第12章
存储系统

经过对近几年考试试题的分析发现。存储系统是一个常考的知识点，但所占的比例不是很大，一般在1～3分。根据考试大纲，本章要求考生掌握以下知识点：

·存储介质（半导体存储器、磁存储器、光存储器）；

·存储系统；

·主存与辅存；

·主存类型、主存容量和性能；

·主存配置（主存奇偶校验、交叉存取、多级主存、主存保护系统）；

·高速缓存；

·辅存设备的性能和容量计算。

下面通过具体的考试真题来学习和加强对本章知识点的掌握。

例题1（2007年11月试题4）

若内存地址区间为4000H～43FFH，每个存储单元可存储16位二进制数，该内存区域由4片存储器芯片构成，则构成该内存所用的存储器芯片的容量是　（4）　。

（4）A．512×16bit

B．256×8bit

C．256×16bit

D．1024×8bit

例题分析

本题主要考查存储容量的计算及其对应所需要的存储器芯片数。

内存从4000H到43FFH的内存有1024字节，由于每个存储单元可存储16位二进制数，内存区域由4片存储器芯片构成，因此每片的容量为1024/4×16bit＝256×16bit

例题答案

（4）C

例题2（2007年5月试题2）

在CPU与主存之间设置高速缓冲存储器Cache，其目的是为了　（2）　。

（2）A．扩大主存的存储容量

B．提高CPU对主存访问效率

C．既扩大主存容量又提高存取速度

D．提高外存储器的存取速度

例题分析

首先，设置Cache并不能从实质上扩大主存容量，它位于CPU与主存间交换数据，对外存储器（硬盘）没多大影响。其主要目的是为了提高CPU对主存的访问效率。

例题答案

（2）B

例题3（2008年5月试题3）

内存按字节编址，地址从90000（H）到CFFFF（H），若用存储容量为16K×8bit的存储器芯片构成该内存，至少需要　（3）　片。

（3）A．2

B．4

C．8

D．16

例题分析

本题考查的是关于内存储器容量的计算与存储器规格设计。内存按字节编址，地址从90000（H）到CFFFF（H），H为十六进制标识符，可以通过内存容量的计算公式：内存容量＝终址地址－起始地址＋1，所以：

已知存储芯片的规格为：16K×8bit，每块芯片的位宽为8bit，则该芯片单块的容量为16KB，需要该规格的芯片数量为：256KB/16KB＝16（片）

例题答案

（3）D

例题4（2008年11月试题5）

Cache用于存放主存数据的部分备份，主存单元地址与Cache单元地址之间的转换工作由　（5）　完成。

A．硬件

B．软件

C．用户

D．程序员

例题分析

本题考查主存与Cache之间的转换。

我们大家都知道，Cache为高速缓存，存储了频繁访问内存中的数据，因此它与Cache单元地址转换的工作需要稳定而且高速的硬件来完成。

例题答案

（5）A

例题5（2005年5月试题9）

在计算机系统中，构成虚拟存储器　（9）　。

（9）A．只需要一定的硬件资源便可实现

B．只需要一定的软件资源即可实现

C．既需要软件又需要硬件才可实现

D．既不需要软件也不需要硬件

例题分析

本题考查虚拟存储的构成。

虚拟存储器是操作系统自动实现存储信息的调度和管理，但需要有硬件资源的配合实现。

主存的特点是速率快但容量小，CPU可直接访问。外存的特点是容量大和速率慢，CPU不能直接访问。用户的程序和数据通常放在外存中。因此需要经常在主存与外存之间取来送去，用户的干预和调度很不方便。虚拟存储器便可用来解决这个矛盾，使用户感到他可以直接访问整个内／外存空间，而无须用户干预。因此容量很大、速率较快的外存储器（硬磁盘）成为虚拟存储器主要组成部分。

虚拟存储器中硬盘的数据与主存的数据的调度方法与高速缓存Cache的调度方法类似。即把经常访问的数据调入高速主存中保存，而不需要的数据用一定的替代算法再送回硬盘中。这些调入／调出的操作都是由虚拟存储器自动完成的。

综上所述，构成虚拟存储器既需要硬件也需要软件。

例题答案

（9）C

例题6（2005年5月试题17）

页式存储系统的逻辑地址是由页号和页内地址两部分组成的。假定页面的大小为4K，地址变换过程如图12-1所示，图12-1中逻辑地址用十进制数表示。

图12-1　页式存储逻辑图

图中有效地址经过变换后，十进制数的物理地址a应为　（17）　。

（17）A．33220

B．8644

C．4548

D．2500

例题分析

此题考查虚拟存储中的页式存储，题目已知页面大小为4K，因为4K＝2¹²，所以页内地址有12位。现在把逻辑地址8644转成二进制数得：10 0001 1100 0100，这里的低12位为页内偏移量，最高两位则为页号，所以逻辑地址8644的页号为：10为十进制数的2，所以物理块号为8，化为二进制数得：1000。把物理块号和页内偏移地址拼合得：1000 0001 1100 0100化为十进制数得：33220。所以正确答案是A。

