A. 計算機組成原理 誰會啊
計算機系統由硬體系統和軟體系統兩大部分組成。美藉匈牙利科學家馮·諾依曼結構(John von Neumann)奠定了現代計算機的基本結構,其特點是:
1)使用單一的處理部件來完成計算、存儲以及通信的工作。
2)存儲單元是定長的線性組織。
3)存儲空間的單元是直接定址的。
4)使用低級機器語言,指令通過操作碼來完成簡單的操作。
5)對計算進行集中的順序控制。
6)計算機硬體系統由運算器、存儲器、控制器、輸入設備、輸出設備五大部件組成並規定了它們的基本功能。
7)彩二進制形式表示數據和指令。
8)在執行程序和處理數據時必須將程序和數據道德從外存儲器裝入主存儲器中,然後才能使計算機在工作時能夠自動調整地從存儲器中取出指令並加以執行。
這就是存儲程序概念的基本原理。
計算機指令
計算機根據人們預定的安排,自動地進行數據的快速計算和加工處理。人們預定的安排是通過一連串指令(操作者的命令)來表達的,這個指令序列就稱為程序。一個指令規定計算機執行一個基本操作。一個程序規定計算機完成一個完整的任務。一種計算機所能識別的一組不同指令的集合,管為該種計算機的指令集合或指令系統。在微機的指令系統中,主要使用了單地址和二地址指令。其中,第1個位元組是操作碼,規定計算機要執行的基本操作,第2個位元組是操作數。計算機指令包括以下類型:數據處理指令(加、減、乘、除等)、數據傳送指令、程序控制指令、狀態管理指令。整個內存被分成若干個存儲單元,每個存儲單元一般可存放8位二進制數(位元組編址)。每個在位單元可以存放數據或程序代碼。為了能有效地存取該單元內存儲的內容,每個單元都給出了一個唯一的編號來標識,即地址。
計算機的工作原理
按照馮·諾依曼存儲程序的原理,計算機在執行程序時須先將要執行的相關程序和數據放入內存儲器中,在執行程序時CPU根據當前程序指針寄存器的內容取出指令並執行指令,然後再取出下一條指令並執行,如此循環下去直到程序結束指令時才停止執行。其工作過程就是不斷地取指令和執行指令的過程,最後將計算的結果放入指令指定的存儲器地址中。計算機工作過程中所要涉及的計算機硬體部件有內存儲器、指令寄存器、指令解碼器、計算器、控制器、運算器和輸入/輸出設備等,在以後的內容中將會著重介紹。
(一)計算機硬體系統
硬體通常是指構成計算機的設備實體。一台計算機的硬體系統應由五個基本部分組成:運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設備。這五大部分通過系統匯流排完成指令所傳達的操作,當計算機在接受指令後,由控制器指揮,將數據眾輸入設備傳送到存儲器存放,再由控制器將需要參加運算的數據傳送到運算器,由運算器進行處理,處理後的結果由輸出設備輸出。
中央處理器
CPU(central processing unit)意為中央處理單元,又稱中央處理器。CPU由控制器、運算器和寄存器組成,通常集中在一塊晶元上,是計算機系統的核心設備。計算機以CPU為中心,輸入和輸出設備與存儲器之間的數據傳輸和處理都通過CPU來控制執行。微型計算機的中央處理器又稱為微處理器。
控制器
控制器是對輸入的指令進行分析,並統一控制計算機的各個部件完成一定任務的部件。它一般由指令寄存器、狀態寄存器、指令解碼器、時序電路和控制電路組成。計算機的工作方式是執行程序,程序就是為完成某一任務所編制的特定指令序列,各種指令操作按一定的時間關系有序安排,控制器產生各種最基本的不可再分的微操作的命令信號,即微命令,以指揮整個計算機有條不紊地工作。當計算機執行程序時,控制器首先從指令指針寄存器中取得指令的地址,並將下一條指令的地址存入指令寄存器中,然後從存儲器中取出指令,由指令解碼器對指令進行解碼後產生控制信號,用以驅動相應的硬體完成指紋操作。簡言之,控制器就是協調指揮計算機各部件工作的元件,它的基本任務就是根據種類指紋的需要綜合有關的邏輯條件與時間條件產生相應的微命令。
運算器
運算器又稱積極態度邏輯單元ALU(Arithmetic Logic Unit)。運算器的主要任務是執行各種算術運算和邏輯運算。算術運算是指各種數值運算,比如:加、減、乘、除等。邏輯運算是進行邏輯判斷的非數值運算,比如:與、或、非、比較、移位等。計算機所完成的全部運算都是在運算器中進行的,根據指令規定的定址方式,運算器從存儲或寄存器中取得操作數,進行計算後,送回到指令所指定的寄存器中。運算器的核心部件是加法器和若干個寄存器,加法器用於運算,寄存器用於存儲參加運算的各種數據以及運算後的結果。
(二)存儲器
存儲器分為內存儲器(簡稱內存或主存)、外存儲器(簡稱外存或輔存)。外存儲器一般也可作為輸入/輸出設備。計算機把要執行的程序和數據存入內存中,內存一般由半導體器構成。半導體存儲器可分為三大類:隨機存儲器、只讀存儲器、特殊存儲器。
RAM
