【文章內容簡介】 還有一個 MediaCodec I/O芯片 ， 它是一個 A/D轉換器 ， 提供與寬帶網絡的接口 ， 大大增強了芯片的通信功能 。 2) Philips公司的 Trimedia Trimedia處理器是一個通用性的微處理器，可以大大增強 PC的多媒體功能，取代了 PC上的視頻卡和聲音卡。 第 2章 多媒體計算機系統(tǒng)結構 3) Chromatic Research公司的 Mpact Media Engine Mpact芯片類似于通用 DSP，但實際上是一個專用微處理器。它與主 CPU結合 (都在主板上 )，可以完成Windows圖形加速器、 3D圖形協(xié)處理器、 MPEG解壓卡、聲音卡、 FAX/MODEM和電話卡的功能。 第 2章 多媒體計算機系統(tǒng)結構 存儲器 內存儲器 內存是計算機的主存儲器 ， 它的速度較高 、 容量有限 、 價格較高 。 內存儲器的主要類型有： (1) ROM(Read Only Memory)只讀存儲器：主要存放 BIOS基本輸入 /輸出系統(tǒng) 。 (2) RAM(Random Access Memory)隨機存儲器：是計算機的主存儲器 ， RAM又可分為： 第 2章 多媒體計算機系統(tǒng)結構 ˙動態(tài) RAM：存儲單元電路以電容為基礎 ， 電路簡單 、集成度高 、 功耗小 ， 但必須定時刷新； ˙靜態(tài) RAM：存儲單元電路以雙穩(wěn)態(tài)電路為基礎 ， 狀態(tài)穩(wěn)定 ， 只要不掉電 ， 信息不會丟失 。 (3) SAM(Sequentially Addressed Memory)順序尋址存儲器 。 存儲器管理 1. 存儲體系 在價格合理的情況下 ， 高速 、 大容量存儲器無法只靠使用單一種類的存儲器件來實現(xiàn) 。 一個計算機系統(tǒng)的存儲器總是由多種存儲器構成存儲體系 ， 如圖 24所示 。 第 2章 多媒體計算機系統(tǒng)結構 圖 24 存儲體系 C P UC a ch eM外存第 2章 多媒體計算機系統(tǒng)結構 存儲體系由高速緩存 Cache、主存 M和大容量外存儲器組成。在 CPU和主存之間增加一級速度高、容量較小、每位價格較高的高速緩沖存儲器 (Cache)，借助于輔助硬件，使 Cache與主存構成一個整體，這對 CPU來說，有接近于 Cache的速度，接近于主存的容量，接近于主存的價格。外存儲器作為主存 M的大容量后緩存儲器，使得主存的虛擬容量大大擴充，但價格要比內存低得多。 第 2章 多媒體計算機系統(tǒng)結構 2. 存儲管理 高檔微機地址線為 32位，最大地址空間編址可達 4 GB，而實際的物理存儲器只有 32 MB、 64 MB、 128 MB或更多一些，但總是有限的，遠小于最大尋址 (編址 )空間。在程序運行過程中，為使存儲體系有效工作， CPU總是先在高速緩沖中查尋所需的程序塊。這就要求相應的程序塊已經在 Cache中準備好，這是基于計算機程序的局部性，包括時間局部性和空間局部性。時間局部性是指最近的未來要用到的信息很可能是現(xiàn)正在使用的信息，這主要是程序循環(huán)造成的； 第 2章 多媒體計算機系統(tǒng)結構 空間局部性是指最近的未來要用到的信息很可能與現(xiàn)在正在使用的信息在程序的空間上是相鄰或相近的，這主要是由于指令通常是順序執(zhí)行的，以及數(shù)據(jù)一般是以向量、陣列、樹形、表格等形式簇聚存儲的，這說明運行程序未來被訪問信息的地址在某種程度上是可以預測的。只要從主存 M與 Cache之間的調度算法使 CPU查找信息塊在 Cache的命中率足夠高，就可以獲得很高的存取速度。 如果 CPU在 Cache中未能獲得所需的程序塊 ， 則主存一邊將相關的指令和數(shù)據(jù)直接送 CPU運行 ， 一邊按塊傳送Cache， 以供下次 CPU可以在 Cache中直接存取指令和數(shù)據(jù) 。 第 2章 多媒體計算機系統(tǒng)結構 外存儲器是主存 M的大容量后緩存儲器。操作系統(tǒng)通過輔助硬件在主存 M和外存中按段、頁或段頁式進行調度管理。調度算法應盡可能提高主存 M的命中率。 第 2章 多媒體計算機系統(tǒng)結構 總線與接口 總線 1. 總線的基本概念 1) 總線 計算機總線是連接計算機內各個部件的一組物理信號線 ， 也是計算機與外部設備之間傳遞信息的公用通道 。 總線可以分為局部總線和擴展總線 。 局部總線是指 CPU內部或與存儲器之間交換信息的總線；擴展總線則是指 CPU、 存儲器與各類 I/O設備之間互相連接交換信息的總線 ， 也稱系統(tǒng)總線或 I/O總線 。 在計算機系統(tǒng)中 ， 通過內部總線和擴展總線的連接作用 ， 使計算機系統(tǒng)中各個部件 ， 如 CPU、 Cache、內存 、 外存 、 I/O設備等 ， 協(xié)調地執(zhí)行 CPU發(fā)出的指令 。 