信概知识点2
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静态RAM的六管基本存储单元
行选择线
+5V T5 T3 A T1 T4 B T2 T6
1. T1和T2组成一个双稳态 触发器，用于保存数据。 T3和T4为负载管。 2. 如A点为高电压，则B点 为低电压。
D
C
3. 行选择线有效（高电平） 时，A 、B处的数据信 息通过门控管T5和T6送 至C、D点。
好好想想，有没有问题？
谢 谢 ！
《计算概论A》课程 计算机基础 计算机的组成与结构
李 戈
北京大学 信息科学技术学院 软件研究所 2010年9月29日
课堂提问： 为什么计算机能够进行计算？ （为什么计算机能够完成计算任务？）
回顾一下
为什么能计算：
所有的数字运算都可以转换为二进制数的计算； 所有的二进制数的计算都可以根据“布尔代数”
高速缓存
CACHE(高速缓存)
先把数据预写到其中，需要
时直接从它读出，从而缩短 了CPU的等待时间
CPU内部的缓存叫内部高速
缓存(Internal Cache)或一级 高速缓存，主板上的缓存叫 外部高速缓存(External Cache)或二级高速缓存
内 存
主存储器又称内存储器，简称内存
扩展数据输出动态存储器 在把数据发送给CPU的同时去访问下一个页面，从而 提高了工作效率（约比传统的DRAM快15~30%）。 工作在CPU外部总线的频率上，与CPU的时钟同步， 无等待周期，减少数据传输延迟。 双数据输出同步动态存储器 DDR SDRAM 从理论上来讲，可以把RAM的速度提升一 倍，它在时钟的上升沿和下降沿都可以读出数据。
冯·诺依曼结构
程序存储计算机
控制器（Control unit）
– 统一指挥并控制计算机各部件协调工作的中心部件
运算器
– 算术逻辑单元，Arithmetic and Logic Unit（ALU） – 对数据进行算术运算和逻辑运算
内存储器
– –
内存（Memory 或 Primary Storage） 存储现场待操作的信息与中间结果，包括机器指令和数据。 外存（Permanent Storage） 存储需要长期保存的各种信息 接收外界向计算机输送的信息 将计算机中的信息向外界输 送
KB＝1000B，1MB＝1000KB 1GB＝1000MB，1TB＝1000GB
地址与数据单元
0x0012FF70 0x0012FF72 0x0012FF74 0x0012FF76 0x0012FF78 0x0012FF7A
地址
……
……
15 2 76 30 126 5
内存单元
地址与数据单元
直接与CPU相连 使用大规模集成电路作为主存储器，速度很快，访问 一次（读写一次）的时间通常在几十纳秒的数量级 当前运行的程序和数据都存放在主存储器中供中央处 理器调用，处理的结果也存入主存储器中
存储器
RAM（Random Access Memory） DRAM（Dynamic RAM） ●可随机存取，但必须周期性的刷新以保持存储内容 SRAM（Static RAM） ●可随机存取，且不需要周期性刷新的存储器 ROM（Read Only Memory） ROM（掩膜 ROM） ●ROM生产时写入，用户不可更改 PROM（Programmable ROM，熔丝PROM） ● 生产时空白，用户可写入，但写入后不可更改 EPROM（Erasable PROM，紫外线EPROM） ● 可擦除重写，但必须使用专用设备 EEPROM（Electrically EPROM） Flash EPROM （快速可擦除编程只读存储器）
T8 I/O
T7 I/O
列选择线
集成度低，但速度快，价格高，常用做Cache
4. 列选择线有效（高电平） 时，C 、D处的数据信 息通过门控管T7和T8送 至芯片的数据引脚I/O。
Intel 2114 RAM 矩阵 (64 × 64)
内 存
EDO DRAM（Extended Data Out DRAM）
外设（Peripherals）
– 外存、输入设备和输出设备，统称为外部设备。
CPU
—— 控制器 & 运算器
CPU的工作周期
冯·诺依曼计算机 – 按“存储程序原理”造出的就是“程 序存储计算机” – 到目前为止所有主流计算机都是程序 存储计算机 计算机的基本运行过程 – 两步循环——“CPU基本循环” CPU每次从存储器取出要求它执行