RAM是隨機存取存儲器(Random Access Memory),其特點是可以讀寫,存取任一單元所需的時間相同,通電是存儲器內的內容可以保持,斷電後,存儲的內容立即消失。RAM可分為動態(Dynamic RAM)和靜態(Static RAM)兩大類。所謂動態隨機存儲器DRAM是用MOS電路和電容來作存儲元件的。由於電容會放電,所以需要定時充電以維持存儲內容的正確,例如互隔2ms刷新一次,因此稱這為動態存儲器。所謂靜態隨機存儲器SRAM是用雙極型電路或MOS電路的觸發器來作存儲元件的,它沒有電容放電造成的刷新問題。只要有電源正常供電,觸發器就能穩定地存儲數據。DRAM的特點是集成密度高,主要用於大容量存儲器。SRAM的特點是存取速度快,主要用於調整緩沖存儲器。
ROM
ROM是只讀存儲器(Read Only Memory),它只能讀出原有的內容,不能由用戶再寫入新內容。原來存儲的內容是由廠家一次性寫放的,並永久保存下來。ROM可分為可編程(Programmable)ROM、可擦除可編程(Erasable Programmable)ROM、電擦除可編程(Electrically Erasable Programmable)ROM。如,EPROM存儲的內容可以通過紫外光照射來擦除,這使它的內可以反復更改。
特殊固態存儲器
包括電荷耦合存儲器、磁泡存儲器、電子束存儲器等,它們多用於特殊領域內的信息存儲。
此外,描述內、外存儲容量的常用單位有:
①位/比特(bit):這是內存中最小的單位,二進制數序列中的一個0或一個1就是一比比特,在電腦中,一個比特對應著一個晶體管。
②位元組(B、Byte):是計算機中最常用、最基本的存在單位。一個位元組等於8個比特,即1 Byte=8bit。
③千位元組(KB、Kilo Byte):電腦的內存容量都很大,一般都是以千位元組作單位來表示。1KB=1024Byte。
④兆位元組(MB Mega Byte):90年代流行微機的硬碟和內存等一般都是以兆位元組(MB)為單位。1 MB=1024KB。
⑤吉位元組(GB、Giga Byte):目前市場流行的微機的硬碟已經達到4.3GB、6.4GB、8.1GB、12G、13GB等規格。1GB=1024MB。
⑥太位元組(TB、Tera byte):1TB=1024GB。
(三)輸入/輸出設備
輸入設備是用來接受用戶輸入的原始數據和程序,並將它們變為計算機能識別的二進制存入到內存中。常用的輸入設備有鍵盤、滑鼠、掃描儀、光筆等。
輸出設備用於將存入在內存中的由計算機處理的結果轉變為人們能接受的形式輸出。常用的輸出設備有顯示器、列印機、繪圖儀等。
(四)匯流排
匯流排是一組為系統部件之間數據傳送的公用信號線。具有匯集與分配數據信號、選擇發送信號的部件與接收信號的部件、匯流排控制權的建立與轉移等功能。典型的微機計算機系統的結構如圖2-3所示,通常多採用單匯流排結構,一般按信號類型將匯流排分為三組,其中AB(Address Bus)為地址匯流排;DB(Data Bus)為數據匯流排;CB(Control Bus)控制匯流排。
(五)微型計算機主要技術指標
①CPU類型:是指微機系統所採用的CPU晶元型號,它決定了微機系統的檔次。
②字長:是指CPU一次最多可同時傳送和處理的二進制位數,安長直接影響到計算機的功能、用途和應用范圍。如Pentium是64位字長的微處理器,即數據位數是64位,而它的定址位數是32位。
③時鍾頻率和機器周期:時鍾頻率又稱主頻,它是指CPU內部晶振的頻率,常用單位為兆(MHz),它反映了CPU的基本工作節拍。一個機器周期由若干個時鍾周期組成,在機器語言中,使用執行一條指令所需要的機器周期數來說明指令執行的速度。一般使用CPU類型和時鍾頻率來說明計算機的檔次。如Pentium III 500等。
④運算速度:是指計算機每秒能執行的指令數。單位有MIPS(每秒百萬條指令)、MFLOPS(秒百萬條浮點指令)
⑤存取速度:是指存儲器完成一次讀取或寫存操作所需的時間,稱為存儲器的存取時間或訪問時間。而邊連續兩次或寫所需要的最短時間,稱為存儲周期。對於半導體存儲器來說,存取周期大約為幾十到幾百毫秒之間。它的快慢會影響到計算機的速度。
⑥內、外存儲器容量:是指內存存儲容量,即內容儲存器能夠存儲信息的位元組數。外儲器是可將程序和數據永久保存的存儲介質,可以說其容量是無限的。如硬碟、軟盤已是微機系統中不可缺少的外部設備。迄今為止,所有的計算機系統都是基於馮·諾依曼存儲程序的原理。內、外存容量越大,所能運行的軟體功能就越豐富。CPU的高速度和外存儲器的低速度是微機系統工作過程中的主要瓶頸現象,不過由於硬碟的存取速度不斷提高,目前這種現象已有所改善。
B. 計算機組成原理考試重點
1.馮.諾依曼體系結構
計算機採取事先編製程序、存儲程序、自動連續運行程序的工作方式,稱為存儲程序方式。按存程序方式工作的計算機統稱為馮·諾依曼體制計算機。
馮·諾依曼體制的要點:
(1) 採用二進制代碼表示數據和指令
(2) 採用存儲程序工作方式(核心概念)
2、計算機主要技術指標
1).主頻:主頻=外頻×倍頻,決定了計算機的運行速度,它的單位是兆赫茲(MHz)
2).字長:參與運算的數的基本位數,決定了寄存器、運算器和數據匯流排的位數,通常計算機有8/16/32/64位字長。
3).存儲容量:等於存儲的字數*字長,其單位有:1B=8bit,1KB= 1024B ,1MB= 1024KB, 1G= 1024M
4).運算速度(MIPS):每秒執行指令的條數,單位是每秒百萬指令.
