计算机原理

《计算机原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机原理（8页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、计算机原理 第一章 计算机系统概论 计算机发展阶段：1.手工阶段 2.机械计算阶段 3.电子计算阶段 计算机的发展简史：以器件作为划分标准: 第一代：电子管，第一台：46年(ENIAC)； 第二代：晶体管； 第三代： 集成电路； 第四代： 大规模集成电路； 如微机 冯・诺依曼机思想体制包括： 1. 采用二进制数字代码形式表示各种信息。 2. 采用存储程序控制工作方式 3. 计算机硬件由五大部件组成。 计算机硬件：运算器、 控制器、 存储器、 输入设备和输出设备 输入设备：将外界数据、命令输入到计算机的内存，常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。 存储器：是用来存放程序和数据的

2、部件，它是一个记忆装置，也是计算机能够实现“存储程序控制”的基础。 运算器：是对信息进行运算和处理的部件。分两类：算术运算和逻辑运算。主要由算术逻辑运算部件(ALU)和用来暂 存数据或存放运算结果的一系列寄存器组成。 控制器：是整个计算机的控制、指挥部件，它控制计算机各部件自动、协调地工作。主要任务有两项：一是按照程 序要求，控制程序中指令的执行顺序；二是根据指令寄存器中的指令码控制每一条指令的执行。 输出设备：是将计算机运算结果的二进制信息转换成人类或其他设备能接收和识别的形式的设备。常用的输出设备 有显示器、打印机、绘图仪等。 总线：计算机通过总线将五大类部件连接起来。主要任务是在

3、各部件之间传送数据信息、地址信息和控制信息。 总线通常包括数据总线(Data Bus,DB)、地址总线(Address Bus,AB)和控制总线(Control Bus,CB) (1) 数据总线DB用来传送数据信息，是双向总线，CPU既可通过其从存储器或输入设备读入数据，又可通过其将内 部数据送至存储器或输出设备。 (2) 地址总线AB用于传送CPU发出的地址信息，是单向总线，目的是指明与CPU交换信息的存储单元或输入输出设备 (3) 控制总线CB用于传送控制信号、时序信号和状态信息等。有的是CPU向存储器或外设发出的信息，有的则是存 储器或外设向 CPU 发出的信息。 计算机系统的

4、层次机构： (1) 数据逻辑层：最底层是有逻辑门组成的逻辑电路，称为数字逻辑层,完成计算机最基本的运算操作和存储功能 (2) 微程序设计层：是一个实在的硬件层，它由机器硬件直接执行微指令。 (3) 机器语言层：又称为一般机器层，由微程序解释机器指令系统。 (4) 操作系统层：有操作系统程序实现，而操作系统是有机器指令和广义指令组成。 (5) 汇编语言层：它给程序员提供一种符号形式的语言，以减少程序员利用机器语言编写程序的复杂性。 (6) 高级语言层：由各种高级语言编译程序支持。比汇编语言更高级,更接近于人类自然语言的高级语言所编写的。 不同层次之间的关系表现为：上一层是建立在下一层

5、的基础上实现的。 计算机的基本性能衡量： 1.机器字长 2.内存容量 3.运算速度。 第二章 数字逻辑基础 三种基本运算： 1. 逻辑“与”关系：只有当决定一件事的所有条件全部具备时才会发生，表示为：Y=A・B或Y=AB 2. 逻辑“或”关系：在决定一件事情的所有条件中，只要具备任何一个就会发生，表示为： Y=A+B 3. 逻辑“非”关系：当决定一件事情的条件不具备时才发生，表示为： Y = 常用复合逻辑运算：与非、或非、异或分别是： 、 、 A B。 数字系统的逻辑电路可分为两大类：组合逻辑电路和时序逻辑电路。 组合逻辑电路是指电路的输出状态只与当前输入状态有关，而与电路的以