例题答案

（17）A

例题7（2007年11月试题10）

页式虚拟存储系统的逻辑地址是由页号和页内地址两部分组成的，地址变换过程如图12-2所示。假定页面的大小为8K，图中所示的十进制逻辑地址9612经过地址变换后，形成的物理地址a应为十进制数　（10）　。

图12-2　页式存储逻辑图

（10）A．42380

B．25996

C．9612

D．8192

例题分析

本题考查虚拟存储器中的页式存储。与例题6基本一致，其计算过程可以参照例题6。其计算结果用十进制数表示为：25996。

例题答案

（10）B

例题8（2008年5月试题2）

内存采用段式存储管理有许多优点，但　（1）　不是其优点。

（1）A．分段是信息逻辑单位，用户不可见

B．各段程序的修改互不影响

C．地址变换速度快、内存碎片少

D．便于多道程序共享主存的某些段

例题分析

程序通过分段划分为多个模块，如代码段、数据段、共享段。这样做的优点是可以分别编写和编译源程序的一个文件，并且可以针对不同类型的段采取不同的保护，也可以按段为单位来进行共享。总的来说，段式存储管理的优点是：没有内碎片，外碎片可以通过内存紧缩来消除；便于实现内存共享。缺点与页式存储管理的缺点相同，进程必须全部装入内存。段是信息的逻辑单位，它含有一组其意义相对完整的信息。分段的目的是为了更好地满足用户的需要。分段的作业地址空间是二维的，程序员在标识一个地址时，既需给出段名，又需给出段内地址。如表12-1所示为对段式管理、页式管理和段页式管理的一个总结。

表12-1　各种管理方式统计表

例题答案

（1）C

例题9（2002年试题58～60）

假设一个有3个盘片的硬盘，共有4个记录面，转速为7200转／分，盘面有效记录区域的外直径为30cm，内直径为10cm，记录位密度为250bit/mm，磁道密度为8道／mm，每磁道分16个扇区，每扇区512字节，则该硬盘的非格式化容量和格式化容量约为　（58）　，数据传输速率约为　（59）　。若一个文件超出一个磁道容量，剩下的部分　（60）　。

（58）A．120MB和100MB

B．30MB和25MB（58）

C．60MB和50MB

D．22.5MB和25MB

（59）A．2356Kb/s

B．3534Kb/s（58）

C．7069Kb/s

D．1178Kb/s

（60）A．存于同一盘面的其他编号的磁道上

B．存于其他盘面的同一编号的磁道上

C．存于其他盘面的其他编号的磁道上

D．存放位置随机

例题分析

对于这类试题，考生要记住几个公式：

（1）总磁道数＝记录面数×磁道密度×（外直径－内直径）／2

（2）非格式化容量＝位密度×3.14×最内圈直径×总磁道数

（3）格式化容量＝每道扇区数×扇区容量×总磁道数

（4）平均数据传输速率＝最内圈直径×位密度×盘片转速

另外，做这类试题时，一定要注意单位的换算。根据题目给定条件，我们可计算如下。

总磁道数＝4×8×（30－10）／2×10＝3200，（因为直径是以厘米为单位，而道密度是以毫米为单位，所以需要乘以10）。

非格式化容量＝（250×3.14×10×10×3200）／8／1024／1024＝29.95MB（因为括号中求出的单位是位，而8位为1个字节，1MB＝1024KB）。

格式化容量＝（16×512×3200）／1024／1024＝25.07MB（因为括号中求出的单位是字节）。

平均数据传输速率＝（2×3.14×（100／2））×250×7200／60／8＝1178Kb/s（因为括号中求出的单位是字节）。

根据硬盘存放数据的规则，在向磁盘记录一个文件时，应将文件尽可能记录在同一柱面（不同记录面上的同号磁道构成一个柱面）上，当一个柱面记录不下时，再记录到相邻柱面上。因此，当一个文件超出一个磁道容量时，剩下的部分应存于其他盘面的同一编号的磁道上，即同一柱面的其他磁道上。

例题答案

（58）B

（59）D

（60）B

例题10（2009年5月试题1）

　（1）　是指按内容访问的存储器。

（1）A．虚拟存储器

B．相联存储器

C．高速缓存（Cache）

D．随机访问存储器

例题分析

本题考查计算机系统存储器方面的基础知识。

计算机系统的存储器按所处的位置可分为内存和外存。按构成存储器的材料，可分为磁存储器、半导体存储器和光存储器。按存储器的工作方式可分为读／写存储器和只读存储器。按访问方式可分为按地址访问的存储器和按内容访问的存储器。按寻址方式可分为随机存储器、顺序存储器和直接存储器。

