• 2.1.1 计算机系统的组成、体系结构分类及特性 ·CPU、存储器的组成、性能和基本工作原理


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    中央处理器
    运算器组成:

    算术逻辑单元(ALU) 

    通用寄存器组(R1 ~Rn)

    多路选择器(Mn)

    标志寄存器(FR)

    控制器组成:

    时标发生器(TGU)

    主脉冲振荡器(MF)

    地址形成器(AGU)

    程序计数器(PC)

    指令寄存器(IR)

    指令译码器(ID)

    总线:

    数据总线(DBUS)

    地址总线(ABUS)

    控制总线(CBUS)

    CPU运行原理图:

    CPU主要性能指标:

    主频:CPU内部工作的时钟频率,是CPU运算时工作频率

    外频:主板上提供一个基准节拍供各部件使用,主板提供的节拍成为外频

    信频:CPU作频率以外频的若干倍工作,CPU主频是外频的倍数成为CPU的信频,这CPU工作频率=信频*外频

    基本字长:CPU一次处理的二进制数的位数

    地址总线宽度:地址总线宽度(地址总线的位数)决定了CPU可以访问的存储器的容量,不同型号的CPU总线宽度不同,因而使用的内存的最大容量也不一样

    数据总线宽度:数据总线宽度决定了CPU与内存输入∕输出设备之间一次数据传输的信息量

    存储器
    定义:  计算机存储是存放数据和程序的设备

    分类:

    主存储器:  也称内存,存储直接与CPU交换信息,由半导体存储器组成

    辅助存储器:  也称外存,存放当前不立即使用的信息,它与主存储器批量交换信息,由磁带机,磁带盘及光盘组成

    存储层次:

    内存与外存的比较

      主存                辅存              

    类型    ROM    RAM         软盘      硬盘     光盘  

    造价    高        高         低++    低     低+

    速度    快      快         慢++    慢       慢+

    容量     小+      小          —     —      —

    断电     有      无          有     有     有

    主存:

    功能:

    主存储器是能由CPU直接编写程序访问的存储器,它存放需要执行的程序与需要处理的数据,只能临时存放数据,不能长久保存数据

    组成:

    存储体(MPS):  由存储单元组成(每个单元包含若干个储存元件,每个元件可存一位二进制数)且每个单元有一个编号,称为存储单元地址(地址),通常一个存储单元由8个存储元件组成

    地址寄存器(MAR):  由若干个触发器组成,用来存放访问寄存器的地址,且地址寄存器长度与寄存器容量相匹配(即容量为1K,长度无2^10=1K)

    地址译码器和驱动器

    数据寄存器(MDR):  数据寄存器由若干个触发器组成,用来存放存储单元中读出的数据,或暂时存放从数据总线来的即将写入存储单元的数据【数据存储器的宽度(w)应与存储单元长度相匹配】

    主要技术指标:

    存储容量:  一般指存储体所包含的存储单元数量(N)

    存取时间(TA):  指存储器从接受命令到读出∕写入数据并稳定在数据寄存器(MDP)输出端

    存储周期(TMC):  两次独立的存取操作之间所需的最短时间,通常TMC比TA长

    存取速率:  单位时间内主存与外部(如CPU)之间交换信息的总位数

    可靠性:  用平均故障间隔时间MTBF来描述,即两次故障之间的平均时间间隔

    高速缓冲存储器:

    定义:  高速缓冲存储器是由存取速率较快的电路组成小容量存储单元,即在内存的基础上,再增加一层称为高速缓冲存储器

    特点:  比主存快5 ~10倍

    虚拟存储器:  它是建立在主存-辅存物理结构基础之上,由附加硬件装置及操作系统存储管理软件组成的一种存储体系,它将主存与辅存的地址空间统一编址,形成一个庞大的存储空间,因为实“际上CPU只能执行调入主存的程序,所以这样的存储体系成为“虚拟存储器”

    ROM与RAM

    RAM(随机存储器)

    可读出,也可写入,随机存取,意味着存取任一单元所需的时间相同,当断电后,存储内容立即消失,称为易失性

    ROM(只读存储器)

    定义:  ROM一旦有了信息,不易改变,结构简单,所以密度比可读写存储器高,具有易失性

    分类:

    固定掩模型ROM(不能再修改)

    PROM可编程之读存储器(由用户写入,但只允许编程一次)

    EPROM可擦除可编程只读存储器(可用紫外线照射擦除里面内容)

    E2PROM电擦除可编程只读存储器(由电便可擦除里面内容)
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