6、前状态无关，即输出与输入的关系具有即 时性，不具备记忆功能。常用的组合逻辑电路：全加器、译码器和数据选择器。 全加器：是实现两个一位二进制数相加的一种组合逻辑电路。 译码器：功能就是将指定的数码翻译为相应的状态输出，使其输出端中相应的一路有信号输出(电位或脉冲) 数据选择器：又称多路开关(MUX)，它是以“与或门”或“与或非门”为主的逻辑电路，其作用是在选择信号的作用 下，从多个输入通道中选择一个通道的数据作为输出。它的作用相当于一个具有多个输入端的单刀多掷开关。 触发器： 1. RS触发器：是最基本的触发器，S是置位(Set)的意思，R是复位(Reset)的意思，是一个具有位置和复位功

7、能的 2. D触发器：广泛应用于逻辑电路中，D触发器只有一共数据D(Data)输入端，因而不存在输出值不确定的问题， 其功能很简单，那就是D端是什么值，输出端Q就是什么值,只有同步脉冲CLK到来之时，D触发器才能实现 寄存器 1. 基本寄存器 2. 移位寄存器：不仅能存储数据，而且具有移位的功能，按照数据移动方向分为：单向移位和双向移位 3. 计数器：作用是记忆输入脉冲的个数。计数器是一种时序逻辑电路，其应用十分广泛，可用于定时、分频、 进行数字运算等。 计数器的分类： 1. 按构成计数器的触发器的翻转次序分类：异步计数器和同步计数器 2. 按计数过程中计数器中数字的增减分类：

8、加法计数器、减法计数器和可逆计数器(加减计数器) 3. 按计数器中数字的编码方式分类：二进制计数器和十进制计数器 第三章 计算机中的信息表示 信息可分为两大类：数据信息和控制(指令)信息。 一个数无论采用何种进位制表示，都包含两个基本要素：基数与位权。 基数：任何一种计数制允许选用的基本数字符号的个数。 二进制数的特点： 1.容易实现 2.工作可靠 3.运算简单 4。便于逻辑运算与逻辑设计 H表示十六进制数，B表示二进制数，加D(或不加标志)表示十进制数 无符号和带符号数的表示： 1) 无符号数的表示：就是整个机器字长的全部二进制位均表示数值位(没有符号)，相当于数的绝对值。

9、2) 带符号数的表示：对于带符号的正号“ +”或负号“-”，计算机是无法识别的，因此在计算机中需要把正、 负符号数码化。一般用数的最高位表示数的正负，“0”表示正号，“1”表示负号。 一个数在计算机内的表示形式称为机器数，机器数又有三种不同的编码：原码、反码和补码。 (1) 原码表示法：最高位为符号位， 0表示正数， 1表示为负数 (2) 反码表示法：正数的反码与原码相同，负数的反码符号位不变，其余各位取反。 (3) 补码表示法：正数的补码与原码相同，最高为符号为,用0表示,负数其补码位为1，其余各位“按位取反， 末位加 1” 3) 由真值、原码转换为补码：数值位自低向高位，尾数的第

10、一个“ 1”及其右部的“0”保持不变，左部的各 位取反，负号用“ 1”表示。注意，X必须是负数。 4) 小数点位置的确定：定点表示与浮点表示。定点表示约定：所有数的小数点固定在同一位置不变。浮点表 示：小数点的位置可以任意浮动。 十进制数的编码：在某些场合下，人民希望计算机能够直接对十进制数进行运算。这时就要用到二进制编码的十进 制数，简称BCD码。BCD码只是用于二进制代码表示的十进制数，并不是等价的二进制数。 十进制数 8421BCD 码 十进制数 8421BCD 码 0 0000 5 0101 1 0001 6 0110 2 0010 7 0111

