“计算机组成与系统结构”(第5章)

第五章１．如何区别存储器和寄存器？两者是一回事的说法对吗？解：存储器和寄存器不是一回事。

存储器在CPU 的外边，专门用来存放程序和数据，访问存储器的速度较慢。

寄存器属于CPU 的一部分，访问寄存器的速度很快。

２．存储器的主要功能是什么？为什么要把存储系统分成若干个不同层次？主要有哪些层次？解：存储器的主要功能是用来保存程序和数据。

存储系统是由几个容量、速度和价格各不相同的存储器用硬件、软件、硬件与软件相结合的方法连接起来的系统。

把存储系统分成若干个不同层次的目的是为了解决存储容量、存取速度和价格之间的矛盾。

由高速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器构成的三级存储系统可以分为两个层次，其中高速缓存和主存间称为Cache －主存存储层次（Cache 存储系统）；主存和辅存间称为主存—辅存存储层次（虚拟存储系统）。

３．什么是半导体存储器？它有什么特点？解：采用半导体器件制造的存储器，主要有MOS 型存储器和双极型存储器两大类。

半导体存储器具有容量大、速度快、体积小、可靠性高等特点。

半导体随机存储器存储的信息会因为断电而丢失。

４．SRAM 记忆单元电路的工作原理是什么？它和DRAM 记忆单元电路相比有何异同点？解：SRAM 记忆单元由６个MOS 管组成，利用双稳态触发器来存储信息，可以对其进行读或写，只要电源不断电，信息将可保留。

DRAM记忆单元可以由４个和单个MOS管组成，利用栅极电容存储信息，需要定时刷新。

５．动态RAM 为什么要刷新？一般有几种刷新方式？各有什么优缺点？解：DRAM 记忆单元是通过栅极电容上存储的电荷来暂存信息的，由于电容上的电荷会随着时间的推移被逐渐泄放掉，因此每隔一定的时间必须向栅极电容补充一次电荷，这个过程就叫做刷新。

常见的刷新方式有集中式、分散式和异步式３种。

集中方式的特点是读写操作时不受刷新工作的影响，系统的存取速度比较高；但有死区，而且存储容量越大，死区就越长。

分散方式的特点是没有死区；但它加长了系统的存取周期，降低了整机的速度，且刷新过于频繁，没有充分利用所允许的最大刷新间隔。

答： 所以，阿花儿老师一共养了8000头猪，是个土豪。
7 内存大小的计算
【例1】：某存储器的地址范围为1000H~4FFFH，其寻址范 围是（ 16 ）KB？
实际存储空间
1B 1B 1B 1B … 1B 1B
地址
4FFFH 4FFEH 4FFDH 4FFCH …. 1001H 1000H
解： 存储空间数量：
(1)运算器(ALU) 运算器主要由算术逻辑单元和各种寄存器组成。主 要功能是执行数值运算的加、减、乘、除等算术运算和 执行与、或、非的逻辑运算。
1.1 五大基本硬件-CPU
(2)控制器 控制器是计算机的指挥中枢，用于控制计算机各个部 件按照指令的功能要求协同工作，负责全机控制。其基 本功能是从内存取指令、分析指令、执行指令和向其他 部件发出控制信号。 控制器的主要部件由程序计数器(PC) 、指令寄存器 (IR) 、指令译码器(ID) 、操作控制器(OC)组成。
工具：编译程序
解释程序
2 系统软件-程序设计语言
解释方式：口译 特点：边翻译边执行 不产生目标程序
6 硬盘大小的计算
磁盘空间大小的计算 磁盘的数据存储是按照扇区进行存储的，同时，存储
容量是硬盘的主要参数。目前机械硬盘存储容量已经超过 6TB，一般的计算机也会达到几百GB到几TB，存储容量的 公式为：
存储容量=盘面数 × 磁道数 × 扇区数 × 每个扇区容量 例如：一个机械硬盘有64个扇面，1600个磁道，1024个扇
4FFFH-1000H+1 = 4000H 转换成十进制： 4000H = 4*163 空间大小： 4*163/210 = 16KB
02软件系统
1 基本概念
► 软件
程序、程序运行所需要的数据及开发、使用和维护这些程序所需要的文档。

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只读存储器 Read-only memory (ROM) ROM的内容是由制造商写进去的
特性1：用户只能读不能写。
特性 2 ：非易失性。当切断电源后， 储存在 ROM 中的数据不会丢失。通常 用来存储那些关机后也不能丢失的程序 或数据
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只读存储器 Read-only memory (ROM)
中央处理单元 (CPU) 用于数据的运算.
在大多数体系结构中，它有三个组成部分：
算术逻辑单元 (ALU) 控制单元
寄存器组（ 快速存储单元）
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Figure 5.2 中央处理单元(CPU)
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算术逻辑单元 The arithmetic logic unit (ALU)
算术逻辑单元对数据进行逻辑、移位和算术运算。 逻辑运算：非、与、或、异或 移位运算：逻辑移位运算和算术移位运算。 逻辑移位运算对无符号整数进行向左或右的移位 算术移位运算对带符号整数进行向左或右的移位 算术运算：第4章已讨论整数和实数的算术运算。
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i 内存地址用无符号二进制整数定义。
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Example 5.1
16千兆字节是（
）字节？
A、 216
解：B
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
B、234
C、240
D、244
E、256
16千兆＝24×210×220
17:28
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Example 5.2
16T字节是（
）字节？
A、 216
解：D
B、234
C、240
需要借助激光把转换后的二进制数据刻在具 有反射能力的盘片上。 与磁盘相同，光存储设备也是以二进制数据 的形式来存储信息。

· 读取CMOS-SRAM中的设备配置，确 定硬件运行环境。
· 系统引导、启动。


· 基本的输入输出控制程序。 · 存储一些重要的数据参数。 · 部分机器还含有硬化的部分操作系统。


ROM-BIOS一般为几十KB的容量，并 有逐渐加大的趋势，常为掩膜式ROM。 目前高档PC机已采用快速擦写存储器， 使ROM BIOS 的功能由软盘软件支撑升级。


5.4.5 页式虚拟存储器 页式虚拟存储器中的基本信息传送单 位为定长的页。


5.4.6 段页式虚拟存储器简介
段式虚拟存储器和页式虚拟存储器各有 其优缺点，段页式管理综合了两者的优点， 将存储空间仍按程序的逻辑模块分成段， 以保证每个模块的独立性及便于用户公用； 每段又分成若干个页。 页面大小与实存页相同，虚存和实存之 间的信息调度以页为基本传送单位。


2．CMOS-RAM 用于记录设备配置参数，如内存容量， 显示器类型，软硬磁盘类型及时钟信息等。 CMOS-RAM采用CMOS工艺制成，功耗很 少。


3．ROM-BIOS

ROM-BIOS用于存放基本的输入输出 系统程序，是操作系统驻留在内存中的最 基本部分，其主要用于以下几个方面。

· 开机后的自检。检测对象涉及计算机 系统的各主要功能部件包括CPU、ROM、 RAM、系统接口电路和键盘、软、硬磁 盘等外设。

5.1.1存储器的分类
1. 按存储介质分 按存储介质可以将存储器分为三种：半 导体存储器、磁表面存储器和光存储器。



2. 按存取方式分

按照存储器的存取可方式分为随机存取 （读写）存储器、只读存储器、顺序存取存 储器和直接存取存储器等。