计算机组成原理:存储系统【三】

简介: 计算机组成原理:存储系统【三】



🚀1 只读存储器ROM

✈️1.1 总览

✈️1.2 各种ROM

注意:虽然闪存既可以读也可以写,但是它还是属于ROM

✈️1.3 计算机内部重要的ROM

计算机主机的结构如图所示

在关机后,主存中RAM的数据全部被清除,那么如果不采取其他措施,CPU就无法读取指令。

操作系统实际上是安装在辅存中,CPU需要读取主板上BIOS(属于ROM)芯片上的“自举装入程序”,它负责引导操作系统的装入(开机)。

逻辑上,我们应该将主存视为RAM+ROM的组成。CPU将二者统一编码,比如说,ROM占1KB,则ROM存储单元编号为1-1023,而RAM存储单元的编号起始位为1024。

✈️1.4 总结

ROM也具有“随机存取”的特点

🚀2 主存储器与CPU的连接

🛩️2.1 总览

🛩️2.2 芯片输入输出信号的常用缩写

字扩展:字扩展就是要增加存储字的数量

位扩展:增大数据的范围

🛩️2.3 位扩展

🛰️2.3.1 单块芯片的连接

🛰️2.3.2 两块芯片的位扩展

🛰️2.3.3 多块芯片的位扩展

🛩️2.4 字拓展

🛰️2.4.1 译码器片选法

(1)两块芯片的字拓展

与之前一样,两块芯片接入同样的电信号、同时并联接入数据总线,这就要求同一时间只有一块芯片可以工作,使用A13位控制芯片的片选信号(称为1-2译码器)。这样,可表示地址范围从212变为213。

(2)多块芯片的字扩展

使用上文的思路,只要片选信号足够多,就可以连接多块芯片(由1-2译码器变为2-4译码器、3-8译码器)

如图所示的电路,地址范围由一块芯片的213变为215

🛰️2.4.2 线选法

(1)基本思路与译码器片选法一致,但是它不是采用译码器。假设有两块芯片,则A13、A14直接与芯片连接,可想而知,只有当A13、A14位01或10时芯片才单独工作,输出的信号才有效。这样就使地址空间不连续。而采用译码器片选法得到的地址空间是连续的。

🛩️2.5 字位同时扩展

🛩️2.6 总结

🛩️2.7 关于译码器的补充

一般来说,CPU与主存之间是如此连接的,CPU在将地址电信号发出后,会等信号稳定后再发出主存请求信号,译码器才工作,这样主存得到的就是一个稳定的信号。

🚀3 双口RAM与多模块存储器

🛫3.1 知识总览

🛫3.2 双端口RAM

🛸3.2.1 示意图

它的作用是优化多核CPU访问一根内存条的速度。同时它需要两组完全独立的数据线、地址线、控制线。CPU、RAM中也要有更复杂的控制电路。

🛸3.2.2 访问情况

解决办法:

🛫3.3 多体并行器

1. 假设电脑中有四个内存条,每个内存条中有八个存储单元。在给存储单元编号时,可以先将内存条编号,再将存储单元编号。有高位交叉编址及低位交叉编址。如图所示。

2. 将各存储单元的编号写为十进制,分别为

高位编址:

0 8 16 24
1 9 17 25
7 15 23 31

低位编址:

0 1 2 3
4 5 6 7
28 29 30 31

🛸3.3.1 访问时间

(1)我们知道,主存在一次读写操作后(假设时间为r),需要一定时间进行恢复(一般较长,这里假设为3r)。

(2)当使用高位交叉编址时,CPU按序访问主存,由于0-8号存储单元连续的分布在一条主存内,则每访问一个存储单元都要花费4r的时间,如图所示

(3)当使用低位交叉编址时,CPU按序访问主存,由于0-4号存储单元是一次分布在M0-M4中,读写操作完成后主存立即进行恢复(这个操作无须CPU介入)。所以当访问完第4个存储单元后,第1个存储单元已经恢复并可以立即访问,如图所示。

可以看出低位编址的性能大大超过高位编址

(4)可以看出,

🛫3.4 多模块存储器

分为多体并行存储器、单体多字存储器

可以看出,单体多字存储器的灵活性较差,特别是当目的数据不是连续的4个单元时,单体存储器会读入较多的无用数据。

🛫3.5 总结

🚀4 总结

计算机组成原理如一座精密的交响乐团,微观中展现着电子的舞蹈,宏观中奏响着科技的交响曲。

它拆解复杂问题为简单指令,通过微处理器的默契协作,创造出无尽可能。

存储单元如记忆的灯塔,指引信息的航程。

总线是信息的大道,连接着各个功能模块,使计算机成为无比高效的智慧之器。

在计算机组成原理的魔法指导下,世界逐渐变得更加智能、便捷、创新。

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