计算机体系结构课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,第三章 计算机体系结构,硬件和软件是学习计算机知识经常遇到的术语。硬件是指计算机系统中实际设备的总称。它可以是,电子的,、,电的,、,磁的,、,机械,的、,光的元件,或设备，或由它们组成的计算机部件或整个计算机硬件系统。,计算机系统包括大型机、中小型机以及微机等多种结构形式，其硬件主要包括:,运算器,、,控制器、存储器、输入设备和输出设备,等部件。,计算机体系结构,指的是构成计算机系统主要部件的总体布局、部件的主要性能以及这些部件之间的连接方式。,.,本章主要内容,一、计算机系统的硬件结构,1 现代计算机结构的特点,计算机硬件的典型结构,微型计算机常见总线标准,二、计算机系统的硬件组成,1,中央处理器,2,存储器,3,输入,/,输出设备,4,主机板,三、计算机的主要技术指标,.,一、计算机系统的硬件结构,计算机系统包括,大,型计算机、,中小,型计算机、,微型,计算机等各种不同的硬件结构，,不同种类的计算机硬件结构具有不同的硬件体系和结构特点,，本节简要介绍不同计算机的硬件结构。,3.1.1 现代计算机结构的特点,3.1.2 计算机硬件的典型结构,3.1.3 微型计算机常见总线标准,.,3.1.1 现代计算机结构的特点,现代,计算机的结构以,存储器,为中心。,图,3-1,所示结构的计算机，其工作步骤为：,首先,输入设备,在,控制器,的控制下将原始数据和计算步骤输入存储器，,其次,控制器从存储器读出计算步骤,(,指令系列,),，,然后,控制器控制运算器和存储器依次执行每一个计算步骤,(,指令,),，,最后,，控制器控制输出设备以各种方式从存储器输出计算结果。,.,与,冯诺依曼型,计算机结构样，图,3-1,所示结构的计算机也由,5,大部件组成。,其中，,控制器,（简称,CU,）和,运算器,(,又称算术逻辑单元，简称,ALU),在计算机中直接完成信息处理的任务，合称,中央处理器,(,简称,CPU),，,输入设备,和,输出设备,合称输入,/,输出设备,(,简称,I/O,设备,),，加上,主存储器,(,简称,M,M),构成现代计算机,3,大部分。,中央处理器和主存储器构成了计算机主体,，称为,主机,；相对地又,把,I/O,设备称作外围设备或外部设备，简称,外设,。,于是，,计算机又被看成是由主机和外设,两大部分组成。但无论怎样划分，计算机的,5,大部件始终是相对独立的子系统，缺一不可。,.,3,.,1,.,2,计算机硬件的典型结构,计算机系统的硬件结构包括各种形式的,总线结构,和,通道结构,，它们是各种大、中、小、微型计算机的典型结构体系。,1,总线,所谓总线，就是,CPU,、内存储器和,I/O,接口之间相互交换信息的,公共通路,，各部件通过总线连成一个整体。所有的外围设备也通过总线与计算机相连。按传送信息的类别，总线可以分为三种：,地址总线,（,Address Bus,缩写为,AB,）、,数据总线,（,Data Bus,缩写为,DB,）和,控制总线,（,Control Bus,缩写为,CB,）。地址总线传送存储器和外围设备的地址，数据总线传送数据，控制总线则是管理协调各部分的工作,图,3-2,所示。,.,.,2,微型机的一般结构,图,3-3,是微型计算机的一般结构图，尽管把总线,按信息类型,分成了地址总线,AB,、数据总线,DB,和控制总线,CB,，但仍然属于,单总线结构,。,图中将存储器分成两类芯片，只读存储器,ROM,中固定存放一些系统程序（如监控程序等），随机存储器,RAM,用于存储用户程序和一些需要调入调出的系统程序。,I/O,接口芯片可以是若干块，各种,I/O,设备要通过,I/O,接口,与总线相连。,.,3,小型机的总线型结构,（,1,）单总线结构,图,3-4,是单总线的计算机系统。中央处理器、主存储器和,I/O,设备（通过,I/O,接口）以,同等地位,连接到系统总线上。,CPU,与主存储器、主存储器与,I/O,设备、,CPU,与,I/O,设备、,I/O,设备之间均可以通过,系统总线,交换信息。,这种结构的,优点,是各种,I/O,设备的寄存器和主存储器的存储单元可以,统一编址,，,CPU,可以通过统一的传送指令像访问主存储单元一样地访问,I/O,设备。既便于控制，又易于,扩充,系统需要添置的,I/O,设备；当,I/O,设备与主存储器交换信息时，,CPU,还可以继续处理默认的不需要访问主存储器或,I/O,设备的工作。