11、3 0011 8 1000 4 0100 9 1001 汉字的编码有输入码、内码、字形码三种形式。 汉字输入码：用于键盘输入，拼音、五笔、自然码等。 汉字内部码：机内码，供计算机内部存储、处理、传输用的代码。每个码用两个字节表示，每个字节的最高位为1， 以区别于 ASCII 码。 汉字交换码：用于不同计算机汉字系统之间或汉字系统与通信系统之间进行汉字交换。 汉字字形码：也称字模。用于点阵形式输出时描述汉字字形的编码。点阵越大，描述的字形越细致美观，但其字形 码所占字节数也越多。如16X16点阵，要用32个字节，而24X24点阵则要用72个字节。 汉字的输入码分为三类：数

12、字编码、拼音码和字形码。 数据校验码即是一种常用的检错、纠错的数据编码。 数据校验码：最简单且应用广泛的检错码是采用一位校验位的奇偶校验。 指令是指示计算机硬件执行某种操作的命令。指令系统主要包括指令格式、寻址方式、指令类型与指令功能等内容 操作码0P 地址码D 1. 操作码指明了计算机应进行什么性质的操作，如加、减、乘、除四则运算或数据传送、移位等操作。 2. 地址码指明了操作的数据或数据存放的地址。根据指令码中提供操作数地址的个数，又可以把指令格式分为： 零地址(又称为无操作指令)、一地址指令(又称为单操作数指令)、二地址指令(又称为双操作数指令)和三地址指令 (又称为三

13、操作数指 ⑵一地址指令格式：操作码0P 地址码D (2)二地址指令格式： 操作码0P 地址码D1 地址码D2 在双操作指令中，从操作数的物理位置来说，又可分为三种类型： 1)寄存器一寄存器(RR)型指令2)存储器-寄存器(SS)型指令3)寄存器-存储器(RS)型指令 ⑶三地址指令格式： 操作码0P 地址码D1 地址码D2 地址码D3 优点 缺点 因此 操作结束后，D2、D3中的内容均未被破坏 增加一个地址后使得指令码加长，增加了存放空间，加大了取指令时间。 这种指令格式只在字长较长的大、中型机上采用，小型、微型机上一般不使用。 指令字长度：在指令系统设

14、计上出现两种相反的趋势：一种是采用可变长指令字结构，让指令功能尽可能丰富，称 为复杂指令系统计算机(CISC)；另一种是采用定长指令字结构，只选取简单、常用的指令，称为精简指令系统计算机RISC) 寻址方式：指令中以什么方式提供操作数或操作数地址。 立即寻址：操作数跟着操作码后面，指令的地址字段直接给出了操作数。操作数S与地址码D的关系：S=Do 特点：CPU将数据和指令一起从寄存器取出，不必再访问存储器，从而提高了指令的执行速度。 缺点：因为操作数是指令的一部分，不能被修改，而且立即数的大小受到指令长度的限制，所以灵活性差，一 般用于给某一寄存器或存储单元赋初值或提供一个常数。 寄存器寻

15、址：指令的地址码字段给出某一个通用寄存器的编号(地址)，改寄存器中存放着操作数。其中IR表示存 放指令的寄存器， 为存放操作数的寄存器，操作数S与寄存器的关系为：S=() 优点： 1.从寄存器中存取数据比从存储器单元中存取快得多。 2.由于寄存器的数量较少，其地址码字段比存储单元地址字段要短得多。几乎所有的计算机都采用了。 直接寻址：指令的地址码字段直接给出的操作数的有效地址EAo用这个有效地址访问一次存储器，便可从指定 的存储单元中获的操作数。又叫绝对寻址方式。操作数 S 与地址码 D 的关系为： S=(D) 寄存器间接寻址：指令中的地址码给出了某一通用寄存器的编号，以该寄存器中的内