5).外設配置:輸入輸出設備性能等。
3、匯流排的基本概念(重點)
⑴匯流排是連接各個部件的信息傳輸線,是各個部件共享的傳輸介質。
⑵匯流排的分類(重點) ①片內匯流排:晶元內部的匯流排;
②系統匯流排:計算機各部件之間的信息傳輸線;
③數據匯流排:雙向,與機器字長、存儲字長有關;
④地址匯流排:單向,與存儲地址、 I/O地址有關;
⑤控制匯流排:中斷請求、匯流排請求,存儲器讀、存儲器寫,匯流排允許、中斷確認
⑥通信匯流排:串列並行;
4、匯流排特性及 (重點)
①機械特性:尺寸、形狀;
②電氣特性:傳輸方向和有效的電平范圍;
③功能特性:每根傳輸線的功能地址數據控制;
④ 時間特性:信號的時序關系
5、性能指標
① 匯流排寬度:數據線的根數
② 標准傳輸率:每秒傳輸的最大位元組數(MB/s)
③ 時鍾同步/非同步
④匯流排復用:地址線與數據線復用
⑤信號線數:地址線、數據線和控制線的總和
⑥匯流排控制方式:並發、自動、仲裁、邏輯、計數
6、機器指令(重點)
計算機的程序:是解決某一實際問題的指令序列;
⑴ 指令:就是要計算機執行某種操作的命令。命令計算機直接進行某種基本操作的二進制代碼串,也叫機器語言代碼。從計算機組成的層次結構來說,計算機的指令有微指令、機器指令和宏指令之分。
微指令:微程序級的命令,它屬於硬體;
宏指令:由若干條機器指令組成的軟體指令,它屬於軟體;
機器指令(指令):介於微指令與宏指令之間,每條指令可完成一個獨立的算術運算或邏輯運算。
⑵ 指令系統:一台計算機中所有機器指令的集合,它是表徵一台計算機性能的重要因素,其格式與功能不僅直接影響到機器的硬體結構也直接影響到系統軟體,影響到機器的適用范圍。
⑶ 復雜指令系統計算機(CISC);精簡指令系統計算機(RISC)。
7、對指令系統性能的要求
⑴完備性:用匯編語言編寫各種程序時,指令系統直接提供的指令足夠使用,而不必用軟體來實現。完備性要求指令系統豐富、功能齊全、使用方便。
⑵ 有效性:利用該指令系統所編寫的程序能夠高效率的運行。高效率主要表現在程序占據存儲空間小、執行速度快。一般來說,一個功能更強、更完善的指令系統,必定有更好的有效性。
⑶規整性:規整性包括指令系統的對稱性、勻齊性、指令格式和數據格式的一致性。
對稱性指在指令系統中所有的寄存器和存儲器單元都可同等對待,所有的指令都可使用各種定址方式;
勻齊性是指一種操作性質的指令可以支持各種數據類型;
⑷ 兼容性:系列機各機種之間具有相同的基本結構和共同的基本指令集,因而指令系統是兼容的,即各機種上基本軟體可以通用。但由於不同機種推出的時間不同,在結構和性能上有差異,做到所有軟體都完全兼容是不可能的,只能做到「向上兼容」,即低檔機上運行的軟體可以在高檔機上運行。
8、指令的一般格式
指令格式是指令字用二進制代碼表示的結構形式,由操作碼欄位和地址碼欄位組成。
① 操作碼欄位表徵指令的操作特性與功能;若操作碼欄位的位數固定為m位,則指令系統最多可表示2m條指令。
② 地址碼欄位通常指定參與操作的操作數的地址或操作數本身。定址范圍:在存儲器容量的某個范圍內尋找操作數.若某指令的每個操作數地址為n位,則定址范圍為2nB
③定址方式 (重點)確定本條指令的數據地址及下一條欲執行指令的指令地址的方法.
9、I/O 與主機信息傳送的控制方式(重點);輸入輸出系統的組成(重點)
①解析度和灰度級:在顯示屏幕上,圖像都是由稱作像素的光點組成的,光點的多少稱作解析度(顯示設備能夠表示像素的個數);所顯示像素點的暗亮差別稱作灰度級。
注意:像素越密,解析度越高,圖像越清晰。
10、外部設備(輸入/輸出設備和輔助存儲器)
外部設備與主機(CPU和內存)之間的控制部件:(設備控制器/設備適配器/介面).
輸入輸出系統發展四個階段:
①早期階段CPU和I/O 串列工作
②介面模塊和 DMA(直接存儲器存取)階段,中斷方式 DMA 方式
③具有通道結構的階段;通道是用來負責管理I/O設備以及實現主存與I/O之間交換信息的部件,可視為一種具有特殊功能的處理器。此階段通道管理的I/O設備與主機交換信息時,CPU不直接參與管理,實現了I/O設備與CPU的並行工作。根據信息交換方式,通道可分成:位元組多路通道、選擇通道、成組多路通道三種類型。
④外圍處理機階段
11、I/O 與主機信息傳送的控制方式
①程序直接傳送方式
②程序中斷方式
③直接存儲器存取(DMA)方式
④通道和I/O處理機方式
12、程序中斷方式
中斷:在接到隨機請求後,CPU暫停執行原來的程序,轉去執行中斷處理程序,為響應的隨機事件服務,處理完畢後CPU恢復原程序的繼續執行,這個過程稱為中斷.
13、DMA控制方式的基本思想
是一種完全由硬體執行的主存與外設之間數據直接傳送的I/O控制方式,由DMA控制器從CPU接管對匯流排的控制權,數據傳送不經過CPU,而直接在主存和外設之間進行。一般用於高速成組的數據傳送。
14、 DMA與主存交換數據的三種方式
(1) 停止CPU 訪問主存
(2) CPU周期挪用(或周期竊取)
DMA 訪問主存有三種可能:CPU此時不訪存;CPU 正在訪存;CPU 與 DMA 同時請求訪存(此時CPU將匯流排控制權讓給 DMA)
(3) DMA 與 CPU 交替訪問:(直接訪問存儲器工作方式)
15、DMA 的工作過程DMA 傳送過程:預處理、數據傳送、後處理
16、主存儲器(重點)高速緩沖存儲器(重點)輔助存儲器(重點)
MDR(存儲器數據寄存器):存放從存儲器中讀出或將要寫入存儲體的數據;
MAR(存儲器地址寄存器):存放地址匯流排提供的將要訪問的存儲單元的地址碼;
17、存儲器三個主要特性的關系(速度,容量,價格)
18、.主存儲器的主要技術指標.
主存容量:存儲器空間的大小
存儲器存取時間(TA):指訪問一次存儲器所需要的時間。
存儲周期(TM):指連續兩次存儲器訪問的最小時間 間隔。
傳送速度:每秒傳送的數據位數,單位是位數/秒,也叫傳輸率(TR)
若W為存儲器字長,TR=W/TM
把存放一個二進制的物理器件稱為記憶單元,它是存儲器最基本的構件.
SRAM:存取速度快,但集成度低,功耗較大.構成高速緩沖存儲器和小容量內存系統.