,缺点,是,同一时刻,只允许连接到单总线上的某,一对设备,之间相互传递信息，限制了信息传送的,吞吐量,(,或称速率,),。此外，,单总线控制逻辑比专用的存储总线控制逻辑更为复杂,，,CPU,通过单总线向主存储器存取信息要比通过存储总线存取稍慢些。这种结构广泛用在小型计算机和微型计算机中。,.,3,小型机的总线型结构,（,2,）,CPU,为中心的,双总线,结构,图3-5是,以CPU为中心的双总线结构,，连接,CPU,和,主存储器,的是,存储总线,，CPU通过该总线从主存储器中取出指令和数据，并把处理结果经该总线送回主存储器。,CPU与I/O设备交换信息的通路叫输入/输出总线(IO总线),，各种I/O设备通过I/O接口连接在I/O总线上。,这种结构的,优点,是控制线路简单，对,I/O,总线的传输速率相对地可降低一些要求。,缺点,是,I/O,设备与主存储器之间交换信息一律要经过,CPU,，将耗费,CPU,大量时间，降低了,CPU,的工作效率。,.,3,小型机的总线型结构,（,3,）以,存储器为中心的双总线,结构,图,3-6,是以存储器为中心的双总线结构。这种结构既保持了,单总线,结构的优点，又在,CPU,和主存储器之间设置了一组,高速存储总线,，供,CPU,与主存储器交换信息。当主存储器通过存储总线和,CPU,交换信息时，主存储器还可以通过系统总线和,I/O,设备交换信息，而不必经过,CPU,控制，即减轻了系统总线的负担，又提高了传输速率。,缺点,是需要增加硬件。,.,4大、中型计算机的通道型结构,图,3-7,是大、中型计算机的通道型结构，,分主机,、,通道,、,I/O,控制器,和,I/O,设备四级,。组成大、中型计算机的目的是为了扩大系统的功能和提高系统的效率。扩大系统的功能要求配备日益增多的硬件和软件资源，提高系统的效率则,强调合理地管理和调度资源,。,软件资源的增多，,信息存储,问题就十分突出，促使由一级存储发展到,多级存储,，甚至在主存储器一级也采用多存储体交叉访问技术，出现了,以存储系统为核心,的计算机系统结构。,.,3,.,1,.,3,微型计算机常见总线标准,计算机中总线按,层次,结构可分为,内部总线,、,系统总线,和,外部总线,。,内部总线,是计算机内部各,外围芯片,与,处理器,之间的总线，用于芯片一级的互联，与计算机具体的硬件设计相关。(芯片组管理着CPU的连接。中断控制器、存储控制器、I/O控制器，提供一个到PCI总线的总线的接口。),系统总线,是计算机中各,插件板,与,系统板,之间的总线，用于,插件板一级,的互联。系统总线需要遵循统一的标准，常见的,系统总线标准,有,ISA,、,EISA,、,PCI,、,Future bus+,、,AGP,等。,外部总线,则是,计算机,和,外部设备,之间的总线，计算机通过该总线和外部设备进行信息与数据交换。外部总线也遵循统一的标准，常见的,外部总线标准,有,USB,、,SCSI,、,IEEE 1394,等。,在计算机的发展中，,CPU,的,处理能力,迅速提升，,总线,屡屡成为系统性能的瓶颈，使得人们不得不改造总线。总线技术不断更新，从,PC/XT,到,ISA,、,MCA,、,EISA,、,VESA,总线，发展到了,PCI,、,AGP,、,USB,、,IEEE 1394,总线，目前还出现了,EV6,总线、,PCI,X,局部总线、,NGIO,总线、,Future bus+,等新型总线。,.,（,1,）,PCI,总线,PCI,（,Peripheral Component Interconnect,）总线是当前常用的总线之一，该总线是由,Intel,、,IBM,、,DEC,公司所定制的一种,局部总线,。,PCI,总线与,CPU,之间没有直接相连，而是经过桥接（,Bridge,）芯片组电路连接。,该总线,稳定性和匹配性,出色，提升了,CPU,的工作效率，扩展槽可达,3,个以上。它定义了,32,位数据总线,，且可扩展为,64,位,。,PCI,总线主板插槽的,体积,比原,ISA,总线插槽还小，其功能比,VESA（,视频电子标准,）,、,ISA（,接口转换装置,）,有极大的改善，支持突发读,/,写操作，最大传输速率可达,132 MB/s,，可同时支持多组外围设备。,PCI,局部总线不受制于处理器，是基于,Pentium,等新一代微处理器而发展的总线。现有,32,位,和,64,位,两种，是目前个人计算机、服务器主板广泛采用的总线。