16、容为有效地址EA,用这个 有效地址访问一次存储器，变可从指定的存储单元中获得操作数。操作数S与寄存器 的关系为：S=(()) 特点：指令码较短，并且在取指后只需一次访存便可得到操作数，是一种使用广泛的寻址方式。 存储器间接寻址：这是一种与寄存器间接寻址类似的间接寻址方式。间接寻址与直接寻址相比，更加灵活。 优点：1•扩大了寻址范围，可用指令中的短地址访问大的存储空间。 2•可将存储单元(或寄存器)作为程序的地址指针，用以指示操作数在存储器中的位置。当操作数的地址需 要改变时，不必修改指令，只需修改存放有效地址的那个存储单元(或寄存器)的内容即可。 1． 2． 3． (1) 零地址指

17、令格式：操作码0P 缺点：间接寻址在取值之后至少需要两次访问存储器才能取出操作数，降低了取操作数的速度，尤其是在多重 间接寻址时，寻找操作数要划分相当多的时间，甚至可能发生间址循环。 6． 变址寻址：就是把变址寄存器 的内容(变址值)与指令中给出的形式地址 D 相加，形成操作数的有效地址 EA， 即EA=( )+D，操作数S与地址码和变址寄存器的关系为：S=(( )+D)。变址寻址速度比直接寻址慢，因为CPU 必须执行一次加法操作才能获得有效地址。 7. 相对寻址：方式是变址寻址的特列。它以程序计数器PC为变址器，与指令提供的形式地址相加，从而得到有效 地址EA。有效地址与形式地址D和程

18、序计数器PC器的关系为：EA=(PC)+D。 有2个特点：1.地址不固定，它随PC值的变化而变化，并且总是相差一个固定值。因此，无论程序装入存储器 的任何地方，只要这个差值不变，均能正确运行。2.D可正可负，通常用补码表示，如果D为n位，则这种方 式的寻址范围为(PC)-2n-1〜+2n-l -1，即从当前指令之前的2n-1个字节到指令之后的2n-1 -1个字节。 8. 基址寻址：与变址相似，应用场合不同，主要用于逻辑地址到物理地址的变换，用以解决程序在存储器中的定 位和扩大寻址空间等问题。 指令的类型及基本功能： 1. 数据传送指令：用于实现寄存器与寄存器、寄存器与存储器单元以及两存

19、储器单元之间的数据传送操作。 数据传送时，数据从源地址传送到目的地址，而源地址中的数据保持不变。 (1) 通用数据传送指令：可以一次传送一个数据，也可以传送一批数据。实现双向数据传送。 (2) 堆栈及堆栈操作指令：具有“先进后出”的特性。因而在中断服务程序、子程序调用过程中广泛用于 保存 返回地址、字体标志及现场信息等。另一个重要作用是在子程序调用时利用堆栈在主程序与子程序之间传 递参数。 2. 运算类指令 (1) 算术运算指令：设有二进制加、减、比较和求补等最基本的运算指令，乘、除法运算指令，浮点运算 指令 以及十进制运算指令等。 (2) 逻辑运算指令：与、或、非、异或和测试等

20、逻辑运算指令，测试、位清除，位求反等指令。 3. 移位操作指令 (1) 算术移位：对象是带符号数，左移时，末位补 0；右移时，必须保持操作数的符号不变。当左移一位 时， 如不产生溢出，则数值乘2；而右移一位时，如不考虑因移出舍去的末位尾数，则数值除 2。 (2) 逻辑移位：操作数为无符号的数。算术移位与逻辑移位的主要差别在于右移时，填入最高位的数据不 同。算术右移保持最高位(符号位)不变，而逻辑右移最高位补零。算术、逻辑移位指令还用于实现简单乘、除运 算。 (3) 循环移位：按是否与进位位C 一起循环，又分为小循环(自身循环)与大循环(带进位循环)，主要用于实 现循环式控制、高低位字

21、节互换等。 4. 字符串处理指令：就是一种非数值处理指令，一般包括字符串传送、字符串转换、字符串比较、字符串查 找、字符串匹配、字符串抽取和替换。对需要大量字符串进行各种处理的文字编辑和排版时非常有用。 5. 输入/输出指令：从广义的角度看，输入/输出(I/O)指令可以归入数据传送类指令。I/O指令主要用来实现CPU 与外部设备之间的信息交换，包括输入/输出数据、CPU向外设发控制命令或外设向CPU报告工作状态等。 操作码OP 寄存器R 地址码A 6. 程序控制指令：用于控制程序的执行顺序，并使程序具有测试、分析与判断的能力。主要包括转移指令、 子程序调用和返回指令等。 (1