DRAM:集成度高,功耗小,但存取速度慢,用來組成大容量系統
19、DRAM 刷新:為了維持DRAM記憶單元存儲信息,通常每隔2ms就必須對存儲體中所有記憶單元的柵極電容補充一次電荷,這個過程就是刷新。
20、CPU 的功能與結構(重點);指令周期(重點);微程序控制(重點)
現代的CPU由運算器、控制器和Cache三大部件組成。
CPU的中心任務是逐條地從內存中取出指令,並執行指令所需的操作,完成程序的預定任務。
21、CPU的四大基本功能
(1). Pc ir 指令控制--控製程序中指令的執行順序
程序的順序控制稱為指令控制。由於程序是一個指令序列,這些指令的相互順序不能任意顛倒,必須嚴格按程序規定的順序進行。
(2). cu 操作控制--形成執行指令所需的控制信號並送往相應部件
一條指令的功能往往是由若干個操作信號的組合來實現的,因此,CPU管理並產生由內存取出的每條指令的操作信號,把各種操作信號送往相應的部件,從而控制這些部件按指令的要求進行操作。
(3). cu時間控制--對操作控制信號加以時間上的約束
對各種操作實施時間上的定時稱為時間控制。在計算機中,各種指令的操作信號以及一條指令的整個執行過程都受到時間的嚴格定時。
(4). ALU數據加工--對數據進行相應的算術邏輯運算及相應加工處理數據加工就是對數據進行算術運算和邏輯運算處理。
ALU累加器:實現邏輯和算術運算;寄存器:存放運行的指令(數據)或指令(數據)地址;中斷系統:處理異常情況和特殊請求;CU:發出各種操作命令,控制各部件運行.
22、指令周期:取出並執行一條指令所需的全部時間;
23、1). 微命令和微操作
微命令:控制部件通過控制線向執行部件發出的各種控制命令
微操作:執行部件接受微命令後所進行的操作。
2). 微地址和微指令
微指令:在機器的一個CPU周期中,一組實現一定操作功能的微命令的組合。
(一條微指令由若干條微命令構成) 微地址:存放微指令的地址。
3). 微程序(指令)實現一條機器指令功能的許多條微指令組成的序列.(一條指令)
結論: 一條指令(微程序)由若干條微指令構成,一條微指令由若干個微命令構成,一條微命令對應一個微操作。
24、微程序控制的基本思想:
將微程序設計技術和存儲技術相結合,用微程序設計的思想來組織操作控制邏輯,將微命令按一定規則組合成微指令,再把這些微指令按時間先後排列構成微程序,放在一個只讀的控制存儲器中.當機器運行時,逐條地讀出這些「微指令」,從而產生所需要的各種微操作控制信號,使相應部件執行規定的操作。
微命令——微指令——微程序(指令)—— 放在只讀控制存儲器中——需要執行某微操作(某條指令的某個部分)時直接取出相應的微指令就能執行。
25、機器指令與微指令的關系
1).一條機器指令對應一個微程序,這個微程序是由若干條微指令序列組成的。因此,一條機器指令的功能是由若干條微指令組成的序列來實現的。簡言之,一條機器指令所完成的操作劃分成若干條微指令來完成,由微指令進行解釋和執行。
2).從指令與微指令,程序與微程序,地址與微地址的一一對應關系來看,前者與內存儲器有關,後者與控制存儲器有關。
C. 給我一篇計算機組成原理的論文
計算機組成原理存儲器(期末論文)
綿陽師范學院
計算機組成原理(期末論文)
題 目 微型計算機的存儲器
作 者 ***
單 位 數計學院07級7班(07084207**)
指 導教 師 ***
論文工作時間 2009年5月
摘要
隨著微型計算機的迅速普及和發展,人們對計算機的功能要求已不再是限於單純的計算和數據處理了,而是向著融合圖像、聲音、文字為一體的多媒體機和大型娛樂型機發展,在這一發展過程中,存儲器逐漸成為了人們關注的熱點,這里,我們將對存儲器的有關知識做進一步詳細的介紹。
關鍵字
微型計算機 存儲器 分類 性能指標
存儲器是計算機系統內最主要的記憶裝置,能夠把大量計算機程序和數據存儲起來,既能接收計算機內的信息(數據和程序),又能保存信息,還可以根據命令讀取已保存的信息。
存儲器按功能可分為主存儲器和輔助存儲器,按存放位置又可分為內存儲器和外存儲器。
存儲器的性能指標主要由容量、存取速度、可靠性和性能/性價比決定。
存儲器的分類
存儲器按功能可分為主存儲器(簡稱主存)和輔助存儲器(簡稱輔存)。主存是相對存取速度快而容量小的一類存儲器,輔存則是相對存取速度慢而容量很大的一類存儲器。
主存儲器,也稱為內存儲器(簡稱內存),內存直接與CPU相連接,是計算機中主要的工作存儲器,當前運行的程序與數據存放在內存中。
輔助存儲器也稱為外存儲器(簡稱外存),計算機執行程序和加工處理數據時,外存中的信息按信息塊或信息組先送入內存後才能使用,即計算機通過外存與內存不斷交換數據的方式使用外存中的信息。
一個存儲器中所包含的位元組數稱為該存儲器的容量,簡稱存儲容量。存儲容量通常用KB、MB或GB表示,其中B是位元組(Byte),並且1KB=1024B,1MB=1024KB,1GB=1024MB。例如,640KB就表示640×1024=655360個位元組。
(1)內存儲器
現代的內存儲器多半是半導體存儲器,採用大規模集成電路或超大規模集成電路器件。內存儲器按其工作方式的不同,可以分為隨機存取存儲器(簡稱隨機存儲器或RAM)和只讀存儲器(簡稱ROM)。