,.,（,2,）,AGP,总线,AGP插槽（Accelerated-Graphics-Port，,加速图形接口,），它是为提高,视频带宽而设计的总线结构,。AGP总线实质上是对PCI技术标准的扩充，它提高了系统实际数据传输速率和随机访问主内存时的性能。AGP总线的首要目的是：,将纹理数据置于主内存,，,开通主内存到图形卡的高速传输通道，以减少图形存储器的容量,。,为此，它将显示卡与主板的芯片组直接相连进行,点对点,传输，让影像和图形数据,直接传送到显示卡,而不需要经过PCI总线。但是它并不是正规总线，因为它,只能和AGP显卡相连,，故,不具有通用性和扩展性,。,AGP总线工作的频率为,66,MHz，是PCI总线的一倍，并且可为视频设备提供,528 MB,/s的数据传输率，所以实际上就是PCI的超集。AGP 1X的总线传输率为,266 MB,/s，工作频率为66 MHz；AGP 2X的总参传输率为532 MB/s，工作频率为133 MHz，电压为3.3V；AGP 4X的总线传输率为1.06 GB/s，工作频率为266 MHz，电压为1.5 V。,.,（,3,）,SCSI,接口,SCSI,（,Small Computer System Interface,，,小型计算机系统接口,）接口是由美国国家标准协会制定的。级接口,SCSI,也是系统,，,可与各种采用,SCSI,接口标准的,外部设备相连,，是一种,并行,I/O总线，已普遍用于内，外部设备两个方面。,如,硬盘驱动器,、,扫描仪,和,打印机,等。采用,SCSI,标准的这些外设本身必须配有,相应的外设控制器,。总线上的主机适配器和,SCSI,外设控制器最大为,8,个。,SCSI,可以按同步方式和异步方式传输数据。,SCSI-1,在同步方式下的数据传输速率为,4 MB/s,，在异步方式下为,1.5 MB/s,，最多可支持,32,个硬盘。,SCSI-l,接口的全部信号通过一根,50,线的扁平电缆传送，其中包含,9,条,数据线及,9,条,控制和状态信号线。其特点是操作时序简单，并具有仲裁功能。随后推出的,SCSI-2,标准增加了一条,68,线,的电缆，把数据的宽度扩充为,16/32,位，其同步数据传送速率达到了,20 MB/s,。,SCSI,总线上的设备,没有主从之分,，相互平等。启动设备和目标设备之间采用高级命令通信，不涉及外设特有的物理特性，因此使用十分方便，适应性强，便于系统集成。,.,（,4,）,IEEE 1394,总线,IEEE 1394,是一种,串行接口标准,，这种接口标准允许把计算机、外部设备、家电等非常简单地连接起来，的外部总线,是一种连接外部设备,。,IEEE 1394,总线的原型是运行在,APPLE Mac,计算机上的,Fire Wire,（火线），由,IEEE,（电气和电子工程师协会）采用并重新进行了规范。它定义了数据的传输协议及连接系统，可用较低的成本达到较高的性能，以增强计算机与外设（如硬盘、打印机、扫描仪）以及消费性电子产品（如数码摄像机、,DVD,播放机、视频电话）等的连接能力。,IEEE 1394,总线是一种目前为止,最快的高速串行总线,，最高的传输速度达,400 MB/s,。它的支持性较好，对于各种需要大量带宽的设备提供了专门的优化。,IEEE 1394,接口可以,同时,连接,63,个,不同设备，支持带电插拔设备。,IEEE 1394,也支持,即插即用,，现在的,Windows 98,、,Windows 2000,、,Windows Me,、,Windows XP,都对,IEEE 1394,支持得很好，在这些操作系统中用户不用再安装驱动程序也能使用,IEEE 1394,设备。,.,（,5,）,USB,总线,通用串行总线（,Universal Serial Bus,，,USB,）是由,Intel,、,Compaq,、,Digital,、,IBM,、,Microsoft,、,NEC,、,Northern Telecom,七家世界著名的计算机和通信公司共同推出的一种新型接口标准。它和,IEEE 1394,同样是一种连接外围设备的,机外总线,。从性能上看，,USB,总线在很多方面不如,IEEE 1394,，但是却拥有,IEEE 1394,无法比拟的,价格优势,，在一段时期内，它将和,IEEE 1394,总线并存，分别管理低速和高速外设。,优点,：它基于通用连接技术，实现外设的简单快速连接，达到方便用户、降低成本、扩展,PC,连接外设范围的目的。