22、) 转移指令：又分为无条件转移和条件转移指令 (2) 子程序调用指令：是一组可以公用的指令序列，只要知道子程序的入口地址就能调用它。 (3) 子程序返回指令：从子程序转向主程序的指令称为返回指令，其助记符一般为RET，子程序最后执行 的一条指令一定是返回指令。 7. 其他指令 (1) 特权指令：具有特殊权限的指令。在多用户、多任务的计算机系统中，特权指令是不可少的，它主要 用于系统资源的分配和管理工作。 (2) 陷阱与陷阱指令：陷阱实际上是一种意外事故中断，中断的目的不是为请求 CPUD 的正常处理，而是 为了通知 CPU 所出现的故障，并根据故障情况转入相应的故障处理程序。 第四

23、章 运算方法及运算器 1. 补码加减运算 ⑴补码加法运算公式：［X］补+ ［Y］补=［X+Y］补 (2)补码减法运算公式：［X］补-［Y］补=［X］补+ ［-Y］补=［X-Y］补 补码运算规则： (1) 参加补码运算的操作数均为补码； (2) 符号位一起参加运算，符号位向前的进位自然丢掉； (3) 加法：两补码直接相加；减法：将减数连同符号位一起按位变反末位加 1 后再与被减数相加； (4) 运算结果仍为补码。 2. 溢出判断方法 在确定了运算字长和数据的表示方法后，一台计算机所能表示的数据范围也就相应决定了，若运算结果超出所 能表示的范围，就会产生溢出。若字长8位，采用补码

24、表示，则定点整数的表示范围是-128〜+127。 两个异号数相加不会产生溢出， 只有两个同号数相加(包括两个异号数相减) 才可能发生溢出。 运算结果为 正且大于所能表示的最大正数， 称为正溢； 运算结果为负且小于所能表示的最小负数，称为负溢。 判断溢出方法： (1) 进位检测方法：符号位的进位是0，最高数值位的进位是1，异或结果是1，表示溢出。 (2) 变形补码检测方法：每个操作数在运算时都采用两个符号位，正数用00表示，负数用11表示，两个符号 位与数值位一起参加运算。若运算结果的两个符号位的代码一直，表示没有溢出；若运算结果的两个符号 位的代码不一致，表示溢出。 3. 补码加、减

25、法运算器 运算器的基本组成：主要由算术逻辑单元、通用寄存器、状态字寄存器和有关的判断逻辑、局部控制电路和内部总 线等组成。 ALU 属于运算器部件。 第五章 中央处理器 CPU 的功能： 程序控制：保证按一定的顺序执行程序。 操作控制：产生每条指令的操作控制信号，控制执行部件完成指令要求的操作。 时间控制：对各种操作及指令的执行进行时间上的控制。 数据加工：对数据进行算术或逻辑运算。 CPU的组成：CPU由运算器及控制器组成。 运算器：是计算机的加工处理部件，是CPU的重要组成部分。运算器执行的全部操作都是由控制器发出的控制信号 来指挥的，它是计算机的执行部件。 控制器：主要由

26、程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)、指令译码器(ID)、微命令发生器(0C)和时序信号产生器等组成，它 负责协调并控制计算机各功能部件执行程序的指令序列。 控制器的基本功能是：取指令 ——> 分析指令 ——> 执行指令 CPU 中的主要寄存器： 1. 通用寄存器 2. 专用寄存器，至少有 5个主要的专用寄存器： (1) 程序计数器PC：提供后续指令地址，控制程序的执行顺序。程序顺序执行时，后续指令地址由PC+1 得到；程序转移时，后续指令地址由转移指令提供并送往PC;因此PC有加1计数功能，并可编程访问。 (2) 指令寄存器IR：存放当前正在执行的一条指令。 (3) 状态字寄

