，当CPU访问数据或指令时，会先从L1 Cache开始查找，如果找不到，则继续查找L2 Cache，如果还找不到，则继续查找L3 Cache，如果还找不到，则最后查找内存。这样，CPU可以尽可能地从最近最快的Cache中获取所需的数据或指令 。
除了CPU和内存之间的Cache外，在内存和磁盘之间也有一种Cache，称为磁盘缓存（Disk Cache）。磁盘缓存是一种利用内存作为缓冲区来加速磁盘读写操作的技术。当操作系统需要从磁盘读取数据时，会先检查磁盘缓存是否已经存在该数据，如果存在，则直接从磁盘缓存中读取；如果不存在，则从磁盘中读取，并将其复制到磁盘缓存中。同样地，当操作系统需要向磁盘写入数据时，会先将数据写入磁盘缓存中，并标记为脏数据（Dirty Data），然后在适当的时机将脏数据写入磁盘中。这样，可以减少对磁盘的实际读写次数和时间，从而提高磁盘的性能和寿命 。
（↑↑↑尽管不是CPU的知识，还我还是想添加点硬盘的知识进去）
13。Cache是根据什么原理来设计的？请对该原理做简单的叙述。
解：
Cache是根据局部性原理来设计的。局部性原理指的是程序在运行过程中，对数据或指令的访问具有时间局限性和空间局限性 。
- 时间局限性是指程序在一段时间内，会重复访问某些数据或指令，这些数据或指令具有较高的时效性 。
- 空间局限性是指程序在访问某个数据或指令时，往往会接着访问与之相邻或相关的数据或指令，这些数据或指令具有较高的空间相关性 。
Cache利用局部性原理，将程序经常访问的数据或指令从慢速的主存中复制到快速的Cache中，以供CPU快速访问。当CPU需要访问某个数据或指令时，Cache会先检查是否已经存在于Cache中，如果存在，则直接从Cache中读取，这称为Cache命中；如果不存在，则从主存中读取，并将其复制到Cache中，这称为Cache未命中。通过提高Cache命中率，可以减少CPU等待数据或指令的时间，从而提高系统的性能和效率 。
14。为什么要保持Cache内容与主存内容的一致性？一般采用哪些方法来保持Cache 和主存中内容的一致性？（参考5.5.4节中Cache的更新策略。)
解：
由于Cache的内容只是主存部分内容的拷贝，故应当与主存内容保持一致。数据不一致问题通常是由于更新了Cache的数据而没有更新与其关联的存储器的数据，或更新了存储器数据却没有更新Cache的内容所引起的。
为了保持Cache与主存储器内容的一致性，有两种写入策略：
（1）写通法
在此方法中，当CPU写入数据到Cache中后，Cache就立即将其写入主存中，使主存 始终保持Cache中的最新内容。此方法简单，更新内容不会丢失，但每次对Cache的修改同时要写入主存储器，总线操作频繁，影响系统性能。
（2）写回法
此方法中，Cache的作用好像缓冲区一样，当CPU写入数据到Cache中后，Cache并不立即将其回写到主存中，而是等到系统总线空闲时，才将Cache中的内容回写到主存中，此方法使得CPU可以持续运行而不必等待主存的更新，性能比写通法要提高很多，但其Cache控制器复杂，价格高。
15。在一个有20位地址线的系统中，采用2K×4位的SRAM芯片构成容量为8KB的 8位存储器，要求采用全译码方式，请画出该存储器系统的示意图，并回答：共需要_____块RAM芯片，必须将地址线_____～_____直接连到每个存储器芯片上，并用地址线_____～_____作为地址译码器的输入，需要译码器产生_____个片选信号。（参考图5.19和图5.21。）
解：
需要8块芯片，两片1组，共4组
存储器地址：0000H-1FFFH
第1组地址范围：0000H-7FFH
第2组地址范围：800H-0FFFH，
第3组地址范围：1000H-17FFH
第4组地址范围：1800H-1FFFH
A0-A10为片内地址，A11、A12做为片选信号
填空答案如下：
8
0~10
12~13
4
16。
搜不到
17。
搜不到
18.用8K×8的RAM存储器芯片，构成32K×8的存储器，存储器的起始地址为18000H，要求各存储器芯片的地址连续，用74LS138作译码器，系统中只用到了地址总线A18~A0，采用部分译码法设计译码器电路。试画出硬件连线图，并列表说明每块芯片的地 址范围。（参考例5.7。）
解：（下面答案不确定对不对）
根据分析将A15、A14、A13接到74LS138的输入端C、B、A，保证A19=A18=A17=0，A16=1，M/IO=1。接线如下图所示
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