它可以为外设提供电源，而不像普通使用串、并口的设备需要单独的供电系统。,USB,的最高传输率可达,12 MB/s,，比普通串口快,100,倍，比普通并口快近,10,倍，而且,USB,还能支持多媒体。,USB,和,IEEE 1394,一样，目前都广泛地应用于计算机、摄像机、数码相机等各种信息设备上，目前的,普通,PC,都带有,2,6,个,USB,接口,。,.,二、计算机系统的硬件组成,计算机系统中的硬件是由不同的硬件部件组成的，根据冯诺依曼理论我们知道计算机由,5,大部件组成，本节就这,5,大部件的结构组成和基本的工作原理进行较详细的分析。,1 中央处理器,2 存储器,3 输入/输出设备,4 主机板,.,.,.,1.中央处理器,CPU,(Central Processing Unit)由运算器和控制器组成，是微型计算机的核心，它的主要功能是执行程序指令，完成各种运算和控制功能。,1.,运算器,：对数据进行基本的算术逻辑运算。,运算器与计算机性能,：运算器的性能是衡量计算机性能的重要指标（单位：,MIPS,-Millions of Instructions Per Second)。,运算器与计算机字长,：运算器处理数据的位数代表计算机的字长。（8位机，16位机，32位机，64位机等）。,现代计算机的运算器中有,多个寄存器,，称为寄存器，寄存器的设置可以减少访问存储器的次数，以提高运算器的速度。,CPU工作的四个步骤：,在CUP内部一切都按四个步骤进行：取数、译码、执行和存储。,.,CPU的性能是由什么决定的呢？,一个CPU的性能表现的决定性因素在于CPU内核的设计。,超标量（Superscalar）CPU，就是在一个CPU中集成了多个ALU，多个FPU（Fioat Point Unit），多个译码器和多条流水线的CPU，以并行处理的方式来提高性能。,刀片式CPU；,集群式；,并行处理；,.,2控制器,控制器是计算机的指挥中心，它使计算机各部件自动协调工作。控制器工作的,实质就是解释程序,，它每次从存储器读取一条指令，经过,分析译码,产生一串操作命令发给各个部件，控制各部件动作，使整个机器连续地、有条不紊地运行。,控制器提供指令执行所需要的控制信号，控制计算机各部分协调工作。达到执行指令的目的。,暂存当前要执行的指令。,对指令进行解释（译码）。,生成执行该执行所需的控制信号。,运算器和控制器合称为中央处理机（,CPU-Central Processing Unit),.,控制信息的,发源地,是控制器。控制器产生控制信息的依据来自3个方面：,一是,指令,，存储在指令寄存器中；,二是各部件的,状态触发器,，存放反映机器运行状态的有关信息；,三是,时序电路,，产生的各种时序信号保证整个机器协调地工作。,一台计算机的微,操作序列,是按照指令规定的功能，选择合适的算法并且结合计算机的结构来确定的。,总之，实际执行一个微操作序列，存在着,时间分配,、,定时,及,同步配合,的问题，即利用怎么样的时序方式来形成微操作序列的问题。这些都是,时序控制逻辑,所要完成的任务。,.,3CPU的发展过程,CPU,的类型标志着微型计算机类型。就,Intel CPU,而言，已从,8088,发展到,P4,。除,Intel,公司的,CPU,外，还有,AMD,、,Cyrix,、,TI,等公司的,CPU,，目前较为流行的,CPU,是,Pentium(,奔腾,)CPU,。,主频,、,总线宽度,、,内部缓存,、,外部缓存,、,协处理器,、,总线速度,等参数是,CPU,的主要性能指标。,CPU,的内部结构可分为控制单元、逻辑单元和存储单元,3,大部分。,带宽：一个通信信道的容量就用带宽表示。在计算机中用每秒传送的,位数,度量。,.,例如，某个指令系统的指令长度为,32位,，操作码长度为,8位,，地址长度也为,8位,，当收到一条：,00000010 00000100 00000001 00000110的指令时，先取出前8位操作码，分析得出这是一个减法操作，有3个地址，分别是两个源操作数地址和一个目的地址。,CUP就到内存地址00000100处取出被减数，到,00000001处取出减数，送到ALU中进行减法运算，然后把结果送00000110处。,这只是一个相当简化的例子，实际情况要复杂得多。,.,.,8086/8088,8位和16位,处理器，支持20位地址总线，可以直接访问1MB存储器I/O地址。