27、存器：用来存放程序状态字(PSW)。程序状态字用于记录现行程序的运行状态和机器的工作方 式，是参与控制程序执行的重要依据之一。 (4) 存储器地址寄存器(MAR)与存储器数据寄存器(MDR)： MAR是用来保存当前CPU所要访问的内存单元或 I/O设备的地址。MDR用来暂时存放CPU与存储器或I/O设备之间待传送的数据，作用：1•起CPU和 存储器、I/O设备直接信息传送中转站的作用。2•缓冲及补偿CPU和内存、I/O设备之间在操作速度上 的差别。3•在单累加器结构的运算器中还可兼作为操作数寄存器。 时序信号产生器的基本组成： 1•脉冲源2•节拍信号发生器(又称脉冲分配器)3.CPU周期

28、信号发生器4•启/停控制逻辑 微程序设计的基本思想：将机器指令的操作(从取指令到执行)分解为若干个更基本的微操作序列，并将有关的微操作 控制信号按一定规则进行信息编码(代码化)，形成控制字(微指令)。将这些微指令按时间先后排列起来构成微程序， 并存入一个只读的控制存储器 CM 中。这样，每条机器指令与一段微程序相对应，从 CM 中取出微指令，经译码后 便可产生相应的微命令，从而实现机器指令要求的信息传送和加工。 微程序设计技术： 1. 微指令编码 (1) 直接表示法(不译码法)：就是由微操作控制字段中的每一位代表一个微命令。优点：简单直观，其输出直 接用于控制；缺点：信息效率太低，微指令

29、字较长，使得控制存储器容量较大。 (2) 分段直接编码法：是把一组互斥的微命令信号组成一个小组(即一个字段)，然后通过小组(字段)译码器对每 一个微命令信号进行译码，译码输出作为微操作控制信号。分段直接编码法可使微指令字大大缩短，但由于增 加了译码电路，使微程序的执行速度稍稍减慢。目前在微程序控制器设计中使用比较普遍。 (3) 分段间接编码法：如果一个字段的含义不仅却决于本字段编码还兼由其他字段 (或位)参与解释，即一种字 段编码具有多重定义。这种方法能使微指令编码更为灵活多样，可进一步提供信息的表示效率。 (4) 混合编码法：直接表示法与分段编码法混合使用，以便能综合考虑微指令字长、灵

30、活性和执行微程序速度 等方面的要求。 2. 微地址的确定方法： (1) 计数器方式(增量方式)：用程序计数器PC来产生机器指令地址的方法相类似。在顺序执行微指令时，后继 微地址由现行微地址加上一个增量来产生；在非顺序执行微指令时，由微指令的顺序控制字段产生转移微地址。 优点：简单，易于掌握，编制微程序容易，微指令的顺序控制字段较短，微地址产生机构简单。 缺点：不能实 现两路以上的并行微程序转移，因而不利于提供微程序的执行速度，灵活性较差。 (2) 断定方式：后继地址可由微程序设计者给定，或者根据微指令所规定的测试结果直接决定后继微地址的全 部或部分地址值。 现代CPU设计技术： 1.

31、 流水 CPU 1) 并行处理技术：计算机并行处理技术可贯穿于信息加工的各个步骤，主要有三种形式： (1)时间并行 (2)空间并行 (3)时间并行和空间并行 2) 流水CPU： (1)流水CPU的时空图(2)流水线分类：①指令流水线②算术流水线③处理机流水线 3) 流水线中的主要问题： (1)资源相关冲突 (2)数据相关冲突 (3) 控制相关冲突：常用两种处理技术：延迟转移和转移预测法。 2. 多媒体CPU： 1) 多媒体技术的主要问题：多媒体技术解决的主要问题包括： (1)图像与声音的压缩技术 (2)适应多媒体技术 的软件技术 (3)计算机系统结构方面的技术 2) MMX技术