IDE（Integrated Drive Electronics）
●一般用于个人计算机 ●数据传输速率8‐16.6MB/秒
SCSI（Small Computer System Interface）
●一般用于工作站 ●数据传输速率100MB/秒
SATA（Serial Advanced Technology Attachment ）
指令格式的五种类型
零地址指令 一地址指令 二地址指令 三地址指令
OP – 例如：NOP 、HLT，也叫无操作数指令 OP OP A A1 A2
– 例如：递增，移位，取反，INC AX，NOT BX
– 例：[A1]+[A2]→[A1]，[A2]为源地址，[A1]目的地址
OP
A1
A2
A3
– 例： [A1]+[A2]→[A3]，其中[A1]、[A2]为源地址，[A3] 为目的地址，操作后源地址内容不变仅被拷贝
外存储器
– –
输入设备（Input devices）
–
输出设备（Output devices）
–
程序存储计算机
CPU（Central Processing Unit）
– 控制器和运算器是被制造在同一块超大规模集成电路中的，称 为中央处理器。
系统单元（System Unit）
– CPU 和内存，统称为计算机的系统单。
理论转换为基本的“布尔运算” ；
基本的“布尔运算”都可以由基本电路完成；
接下来的问题：
如何完成计算？运行过程如何？
计算机：图灵机的一种实现
“存储程序控制”原理
“存储程序控制”原理的基本内容是： (1) 采用二进制形式表示数据和指令； (2) 将程序（数据和指令序列）预先存放在主存 储器中，使计算机在工作时能够自动地从存储器 中取出指令，并加以执行； (3) 由运算器 、控制器、存储器、输入设备、输 出设备五大基本部件组成计算机系统，并规定了 这五大部件的基本功能。
编写好的计算机程序
编译
CPU能够接受的指令
数字逻辑电路
最基本的逻辑运算
指令
指令
CISC（复杂指令集计算）
– Complex Instruction Set Computing – 指令数目多而且复杂，在执行速度上不如risc指令集
RISC（精简指令集计算）
– Reduced Instruction Set Computing – RISC 的指令系统相对简单，它只要求硬件执行很有 限且最常用的那部分指令，大部分复杂的操作则使用 成熟的编译技术，由简单指令合成。 – 指令集中大多数操作都是寄存器到寄存器之间的操作
SDRAM（Synchronous DRAM）同步动态存储器
DDR（Double Data Rate SDRAM）
存储容量的量化单位
位（bit）：基本存储单位，表示0/1 字节（Byte）：8个bit为1字节 千字节（KB）：1KB表示的是210 = 1024个字节。 兆字节（MB，Mega Byte）：百万字节，220字节 千兆字节（GB，Giga Byte）：十亿字节，230字节 兆兆字节（TB，Tera Byte）：万亿字节，240字节 通常产品上标出的容量单位是按十进制换算的。
盘面
磁道
硬盘容量计算公式
柱面
C = p×n×k ×l ×m
盘片数 p 盘面数 n 磁道数 k
扇区数 l 扇区字节数 m
扇区
读写磁头
硬盘的读写
每一个磁面都会有一个磁头，从最上面开始，从0开始编号 磁头在停止工作时，在着陆区与磁盘接 触，在此区域启停 所有磁头固定在一起，同时移到磁盘的某个磁道位置 从外向内依次编号，最外磁道为0磁道，最内磁道为n磁道 盘片高速旋转，磁头处于离盘面数据区0.2---0.5微米高度 硬盘转速
光存储技术与光盘
主机箱
现代计算机抽象模型
主板
主 板
主板
Mother Board, Main Board, System Board 是个人计算机的电路主体 主板的数据总线、地址总线和控制总线将CPU和存储 设备以及输入/输出设备连接集成 提供多种接口，以便将更多的存储设备和输入/输出设 备（外围设备）连接到主机中来
可变地址指令：指令长度是可变的，如Pentium机。
CPU工作原理
CPU的参数
中央处理器（CPU）
CPU执行指令的速度（主频） 数据总线的二进制位数（数据字长）
●数据总线宽度则决定了CPU与二级高速缓存、
内存以及输入/输出设备之间一次数据传输 的信息量。
地址总线宽度（地址长度）
●决定了CPU可以访问的物理地址空间 ●地址总线宽度为32位，最多可以直接访问