,80286 PC/XT,16位,处理器，集成了125000个晶体管。,80386,32 位,处理器，提供32位寄存器和32位地址、数据总线,80486 ALU和协处理器单元以,64位,传输数据，集成了1200000个晶体管。,Pentium 处理器,32/64位,，一条64位的数据总线，内部集成了3100000个晶体管。（66MHZ=66*8=528MB 带宽）,Pentium II处理器 双重独立总线结构，一条总线连通二级缓存，一条总线连通主要内存。,Pentium III 处理器 双重独立总线结构，一级缓存32KB，二级缓存512KB，主频速度450MHz。,Pentium IV 一级高速缓存8KB，二级缓存256KB，主频速度1.4GHz。,.,2 存储器,1计算机的存储体系,图3-10,典型的存储器层次结构,.,内存的速度用纳秒（ns）表示,.,2内存储器,内存储器（简称内存）位于主机内部，是主机的一部分，它能够被,CPU,直接访问，是相对访问速度较快的一种存储器。内存储器主要由,RAM,（,Random,Access Memory,，随机访问存储器）和,ROM,（,Read-Only Memory,，只读存储器）构成。,.,当要对存储器进行读写操作时，来自地址总线的信号经地址译码器译码后，选中指定的存储单元，而读写控制电路根据读写命令实施对存储器的存取操作，数据总线用于传送写入或读出内存的信息。,存储器的材料：,内存：以半导体为主,外存：,磁盘、带等磁表面存储器。,光盘,由塑料等材料制成，通过光学方式读写，发展较快。,由于外存设在主机外部，因此通常归属外部设备。,内存,地,址,译,码,器,地址总线,数据总线,读写控制电路,读写命令,内存：速度快，容量小,外设：速度慢，容量大。,1,n-2,n-1,.,ROM,ROM,的信息一般由出产厂家写入，使用时通常不能改变，只能读取，不能写人，所以用来存放固定的程序。存放在,ROM,中的信息是永久性的，不会在断电后消失。一般认为,ROM,是只能读取、不能擦写的，实际上也有一些,ROM,是可擦写的，但需要经过特殊的处理。,.,RAM,RAM,主要用来临时存放各种需要处理的数据或信息等，而不是永久性存储信息。在计算机断电后，,RAM,中没有保存到硬盘或其他存储设备的数据或信息将会全部丢失。,RAM,又可分为,静态,RAM,（,Static RAM,，,SRAM,）和,动态,RAM,（,Dynamic RAM,，,DRAM,）。,SRAM,在通电情况下，只要不写入,新的信息,，存储就始终保持不变。而,DRAM,必须,不断定时刷新,，以保证所存储的信息的存在。,SRAM,的速度较快，但价格较高，只适宜特殊场合的使用，例如前面介绍过的,Cache,一般用,SRAM,实现。,DRAM,的速度相对较慢，但价格低，因此在,PC,机中普遍采用它做成,内存条,。,.,内存容量,微型计算机可达到的内存容量是由它的地址数决定的，,8086/8088,地址总线有,20,根，它的地址空间可达,2,20,=l MB,，所以,PC,和,PC/XT,机的内存空间最大是,1MB,。,随着计算机技术的发展，计算机的,CPU,芯片从,8088,发展到,286,、,386,、,486,甚至,P,、,P4,，,286,和,386SX,有,24,根,地址线，最大内存空间可达,16MB,，,386,和,486,的地址线达,32,根,，其内存空间可达,4GB,，,P,/P,/P4,有,36,根,地址线，所以内存空间可达,64GB,。,.,几种常见的微型机随机存储器,(1)SRAM,静态,RAM(Static Random Access Memory,，,SRAM),制造工艺与,DRAM,相似，只是不需要定期刷新。,SRAM,比,DRAM,要快得多，但,SRAM,也比较贵。,随着,Pentium CPU,的不断升级，对与它匹配的,RAM,的要求也越来越高，因此也出现了许多特殊用途的,RAM,，如,视频,RAM,、,高速缓存,、,EDO,、,SDRAM,（,同步动态随机存储器,）,等。,.,（,2,）,SDRAM,同步动态随机存储器,SDRAM(Synchronous DRAM,，,SDRAM),是目前,Pentium,机器普遍使用的内存。,该技术是将,CPU,和,RAM,通过一个相同的时钟信号锁在一起，使,RAM,和,CPU,能够,共享,一个时钟周期，以,相同的速度同步工作,，每一个时钟脉冲的,上升边沿,便开始传递数据，速度比,EDO,内存提高,50,，从而彻底解决,CPU,和,RAM,之间的,速度匹配,问题。