隨機存儲器。隨機存儲器允許隨機的按任意指定地址向內存單元存入或從該單元取出信息,對任一地址的存取時間都是相同的。由於信息是通過電信號寫入存儲器的,所以斷電時RAM中的信息就會消失。計算機工作時使用的程序和數據等都存儲在RAM中,如果對程序或數據進行了修改之後,應該將它存儲到外存儲器中,否則關機後信息將丟失。通常所說的內存大小就是指RAM的大小,一般以KB或MB為單位。
只讀存儲器。只讀存儲器是只能讀出而不能隨意寫入信息的存儲器。ROM中的內容是由廠家製造時用特殊方法寫入的,或者要利用特殊的寫入器才能寫入。當計算機斷電後,ROM中的信息不會丟失。當計算機重新被加電後,其中的信息保持原來的不變,仍可被讀出。ROM適宜存放計算機啟動的引導程序、啟動後的檢測程序、系統最基本的輸入輸出程序、時鍾控製程序以及計算機的系統配置和磁碟參數等重要信息。
(2)外存儲器
PC常用的外存是軟磁碟(簡稱軟盤)和硬磁碟(簡稱硬碟),目前,光碟的使用也越來越普及。下面介紹常用的三種外存:
軟盤:目前計算機常用的軟盤按尺寸劃分有5.25英寸盤(簡稱5寸盤)和3.5英寸盤(簡稱3寸盤)。
二者之間的主要區別是:3.5英寸盤的尺寸比5.25英寸盤小,由硬塑料製成,不易彎曲和損壞;3.5英寸盤的邊緣有一個可移動的金屬滑片,對碟片起保護作用,讀寫槽位於金屬滑片下,平時被蓋住:3.5英寸盤無索引孔;3.5英寸盤的防寫裝置是盤角上的一個正方形的孔和一個滑塊,當滑塊封住小孔時,可以對碟片進行讀寫操作,當小孔打開時,則處於防寫狀態。
軟盤記錄信息的格式是:將碟片分成許多同心圓,稱為磁軌,磁軌由外向內順序編號,信息記錄在磁軌上。另外,從同心圓放射出來的若干條線將每條磁軌分割成若干個扇區,順序編號。這樣,就可以通過磁軌號和扇區號查找到信息在軟盤上存儲的位置,一個完整的軟盤存儲系統是由軟盤、軟盤驅動器和軟碟機適配卡組成。
軟盤只能存儲數據,如果要對它進行讀出或寫入數據的操作,還必須有軟盤驅動器。軟盤驅動器位於主機箱內,由磁頭和驅動裝置兩部分組成。磁頭用來定位磁軌,驅動裝置的作用是使磁碟高速旋轉,以便對磁碟進行讀寫操作。軟碟機適配卡是連接軟盤驅動器與主板的專用介面板,通過34芯扁平電纜與軟盤驅動器連接。
硬碟:從數據存儲原理和存儲格式上看,硬碟與軟盤完全相同。但硬碟的磁性材料是塗在金屬、陶瓷或玻璃製成的硬碟基片上,而軟盤的基片是塑料的。硬碟相對軟盤來說,主要是存儲空間比較大,現在的硬碟容量已在160GB以上。硬碟大多由多個碟片組成,此時,除了每個碟片要分為若干個磁軌和扇區以外,多個碟片表面的相應磁軌將在空間上形成多個同心圓柱面。
通常情況下,硬碟安裝在計算機的主機箱中,但現在已出現多種移動硬碟。這種移動硬碟通過USB介面和計算機連接,方便用戶攜帶大容量的數據。
光碟:隨著多媒體技術的推廣,光碟以其容量大、壽命長、成本低的特點,很快受到人們的歡迎,普及相當迅速。與磁碟相比,光碟的讀寫是通過光碟驅動器中的光學頭用激光束來讀寫的。目前,用於計算機系統的光碟有三類:只讀光碟(CD-ROM)、一次寫入光碟(CD-R)和可擦寫光碟(CD-RW)。
存儲器的性能指標
1、存儲器容量存儲器容量是指存儲器可以容納的二進制信息總量,即存儲信息的總位(Bit)數。設微機的地址線和數據線位數分別是p和q,則該存儲器晶元的地址單元總數為2p,該存儲器晶元的位容量為2p × q。例如:存儲器晶元6116,地址線有11根,數據線有8根,則該晶元的位容量是:位容量=211 ×8 = 2048 ×8 = 16384位存儲器通常是以位元組為單位編址的,一個位元組有8位,所以有時也用位元組容量表示存儲器容量,例如上面講的6116晶元的容量為2KB,記作2K ×8,其中:1KB = 1024B(Byte)=1024 ×8 =8192位存儲器容量越大,則存儲的信息越多。目前存儲器晶元的容量越來越大,價格在不斷地降低,這主要得益於大規模集成電路的發展。
2、存取速度存儲器的速度直接影響計算機的速度。存取速度可用存取時間和存儲周期這兩個時間參數來衡量。存取時間是指CPU發出有效存儲器地址從而啟動一次存儲器讀寫操作,到該讀寫操作完成所經歷的時間,這個時間越小,則存取速度越快。目前,高速緩沖存儲器的存取時間已小於5ns。存儲周期是連續啟動兩次獨立的存儲器操作所需要的最小時間間隔,這個時間一般略大於存取時間。
3、可靠性
存儲器的可靠性用MTBF(Mean Time Between Failures)平均故障間隔時間來衡量, MTBF越長,可靠性越高,內存儲器常採用糾錯編碼技術來延長MTBF以提高可靠性。
4、性能/價格比
這是一個綜合性指標,性能主要包括上述三項指標—存儲容量、存儲速度和可靠性。對不同用途的存儲器有不同的要求。例如,有的存儲器要求存儲容量,則就以存儲容量為主;有的存儲器如高速緩沖器,則以存儲速度為主。
現在普遍通用的存儲器
一、半導體存儲器的特點分類
1、半導體存儲器的特點
⑴ 速度快,存取時間可到ns級;
⑵ 集成度高,不僅存儲單元所佔的空間小,而且解碼
電路和緩沖寄存器、讀出寫入電路等都製作在同一晶元中。目前已達到單片1024Mb(相當於128M位元組)。