相联存储器是一种按内容访问的存储器。

例题答案

（1）B

例题11（2009年5月试题41～42）

廉价磁盘冗余阵列RAID利用冗余技术实现高可靠性，其中RAID1的磁盘利用率为　（41）　。如果利用4个盘组成RAID3阵列，则磁盘利用率为　（42）　。

（41）A．25％

B．50％

C．75％

D．100％

（42）A．25％

B．50％

C．75％

D．100％

例题分析

本题考查廉价磁盘冗余阵列RALD的相关知识。

RAID分为0～7这8个不同的冗余级别，其中RAID0级无冗余校验功能：RAID1采用磁盘镜像功能，磁盘容量的利用率是50％；RAID3利用一台奇偶校验盘来完成容错功能。所以如果利用4个盘组成RAIDS阵列，可以有3个盘用于有效数据，磁盘容量的利用率为75％。

例题答案

（41）B

（42）C

例题12（2009年11月试题4）

以下关于Cache的叙述中，正确的是　（4）　。

（4）A．在容量确定情况下，替换算法的时间复杂度是影响Cache命中率的关键因素

B．Cache的设计思想是在合理成本下提高命中率

C．Cache的设计目标是容量尽可能与主存容量相等

D．CPU中的Cache容量应大于CPU之外的Cache容量

例题分析

本题考查高速缓存基础知识。

Cache是一个高速小容量的临时存储器，可以用高速的静态存储器（SRAM）芯片实现，可以集成到CPU芯片内部，或者设置在CPU与内存之间，用于存储CPU最经常访问的指令或者操作数据。Cache的出现是基于两种因素：首先是由于CPU的速度和性能提高很快而主存速度较低且价格高，其次是程序执行的局部性特点。因此，才将速度比较快而容量有限的SRAM构成Cache，目的在于尽可能发挥CPU的高速度。很显然，要尽可能发挥CPU的高速度，就必须用硬件实现其全部功能。

例题答案

（4）B

例题13（2009年11月试题38）

RAID技术中，磁盘容量利用率最高的是　（38）　。

（38）A．RAID0

B．RAID1

C．RAID3

D．RAID5

例题分析

RAID 0需要两个以上硬盘驱动器，每个磁盘划分为不同的区块，数据按区块A1、A2、A3、A4、…的顺序存储，数据访问采用交叉存取、并行传输的方式。将数据分布在不同驱动器上可以提高传输速度，平衡驱动器的负载。这种没有镜像盘，也没有差错控制措施，磁盘容量利用率在RAID技术中最高。

例题答案

（38）A

例题14（2009年11月试题64）

开放系统的数据存储有多种方式，属于网络化存储的是　（64）　。

（64）A．内置式存储和DAS

B．DAS和NAS

C．DAS和SAN

D．NAS和SAN

例题分析

基于Windows、Linux和UNIX等操作系统的服务器称为开放系统。开放系统的数据存储方式分为内置存储和外挂存储两种，而外挂存储又根据连接的方式分为直连式存储和网络化存储，目前应用的网络化存储方式有两种，即网络接入存储和存储区域网络。

开放系统的直连式存储（Direct-Attached Storage，DAS）如图12-3所示，即在服务器上外挂了一组大容量硬盘，存储设备与服务器主机之间采用SCSI通道连接，带宽为10MB/s、20MB/s、40MB/s和80MB/s等。DAS已经有近40年的使用历史，目前正在让位于日渐兴盛的网络化存储。

图12-3　直连式存储系统

网络接入存储（Network Attached Storage，NAS）是将存储设备连接到现有的网络上，来提供数据存储和文件访问服务的设备。NAS服务器是在专用主机上安装简化了的瘦操作系统的文件服务器。NAS服务器内置了与网络连接所需要的协议，可以直接连网，具有权限的用户都可以通过网络来访问NAS服务器中的文件。NAS服务器直接连接磁盘阵列，它具备磁盘阵列的所有特征：高容量、高效能、高可靠性。典型的NAS都连接到普通的以太网上，提供预先配置好的磁盘容量和存储管理软件，成为完备的网络存储解决方案。

存储区域网络（Storage Area Network，SAN）是一种连接存储设备和存储管理子系统的专用网络，专门提供数据存储和管理功能。SAN可以被看做是负责数据传输的后端网络。而前端网络（或称为数据网络）则负责正常的TCP/IP传输。也可以把SAN看做是通过互连方式连接的若干台存储服务器组成的单独的数据网络，提供企业级的数据存储服务。

例题答案

（64）D