通常,SDRAM,比一般,DRAM,要贵许多。,SDRAM,能节省执行指行者及数据传输的时间，故可提升计算机效率。,.,（,3,）,RDRAM（2000年最新存储技术）,RDRAM,（,Rambus DRAM,）是,Rambus,公司提出的,内存标准,。作为新一代高速简单内存架构，是基于一种类,RISC,（,精简指令集计算机,）的理念，这个理念就是:,通过减少每时钟周期可通过的数据来减少复杂性，再通过提高工作效率来弥补它的不足。,由于,RDRAM,只有,16,位,的数据传输带宽，总线结构简化，,工作频率可以较高,（如,533 MHz,），再结合一定的技术，可使数据传输率达到相当高的水平，因为这是一种新工艺，内存厂商生产,RDRAM,需要建立新生产线，所以,RDRAM,内存的价格相对较高，尽管这样，,RDRAM,已获得,Intel,的支持，并在,Pentium 4,主板中采用。,工作频率主要分为3种：300MHZ、356MHZ、400MHZ、主频高达533MHZ的芯片已研制成功。,.,(4),视频,RAM,视频适配器使用的一种特殊,RAM,，也为,VRAM,。,VRAM,是,双端口,的，可以允许,两个,资源,同时,从中存取数据。,PC,机通过,CPU,写入,VRAM,把字符显示到屏幕上；,同时,，视频适配器上的显示电路以一定的间隔读取,VRAM,中的数据，从而决定何时布置屏幕。,.,(5)Cache,存储器（亚微米尺寸零件）,所谓,Cache,存储器即,高速缓存,，这种存储器位于,CPU,和主存储器,DRAM,之间，规模较小，但速度快。,Cache,存储器由一组,SRAM,芯片和,Cache,存储器控制电路组成。其具有与CPU,相同,的时钟速度。,Cache,一般分为一级和二级,。一级,Cache,一般集成在,CPU,内部。由于高档,CPU,的时钟频率很高，一旦出现一级,Cache,未命中的情况，就使用二级。二级,Cache,在,CPU,外部，通常认为,Cache,是内存,CPU,的真正缓冲。一级,Cache,容量比较小，如,16KB,，,32KB,，而二级,Cache,可达,521KB,。所以,Cache,容量大小将直接影响到,CPU,的执行速度。,因此，,Cache,通常可作为衡量,CPU,的重要指标。,.,(6)EDO,EDO,(Extended Data Out),即,扩展的数据输出随机存储器。,通常在一个,DRAM(,或,SRAM,、,VRAM),阵列中读取一个存储器单元数据时，首先对数据所在的,行,进行充电，然后再对数据所在的,列,进行充电，这些需要一定的时间，制约了,RAM,的读写速度。,EDO,存储器假设下一个要读写的单元地址和当前读写的单元地址是,连续,的,(,一般情况确实如此,),，在读写周期内便启动下一个读写周期，,EDO,存储器取消了主板与内存两个周期之间的时间间隔，它每隔,2,个时钟脉冲周期传输一次数据，大大地缩短了存取时间，从而将,RAM,的速度提高了,30,，达到,60ns,。,EDO,技术只需要在普通,DRAM,外部增加,EDO,逻辑控制电路，几乎没有增加成本。,因此，,EDO,存储器是目前,Pentium,机器中使用得最多的一种内存。,.,(7)CMOS,存储器,CMOS,是一种耗电极省的存储器，它是集成在主板上的一块可读写的,RAM,芯片，存储日期、时间、软硬盘规格等参数。,CMOS,通常有一个,SETUP,程序，可以设置和修改,系统的日期,、,时间,、,系统参数,等。,CMOS,中的内容如果丢失，就不能启动机器。,CMOS,一般靠一个电池供电。,.,（,8,）,DDR SDRAM,DDR SDRAM,（,Dual Date Rate SDRSM,）简称,DDR,，,即,双倍速率,SDRAM,，它可以说是,SDRAM,技术的延续。从技术上分析，,DDR SDRAM,最重要的改变是在数据传输上，它在时钟信号,上升,沿和,下降,沿时各传输一次数据，这使得无需提高工作效率就能让,DDR,的数据传输速率为传统,SDRAM,的,两倍,。,DDR,在价格方面也有优势，因为只需对原有的,SDRAM,生产线进行小范围的改造就能转入,DDR,内存生产，因此生产成本上同传统的,SDRAM,相比只是略有提高。