32、：是一种多媒体扩展结构技术，它极大提高了计算机在多媒体和通信应用方面的功能。MMX技 术集成到Pentium CPU时，主要体现在：采用4种新的数据类型，使用8个64位宽的MMX寄存器，增设了 57 条新的MMX指令。 3) 动态执行技术：通过预测程序流来调整指令的执行，并分析程序的数据流来选择指令执行的最佳顺序。 第六章 存储器与存储系统 存储器的分类： 1. 按存储介质分类： ⑴ 半导体存储器：存储介质为TTL或MOS半导体器件。一般都是大规模、超大规模集成电路芯片用作内部存 储器，如内存条。 (2) 磁表面存储器：存储介质为磁性材料，一般用作外部存储器，如磁盘、磁带等。 (

33、3) 光材料存储器：存储介质为金属或磁性材料，但都是通过激光束来读/写信息，如光盘。 2. 按存取方式分类： ⑴随机存取存储器(RAM)：存储器中任何单元都可以被随机存取，每个存储单元的存取时间都相同，且存取 时间与存储单元的物理地址无关。 (2) 顺序存取存储器：只能按照某种顺序读/写存储单元的存储器，存取时间和存储单元的物理地址有关。 (3) 直接存取存储器：若存储器存取数据时，第一步直接指向整个存储器中的某个区域(如磁盘上的磁道)；第 二步在该区域内顺序检索或等待，直至找到目的地后再进行读/写操作。磁盘和部分光盘就是这一类存储器。 ⑷ 只读存储器(ROM)：若存储器中的内容不能

34、被刷新，个存储单元的内容只能读出不能写入。 3. 按信息的可保护性分类： (1) 易失性存储器：断电后信息即消失的存储器。一般的半导体存储器除 ROM 外大部分是易失性存储器。 (2) 非易失性存储器：断电后仍能保存信息的存储器，如磁盘、磁带和光盘。主要用于计算机的外存，用来保 护长久使用的信息。 ROM 也是一种特色的非易失性存储器。 4. 按所处位置及功能分类： ⑴ 内部存储器：又称内存，位于主机内部，其容量小，速度快，能被CPU直接访问。包括高速缓冲存储器和 主存储器，一般用半导体材料大规模集成。 (2) 外部存储器：又称辅存或后援存储器，位于主机外部。目前常用的外部存储器包

35、括硬盘、光盘和 U 盘。 主存的性能指标主要有：存储容量、存储时间、存储周期和存储器带宽。 基本存储元：一个基本存储元能够存储 1 位二进制信息，能够读出和写入。它的基本结构是由几个相反器和控制门 组成一个可控制的双稳态触发器。 读/写控制 选择 > 存储兀 数据线 只读存储器：最大特点就是只读不写，具有非易失性。 ROM 的分类： 1. 掩模式ROM:这类ROM所存入的数据，在芯片制造过程中就已经确定了，因而使用时只能读出，不能改写。 优点：可靠性高，价格便宜，适宜大批量生产。缺点：不能重写。只能专用，可向生产厂家定制。 2. 一次性编程ROM(PROM)：在出厂时，所有存储单元均

36、设置成“0”(或为“ 1”)。用户根据需要可自行将其中某 些存储元改为“1”或“0”。只能进行一次性改写，一旦编程完毕，其内容便是永久性，无法进行更改。由于可 靠性差，只能一次编程，目前已经被市场淘汰。 3. 多次可编程ROM:这类ROM有光擦除编程只读存储器(EPROM)和电擦除编程只读存储器(EEPROM)两类。这两 类可以分别用紫外光照或电的方法擦除原来写入的数据，然后再用电的方法重新写入新的数据，可重复使用。 EEPROM 缺点就是编程时间太长。 4•闪速存储器(Flash)：新型闪速(Flash)EEPROM，它的存储元电路是CMOS单晶体管EEPROM存储单元基础上制造 的，因

