🚀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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