,DDR,内存已经得到许多主板厂商支持，因此，,目前,DDR,是内存条采用的主要技术标准,。,常见的单条容量有16MB，32MB，64MB，128MB,.,2只读存储器,只读存储器,(Read Only Memory),的特点是只能读数据，不能写。其刷新原理与,SRAM,类似，但消耗能量少，所以通常关闭计算机电源之后，其中的数据还能保留。,常见的,ROM,存储器有,ROMBIOS,、键盘,BIOS,和影子,ROM,等。,.,(1)ROM BIOS,ROM BIOS(Basic Input-Output System,，基本输入输出系统,),是,集成在主板上的一块,ROM,芯片,，用来存储机器的基本输入输出程序。,这些程序包括：上电自检,POST(Power On System Test),：程序、装入引导程序、外部设备,(,如键盘、显示器、磁盘驱动器、打印机和异步通信接口等,),驱动程序和时钟控制程序。,这些程序永久地保留在,ROM,芯片中，不会因掉电而丢失。,ROM BIOS,又称为,System BIOS,，在主板上的,ROM BIOS,芯片印有,BIOS,字样。,.,(2),键盘,BIOS,PC,机本身除了,System BIOS,外，键盘也有专用的,Keyboard BIOS,。不过该,BIOS,并不是,ROM,，,而是一块芯片,，有自己的,CPU,在内。,Keyboard BIOS,除了接收来自键盘的信息外，还得负责,A20,地址线的切换。,CPU,从实模式到保护模式便是通过,A20,地址线的切换来实现的。,平常,A20,为,0,，,CPU,工作在,DOS,的实模式，当,A20,切换为,1,时，便可进入保护模式。,.,A,扫描码表,1E A,30 B,2E C,BIOS,扫描码,1E,敲击A按键,Intel 8048,缓冲区,O,A,S,1,2,3,4,Tab,W,E,Shift,Z,Z,Ctrl,Alt,缓冲区,8048以每秒几百HZ频率扫描键盘线路，当某键按下时，便产生一扫描码，8048一方面将扫描码送缓冲区，一方面将扫描码送到BIOS端口处，然后向CPU发中断请示，BIOS从端口读取该扫描码，8048清缓冲区中内容。BIOS将扫描码送缓冲区及显示器。以上操作完成时，OS和应用程序从缓冲区中取走这些代码。,.,(3),影子,ROM,影子内存,(Shadow ROM),是为了提高系统效率而采用的一种专门技术。影子内存,占用系统内存,中的,786KBlMB,区域,(,地址范围为,C000C7FFF),，这个区域称为,内存保留区,，,16KB,大小的尺寸分为块，由用户设定是否使用。,C000427FFF,这两个,16KB,块用作显卡,ROM BIOS,的影子区。,C8000EFFFF,这,10,个,16KB,可作为其他适配器的,ROM BIOS,影子区。,F000FFFFF,共,64KB,规定为系统,ROM BIOS,的影子区。,影子内存的主要用途是,将一些频繁使用的程序,(,如,ROM BIOS,复制到该区域，系统要用到这些程序时，直接到该区域中调用，从而提高速度。,这是因为，访问,ROM BIOS,代码的速度约为,200ns,，而访问影子内存的速度为,50l00ns,。,.,高速缓存(cache)：,为解决高速CPU和低速内存之间矛盾而采取的技术。,特点,:速度快，容量小，存放当前正在执行的程序块和数据块。以接近CPU的速度提供程序指令和数据。加快了指令执行速度。它与CPU封装在一块芯片内。,虚拟存储技术：,将主存和部分外存空间构成一个整体，提供比实际物理存储器大的多的存储器，解决在较小的内存中运行较大的程序。,虚拟存储器的,工作原理,：,将正要执行的程序代码调入内存，OS根据一定算法进行管理。页进：即将执行到的那段程序代码由外存调入物理内存。,页出：如内存已满，系统将暂时不执行的代码送回到外存。OS通过页进页出保证程序段都在内存。,.,虚拟存储器如同物理存储器，但比物理存储器慢，虚存技术实际上是用时间（变慢）换取了空间（增大）。,高速缓存,主,存,储,器,C,P,U,页进,页出,辅助存储器（外存）,虚拟存储器,I/O（输入输出）,.,4外存储器,外存储器（简称外存）存放着计算机系统几乎所有的主要信息，其中的信息要被送入内存后才能被使用，即计算机通过内外存之间不断的信息交换来使用外存中的信息。它是访问,速度相对较慢,的存储器，,容量很大,但,CPU,不能直接访问,。外存主要有磁带、光盘、磁盘（软盘和硬盘）、可移动硬盘以及,U,盘等。