⑶ 非破壞性讀出,即信息讀出後存儲單元中的信息還在,特別是靜態RAM,讀出後不需要再生。
⑷ 信息的易失性(對RAM),即斷電後信息丟失。
⑸ 信息的揮發性(對DRAM),即存儲的信息過一定時間要丟失,所以要周期地再生(刷新)。
⑹ 功耗低,特別是CMOS存儲器。
⑺ 體積小,價格在不斷地下降。
2、半導體存儲器的分類
主要分為兩大類,可讀寫存儲器RAM和只讀存儲器ROM。
RAM分為靜態RAM(SRAM)和動態RAM(DRAM)兩種。目前計算機內的主存儲器都是DRAM,它的集成度高、功耗很低,缺點是需要再生。SRAM是非揮發的,所以不需要再生,但集成度比DRAM要低,計算機中的高速緩沖存儲器大多用SRAM.現在有一些新的RAM,如組合RAM(IRAM),將刷新電路與DRAM集成在一起;非易失RAM(NVRAM),實際上是由SRAM和EEPROM共同構成。正常情況下,它和一般SRAM一樣,而在系統掉電瞬間它把SRAM中的信息保存在EEPROM中,從而使信息不丟失。只讀存儲器ROM的特點是用戶在使用時只能讀出其中的信息,不能修改和寫入信息。近幾年出現了一中新的存儲器叫Flash存儲器(閃爍存儲器),這是一種電可擦除的非易失性只讀存儲器。
二、半導體存儲器的組成
它一般由存儲體、地址選擇電路、輸入輸出電路和控制電路組成。
1、存儲體
存儲體是存儲1和0信息的電路實體,它由許多個存儲單元組成,每個存儲單元一般由若干位(8位)組成,每一位需要一個存儲元件,每個存儲單元有一個編號,稱為地址。存儲器的地址用一組二進制數表示,其地址線的根數n與存儲單元的數量N之間的關系為:2n = N
2、地址選擇電路
地址選擇電路包括地址解碼器和地址碼寄存器。地址解碼器用來對地址解碼。設其輸入端的地址線有n根,輸出線數為N,則它分別對應2n個不同的地址碼,作為對地址單元的選擇線。這些輸出的選擇線又叫做字線。地址解碼的方式有兩種:
⑴ 單解碼方式
它的全部地址碼只用一個電路解碼,解碼輸出的字選擇線直接選中對應的存儲單元。這一方式需要的選擇線數較多,只適用於容量較小的存儲器。
⑵ 雙解碼方式(或稱矩陣解碼)
它將地址碼分為X與Y兩部分,用兩個解碼電路分別解碼。X向解碼稱為行解碼,其輸出線稱為行選擇線,它選中存儲矩陣中一行的所有存儲單元。Y向解碼又稱為列解碼,其輸出線稱為列選擇線,它選中一列的所有單元。只有X向和Y向的選擇線同時選中的那一位存儲單元,才能進行讀寫操作。由圖可見,具有1024個基本單元的存儲體排列成32×32的矩陣,它的 X向和Y向解碼器各有32根解碼輸出線,共64根。若採用單解碼方式,則要1024根解碼輸出線。因此,雙解碼方式所需要的選擇線數目較少 ,也簡化了存儲器的結構,故它適用於大容量的存儲器。
3、讀寫控制電路
讀寫控制電路包括讀寫放大器、數據寄存器(三態雙向緩沖器)等。它是數據信息輸入輸出的通道。外界對存儲器的控制信號有讀信號RD、寫信號WR和片選信號CS。
參考文獻
1、《計算機組成原理》第二版,唐朔飛 編著,高等教育出版社,2008.1
2、《微型計算機原理與應用》肖金立 編著,電子工業出版社,2003-1
3、計算機組成原理實驗指導書與習題集》(王成,周繼群,蔡月茹著)清華大學出版社出版
4、《計算機組成原理學習指導訓練》(曠海蘭,劉彥,蔣翰洋等編著)中國水利水電出版社出版
D. 為什麼說主存容量越大,所需的地址碼位數就越長。計算機組成原理
24位地址線,說明可以定址16M個字(不是「位元組」,這里是「字」,「字」和「位元組」沒有關系)的地址空間。(這里實際上是說:一個地址可以定址一個字的地址空間。即為:給定一個地址,就可以定址對應這個地址的所有存儲空間。這個存儲空間大小由寄存器大小決定。這個存儲空間在計算機體系結構中記為「一個字」,其大小記為「一個字長」。如果寄存器為32位,則一個地址可對應4位元組存儲空間;如果寄存器為16位,則一個地址可對應2位元組存儲空間。以此類推。)。這里主存容量就是256MB,說明一個字占據256MB/16M = 16B大小。
所以存儲字長為16B,為2位元組。說明給定一個地址。可以讀出或者寫入2位元組的數據。
E. 為使4位元組組成的字能從存儲器中一次讀出,要求存放在存儲器中的字邊界對齊,一個字的地址碼應是什麼
邊界對齊法:假設數據字長32位,存儲字長(一個存儲周期最多能夠從主存讀寫的數據位數)64位。雙子數據的起始地址的最末三個二進制位必須是000,單字數據的起始地址的最末兩位必須為00,半字數據的起始地址的最末位必須為0。這種存儲方式能保證無論訪問雙字、單字、半字或位元組,都能在一個存儲周期完成。
答案:最低兩位為00
F. 支持計算機進行工作的指令或程序和運行程序所需的相應數據是
運行某些程序的時候,有時會出現內存錯誤的提示,然後該程序就關閉。
「0x????????」指令引用的「0x????????」內存。該內存不能為「read」。
「0x????????」指令引用的「0x????????」內存,該內存不能為「written」。
一般出現這個現象有方面的,一是硬體,即內存方面有問題,二是軟體,這就有多方面的問題了。
故障分析
硬體方面:
一般來說,內存出現問題的可能性並不大,主要方面是:內存條壞了、內存質量有問題,還有就是2個不同牌子不同容量的內存混插,也比較容易出現不兼容的情況,同時還要注意散熱問題,特別是超頻後。你可以使用MemTest 這個軟體來檢測一下內存,它可以徹底的檢測出內存的穩定度。
假如是雙內存,而且是不同品牌的內存條混插或者買了二手內存時,出現這個問題,這時,就要檢查是不是內存出問題了或者和其它硬體不兼容。
軟體方面:
先簡單說說原理:內存有個存放數據的地方叫緩沖區,當程序把數據放在其一位置時,因為沒有足夠空間,就會發生溢出現象。舉個例子:一個桶子只能將一斤的水,當放入兩斤的水進入時,就會溢出來。而系統則是在屏幕上表現出來。這個問題,經常出現在windows2000和XP系統上,Windows 2000/XP對硬體的要求是很苛刻的,一旦遇到資源死鎖、溢出或者類似Windows 98里的非法操作,系統為保持穩定,就會出現上述情況。另外也可能是硬體設備之間的兼容性不好造成的。
幾個例子
例一:打開IE瀏覽器或者沒過幾分鍾就會出現"0x70dcf39f"指令引用的"0x00000000"內存。該內存不能為「read」。要終止程序,請單擊「確定」的信息框,單擊「確定」後,又出現「發生內部錯誤,您正在使用的其中一個窗口即將關閉」的信息框,關閉該提示信息後,IE瀏覽器也被關閉。
解決方法:修復或升級IE瀏覽器,同時打上補丁。看過其中一個修復方法是,Win2000自升級,也就是Win2000升級到Win2000,其實這種方法也就是把系統還原到系統初始的狀態下。比如你的IE升級到了6.0,自升級後,會被IE5.0代替/運用騰訊瀏覽器/
例二:在windows xp下雙擊光碟裡面的「AutoRun.exe」文件,顯示「0x77f745cc」指令引用的「0x00000078」內存。該內存不能為「written」,要終止程序,請單擊「確定」,而在Windows 98里運行卻正常。
解決方法:這可能是系統的兼容性問題,winXP的系統,右鍵「AutoRun.exe」文件,屬性,兼容性,把「用兼容模式運行這個程序」項選擇上,並選擇「Windows 98/Me」。win2000如果打了SP的補丁後,只要開始,運行,輸入:regsvr32 c:\winnt\apppatch\slayerui.dll。右鍵,屬性,也會出現兼容性的選項。
例三:RealOne Gold關閉時出現錯誤,以前一直使用正常,最近卻在每次關閉時出現「0xffffffff」指令引用的「0xffffffff」內存。該內存不能為「read」 的提示。
解決方法:當使用的輸入法為微軟拼音輸入法2003,並且隱藏語言欄時(不隱藏時沒問題)關閉RealOne就會出現這個問題,因此在關閉RealOne之前可以顯示語言欄或者將任意其他輸入法作為當前輸入法來解決這個問題。
例四:我的豪傑超級解霸自從上網後就不能播放了,每次都提示「Ox060692f6」(每次變化)指令引用的「Oxff000011」內存不能為「read」,終止程序請按確定。
解決方法:試試重裝豪傑超級解霸,如果重裝後還會,到官方網站下載相應版本的補丁試試。還不行,只好換就用別的播放器試試了。
例五:雙擊一個游戲的快捷方式,「Ox77f5cdO」指令引用「Oxffffffff」內存,該內存不能為「read」 ,並且提示Client.dat程序錯誤。
解決方法:重裝顯卡的最新驅動程序,然後下載並且安裝DirectX9.0。
例六:一個朋友發信息過來,我的電腦便出現了錯誤信息:「0*772b548f」指令引用的「0*00303033」內存,該內存不能為「written」,然後QQ自動下線,而再打開QQ,發現了他發過來的十幾條的信息。
解決方法:這是對方利用QQ的BUG,發送特殊的代碼,做QQ出錯,只要打上補丁或升級到最新版本,就沒事了。
例七:我的筆記本電腦用的XP系統,有時關閉網頁時會彈出tbrowser.exe遇到問題需要關閉,然後有彈出0x03e7c738指令引用的0x03e7c738內存,該內存不能為read,請問是怎麼回事?
解決方法:先查殺一下病毒,另外如果你安裝了瀏覽增強之類的軟體,請卸掉。
例八:從桌面或開始菜單中打開任何一個程序, 出現錯誤提示:"0x........"指令引用的"0x00000000"內存,該內存不能為"read"。省略號代表可變值。而從運行中打開程序沒問題。
解決方法:運行regedit進入注冊表, 在HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Microsoft\Windows\CurrentVersion\Explorer\ShellExecuteHooks下,應該只有一個正常的鍵值"{AEB6717E-7E19-11d0-97EE-00C04FD91972}, 將其他的刪除(默認鍵值當然不要刪除)。
例九:我三個月前配了台機子。系統比較不穩定,三個月內已經重裝過多次系統,四五天前剛裝過系統,可是經常隨機地出現Explorer-應用程序錯誤,「0x4a01259d「指令引用的「0x00000000"內存。該內存不能為「read"。要終止程序,請單擊「確定「。要調試程序,請單擊「取消」。如果點確定,windows桌面就不見了。這種問題在之前的系統也出現過,不知道是不是硬體的問題?