37、此具有非易失性。具有随机存取的特点，又具有 EEPROM 高密度性、非易失性的特性，因此它成为代替 便携式微机中的软磁盘的一种理想工具。 高速存储器： 1. 双端口存储器：一个存储器具有两个端口(端口1 和端口 2)。双端口存储器有两组数据总线、地址总线和控制总 线，从而形成了两个端口。每个端口都有各自独立的地址寄存器(MAR)、地址译码器、数据缓冲器(MDR)和读/写控 制电路，从而可以通过两个端口同时对存储器进行读/写操作，以提高存储器的存取速度。 2. 多模块交叉存储器：多模块顺序编址存储器的特点：某个模块进行存取时，其他模块不工作；某个模块出现故 障时，其他模块可以照常工作。优点

38、：通过增加模块来扩充存储器容量比较方便；缺点：各模块串行工作存储器 的存取速度受到了限制。多模块交叉编址存储器特点：连续地址分布在相邻的不同模块内，同一个模块内的地址 都是不连续的。优点：对连续字的成块传送可实现多模块并行存取，大大提高了存储器的带宽。 3. 相联存储器：格式：KEY, DATA 程序局部性原理：当 CPU 从主存中取出指令和数据时，在一个较短的时间间隔内，由程序产生的地址往往局限在主 存空间的某个很小的区域内。这种对局部范围的存储器地址频繁访问,而对此范围以外的地址甚少访问的现象,称 为程序访问的局部性。 虚拟存储器：是建立在主存/外存层次上的，由操作系统存储管理软件及

39、附加硬件装置(存储器管理部件MMU)组成的 存储体系。它以透明的方式给用户提供了一个访问速度接近(略慢)于主存储器,而存储空间比实际主存空间大得多的 虚拟存储器。此时，程序中的地址称为虚拟地址(虚地址)或逻辑地址，程序的地址空间称为虚拟地址空间。 第七章 输入输出系统 接口的基本功能：(1)设备选择功能⑵数据缓冲功能⑶具有接收、解释并执行CPU命令的功能⑷联络功能 (5) 中断管理功能 (6)可编程功能 常用的I/O控制方式有：程序直接控制方式、程序中断控制方式、直接存储器存取(DMA)方式、I/O通道控制方式和 (输入/输出控制方式) I/O 处理机方式等五种。 中断过程包括：中

40、断请求、中断排队(判优) 、中断响应、中断服务和中断返回阶段。 CPU响应中断的条件：有中断请求信号；CPU允许接受中断请求；当前一条指令执行完毕，这是CPU响应中断请求 的时间限制条件，以保证现行程序执行的完整性。 DMA 传送方式： DMA 与主存交换数据时可采用三种传送方式： 1. CPU停止访问主存的DMA传送方式 2. 周期挪用的DMA传送方式 3. DMAC与CPU交替访问主存的DMA传送方式 DMA 方式的特点： (1) DMA使主存既可被CPU访问，同时页可被快速外设直接访问 (2) 需要在主存中开设专用缓冲区，即使提供或接收外设的数据 (3) 在传输数据块时，主存地址的确定、数据的传送及计数控制器的计数等工作均由硬件(而不是CPU指令)完成 (4) CPU 交出总线控制权，其程序现场不受影响，无需进行保存和恢复 (5) 在DMA数据传送开始前要通过程序进行预处理，结束后要通过中断方式进行传送后处理 (6) CPU几乎完全与外设并行工作，提供了系统的效率•但是要求设置DMA控制器，电路结构复杂，硬件开销大 其他传送控制方式： 1.通道方式 2.外围处理机方式 3.网络方式 常用输入设备：1•键盘2•鼠标3•条码、磁卡、IC卡阅读器4•扫描仪5•多媒体输入设备 常用通讯设备： 1.调制解调器 2.网络适配器