,.,（,1,）软盘,软盘是一种可插人驱动器内的塑料圆片，其表面磁层用来记录数据与信息。软盘驱动器是驱动软盘旋转并同时向软盘写人数据或从软盘读出数据的设备。,软盘的规格主要由盘片的,直径,决定，现在最常见的是,3.5,英寸盘，其容量为,1.44MB,。盘片被分为许多半径不同的同心圆，每个圆周称为一个磁道。磁道的编号是从外边的磁道向内磁道编号，从,0,，,l,，,2,，逐次增大，,3.5,英寸盘的磁道编号为,079,。各磁道均划分为等量的存储单位，称为,扇区,。扇区是磁盘,存储的基本单位,，每个扇区存储等量的数据字节。,3.5,英寸盘的每个扇区存储的数据为,512 Byte,。,.,软盘转速较慢，但价格低廉、携带方便，比较适用于小容量数据的保存。可以对已经使用过的软盘重新进行格式化，再次利用。格式化就是对一个盘片进行磁道和扇区的划分，登记各扇区地址标志。没有格式化的盘片是无法使用的，格式化工作一般由专门的格式化程序来完成。现在的软盘在出厂前一般已经过格式化，可以直接使用。,.,（1）,硬盘存储器的类型和性能,硬盘的性能指标：盘径、磁道数、柱面数、扇区数等。,硬盘容量=柱面数磁头数 扇区数512字节,（2）,数据传输率,硬盘的运行速度是购买者最关心的。硬盘的数据传输率是衡量硬盘速度的一个重要参数。,（3）,平均寻道时间,平均寻道时间是指计算机在发出一个寻址命令，到相应目标数据被找到所需时间，我们常以它来描述硬盘读取数据的能力。,（4）,硬盘高速缓存,与计算机的其他部件相似，硬盘也通过将数据暂存在一个比其磁盘速度快得多的缓冲区来提高速度，这个缓冲区就是硬盘的高速缓存（CACHE）。,硬盘存储器,.,硬盘存储器,硬盘存储器,（,5,）,硬盘主轴转速,较高的转速可缩短硬盘的平均寻道时间和实际读写时间，从而提高硬盘的运行速度。一般硬盘的主轴转速为,3600RPM,12000RPM,（,转,/,每 分钟）。,IBM 10MB,硬盘的内部结构图,.,硬盘存储器,（,6,）,根据硬盘的标签看信息,型号为,WD200BB,，,如下图 所示。从型号上可以判断，它是一款容量为,20GB,的,7200RPM,高速硬盘，产品序列号为,WMA9L1203351,，,产地为马来西亚，出厂日期是,2001,年,8,月,15,日。,.,硬盘存储器,磁盘区间的划分和优化存储,1.,主分区、扩展分区、逻辑分区,一个硬盘的主分区也就是包含操作系统启动所必需的文件和数据的硬盘分区，要在硬盘上安装操作系统，则该硬盘必须得有一个主分区。扩展分区也就是除主分区外的分区，但它不能直接使用，必须再将它划分为若干个逻辑分区才行。逻辑分区也就是我们平常在操作系统中所看到的,D,、,E,、,F,等盘。,2.,分区格式,“格式化就相当于在白纸上打上格子”，而这分区格式就如同这“格子”的样式，不同的操作系统打“格子”的方式是不一样的，目前,Windows,所用的分区格式主要有,FAT16,、,FAT32,、,NTFS,，,其中几乎所有的操作系统都支持,FAT16,。,但采用,FAT16,分区格式的硬盘实际利用效率低，因此如今该分区格式已经很少用了。,FAT32,采用,32,位的文件分配表，使其对磁盘的管理能力大大增强，它是目前使用得最多的分区格式，,Win98/Me/2000/XP,都支持它。一般情况下，在分区时，阿,King,建议大家最好将分区都设置为,FAT32,的格式，这样可以获得最大的兼容性。,.,2.5.硬盘存储器,磁盘区间的划分和优化存储,3.,分区原则,不管使用哪种分区软件，我们在给新硬盘上建立分区时都要遵循以下的顺序：建立主分区建立扩展分区建立逻辑分区激活主分区格式化所有分区,2.,分区格式。,.,硬盘存储器,磁盘区间的划分和优化存储,一、磁盘空间的划分,进行格式化时候，除了对磁盘划分磁道，扇区外，还要分,4,个区：引导扇区、文件分配表、文件目录表和数据区。,（,1,）引导扇区：磁盘上第,0,面、,0,磁道、,1,扇区上放的是引导程序，就是引导扇区。,（,2,）文件分配表（,FAT,）,:,用于描述文件在软盘上的存放位置，以及整个磁盘的使用情况。,（,3,）文件目录表：存放磁盘目录下，所有文件和子目录的文件名和文件属性等。,（,4,）数据区：用来存放用户的信息的。,.,硬盘存储器,磁盘区间的划分和优化存储,二、用,Fdisk,进行分区,最简单的分区软件非“,Windows,启动软盘”中的“,Fdisk,”,莫