解決方法:內存的兼容性問題!遇到這類問題,用戶可以自行打開機器把內存的位置調動一下,看問題是否可以解決,如果問題依舊,可與你的朋友調換內存使用。
通過上面的幾個例子,可以看到,出現故障的原因有好多種,下面列出已經提到和有可能發生的原因,方便查閱。
問題產生原因原因--解決方法
內存條壞了--更換內存條
雙內存不兼容--使用同品牌的內存或只用一條內存
內存質量問題--更換內存條
散熱問題--加強機箱內部的散熱
內存和主板沒插好或和其它硬體不兼容等--重插內存或換個插糟
硬碟有問題--更換硬碟
驅動問題--重裝驅動。如果是新系統,要先安裝主板驅動
軟體損壞--重裝軟體
軟體有BUG--打補丁或用最新的版本。
軟體和系統不兼容--給軟體打上補丁或者試試系統的兼容模式
軟體和軟體之間有沖突--如果最近安裝了什麼新軟體,卸載了試試
軟體要使用到其它相關的軟體有問題--重裝相關軟體。比如播放某一格式的文件時出錯,可能是這個文件的解碼器有問題
病毒問題--殺毒
殺毒軟體與系統或軟體沖突--由於殺毒軟體是進入底層監控系統的,可能與一些軟體沖突,卸載了試試
系統本身有問題--有時候操作系統本身也會有BUG,要注意安裝官方發行的升級程序,像SP的補丁,最好要打上。如果還不行重裝系統或更換其它版本的系統了。
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Windows系統出現內存錯誤
使用Windows操作系統的人有時會遇到這樣的錯誤信息:「0X????????指令引用的0x00000000內存,該內存不能written」,然後應用程序被關閉。如果去請教一些「高手」,得到的回答往往是「Windows就是這樣不穩定」之類的義憤和不屑。其實,這個錯誤並不一定是Windows不穩定造成的。本文就來簡單分析這種錯誤的常見原因。
一、應用程序沒有檢查內存分配失敗
程序需要一塊內存用以保存數據時,就需要調用操作系統提供的「功能函數」來申請,如果內存分配成功,函數就會將所新開辟的內存區地址返回給應用程序,應用程序就可以通過這個地址使用這塊內存。這就是「動態內存分配」,內存地址也就是編程中的「指針」。
內存不是永遠都招之即來、用之不盡的,有時候內存分配也會失敗。當分配失敗時系統函數會返回一個0值,這時返回值「0」已不表示新啟用的指針,而是系統向應用程序發出的一個通知,告知出現了錯誤。作為應用程序,在每一次申請內存後都應該檢查返回值是否為0,如果是,則意味著出現了故障,應該採取一些措施挽救,這就增強了程序的「健壯性」。
若應用程序沒有檢查這個錯誤,它就會按照「思維慣性」認為這個值是給它分配的可用指針,繼續在之後的運行中使用這塊內存。真正的0地址內存區保存的是計算機系統中最重要的「中斷描述符表」,絕對不允許應用程序使用。在沒有保護機制的操作系統下(如DOS),寫數據到這個地址會導致立即死機,而在健壯的操作系統中,如Windows等,這個操作會馬上被系統的保護機制捕獲,其結果就是由操作系統強行關閉出錯的應用程序,以防止其錯誤擴大。這時候,就會出現上述的「寫內存」錯誤,並指出被引用的內存地址為「0x00000000」。
內存分配失敗故障的原因很多,內存不夠、系統函數的版本不匹配等都可能有影響。因此,這種分配失敗多見於操作系統使用很長時間後,安裝了多種應用程序(包括無意中「安裝」的病毒程序),更改了大量的系統參數和系統文件之後。
二、應用程序由於自身BUG引用了不正常的內存指針
在使用動態分配的應用程序中,有時會有這樣的情況出現:程序試圖讀寫一塊「應該可用」的內存,但不知為什麼,這個預料中可用的指針已經失效了。有可能是「忘記了」向操作系統要求分配,也可能是程序自己在某個時候已經注銷了這塊內存而「沒有留意」等等。注銷了的內存被系統回收,其訪問權已經不屬於該應用程序,因此讀寫操作也同樣會觸發系統的保護機制,企圖「違法」的程序唯一的下場就是被操作終止運行,回收全部資源。計算機世界的法律還是要比人類有效和嚴厲得多啊!
像這樣的情況都屬於程序自身的BUG,你往往可在特定的操作順序下重現錯誤。無效指針不一定總是0,因此錯誤提示中的內存地址也不一定為「0x00000000」,而是其他隨機數字。
如果系統經常有所提到的錯誤提示,下面的建議可能會有幫助:
1.查看系統中是否有木馬或病毒。這類程序為了控制系統往往不負責任地修改系統,從而導致操作系統異常。平常應加強信息安全意識,對來源不明的可執行程序絕不好奇。
2.更新操作系統,讓操作系統的安裝程序重新拷貝正確版本的系統文件、修正系統參數。有時候操作系統本身也會有BUG,要注意安裝官方發行的升級程序。
3.試用新版本的應用程序。
G. 在計算機中什麼是內存存取時間和存儲周期
存取時間,指的是CPU讀或寫內存內數據的過程時間。
以讀取為例,從CPU發出指令給內存時,便會要求內存取用特定地址的數據,內存響應CPU後便會將CPU所需要的數據送給CPU,一直到CPU收到數據為止,便成為一個讀取的流程。
存儲周期:連續啟動兩次讀或寫操作所需間隔的最小時間
內存的存取周期一般為60ns-120ns。單位以納秒(ns)度量,換算關系1ns=10-6ms=10-9s,常見的有60ns、70ns、80ns、120ns等幾種,相應在內存條上標為-6、-7、-8、-120等字樣。這個數值越小,存取速度越快。
(7)地址碼和存儲周期擴展閱讀
存儲器的兩個基本操作為「讀出」與「寫入」,是指將存儲單元與存儲寄存器(MDR)之間進行讀寫。存儲器從接收讀出命令到被讀出信息穩定在MDR的輸出端為止的時間間隔,稱為「取數時間TA」。兩次獨立的存取操作之間所需最短時間稱為「存儲周期TMC」。半導體存儲器的存取周期一般為6ns~10ns。
其中存儲單元(memory location)簡稱「單元」。為存儲器中存儲一機器字或一位元組的空間位置。一個存儲器劃分為若干存儲單元,並按一定順序編號,稱為「地址」。如一存儲單元存放一有獨立意義的代碼。即存放作為一個整體來處理或運算的一組數字,則稱為「字」。
字的長度,即字所包含的位數,稱為「字長」。如以位元組來劃分存儲單元,則一機器字常須存放在幾個存儲單元中。存儲單元中的內容一經寫入,雖經反復使用,仍保持不變。如須寫入新內容,則原內容被「沖掉」,而變成新寫入的內容。
H. 計算機組成原理
《計算機組成原理》+思考
I. 計算機組成原理:地址碼代表的是存儲器的幾號單元 是不是地址碼要經過MAR翻譯才能知道它代表的是幾號單元
地址碼本身就是存儲器的單元號。另外MAR是地址寄存器。
比如現在有一個很小的存儲器,只包含四個鎖存器,那麼他可以存四比特的數據。
用兩根地址線來標識四個鎖存器,地址00就表示第一個鎖鎖存器,如果請求的地址是00,那麼就把第一個鎖存器的數據送出來