第 2章 多媒體計算機系統(tǒng)結構 2) 總線周期 總線上主從設備 (或模塊 )之間完成一次信息交換的時間稱為總線操作周期或傳輸周期 。 工作過程可分為四個階段 。 (1) 總線請求和判決階段：提出使用總線的設備 (或模塊 )稱為主設備 (模塊 )， 由總線使用判決機構確定把下一個總線周期分配給優(yōu)先級高的請求源 。 (2) 尋址階段：取得總線使用權的主模塊通過總線對端口或存儲器尋址 ， 啟動從設備 (或模塊 )。 (3) 數(shù)據(jù)交換階段：主設備與從設備進行數(shù)據(jù)交換 。 (4) 結束階段：主從模塊從總線上撤除 ， 讓出總線 。 第 2章 多媒體計算機系統(tǒng)結構 3) 總線分組 總線可分三組 ， 即地址線 (AB)， 8位 16位或 32位；數(shù)據(jù)線 (DB)， 16位 、 32位或 64位；控制總線 (CB)， 一般為 16位 。 4) 總線周期與指令周期 、 時鐘周期的關系 時鐘周期： CPU的主頻 ， 一個周期 T稱為一個 T狀態(tài) 。 總線周期：指 CPU對存儲器或 I/O端口完成一次讀 /寫操作的時間 ， 也叫機器周期 ， 一般由兩個或更多機器周期組成 。 例如 ， PC/XT由 T T T T4 四個機器周期或不夠時在 T T4之間插入 TW等待周期 。 指令周期：從取指令開始執(zhí)行至該指令執(zhí)行完畢的時間稱指令周期。 第 2章 多媒體計算機系統(tǒng)結構 2. 高檔 PC系列微機總線的層次結構 以總線實現(xiàn)計算機多模塊之間的互連 ， 既簡單方便 ，成本又低 。 由于系統(tǒng)總線是在爭用基礎上工作的 ， 當總線上連接的模塊太多時 ， 將使總線的通信速度降低 ， 因此 ， 大多數(shù)高檔微機都采用了多層總線結構 。 速度相近的模塊使用同一類總線 ， 速度差異較大的模塊則使用不同速度的總線 。 Pentium PC三層多總線結構可分為 CPU總線、 PCI總線和 ISA總線，如圖 25所示。其基本工作原理如下述。 第 2章 多媒體計算機系統(tǒng)結構 圖 25 Pentium PC總線結構示意圖 P e nt i umC P U芯片可選P C I 總線到 I S A 總線橋芯片與D M A 邏輯中斷電池I S A 總線C P U 總線仲裁P C I 總線62 腳( 長槽 )主存與 C a c he控制器二級 C a c he( 256/ 512 K B )主存 ( D R A M )(4 ～ 128 M B )C P U 總線到P C I 總線芯片C P U 總線P C I 擴展槽北橋南橋R O M B I O S( 64/ 128 K B )實時鐘 / 日歷C O M S R A M8402M P U鍵盤鼠標控制器鼠標鍵盤36 腳( 短槽 )I S A 擴展槽120 腳第 2章 多媒體計算機系統(tǒng)結構 1) CPU總線 CPU總線是 64位數(shù)據(jù)線 、 32位地址線的同步總線 ，時鐘頻率為 MHz， 處理器內部時鐘是該頻率的倍頻 。CPU總線的功能是： (1) 連接 (4～ 128 MB)主存和 256 KB/512 KB的二級Cache； (2) 由主存控制器和 Cache控制器控制它們的數(shù)據(jù)傳送； (3) CPU總線可視作 CPU引腳的延伸 (經外圍電路組合 )。 第 2章 多媒體計算機系統(tǒng)結構 2) PCI總線 (Peripheral Component Interconnect， 外圍部件互連 ) PCI總線的功能如下： (1) 連接高速 I/O設備模塊 ， 如圖形顯示適配器 、 網絡接口控制器和硬盤控制器； (2) 上面通過 “ 橋 ” 芯片 (北橋 )與更高速的 CPU總線相連 ， 下面通過 “ 橋 ” 芯片 (南橋 )與較低速的 ISA總線相連； (3) PCI總線采用集中式總線仲裁方式 ， 有專用總線仲裁器； (4) 共有負載 10個，連接主板芯片算一個負載，每個PCI擴充槽算兩個負載。 第 2章 多媒體計算機系統(tǒng)結構 3) ISA總線 (Industry Standard Architecture) ISA總線是工業(yè)標準結構總線 ， PC/AT總線 ， 也稱 AT總線 。 (1) ISA總線與低速 I/O設備連接 。 (2) 保留 3～ 4個 ISA總線擴充槽 ， 以連接 16/8位適配卡 。 (3) ISA總線控制邏輯通過主板上的片級總線 (X總線 )與時鐘 /日歷 、 ROM BIOS、 鍵盤以及鼠標控制器相連 。 4) 升級換代 通過 “ 南橋 ” 和 “ 北橋 ” 芯片使 CPU總線 、 PCI總線 、ISA總線連成整體 ， 改變芯片組合就可以升級換代 。 第 2章 多媒體計算機系統(tǒng)結構 3. 總線標準 在多媒體計算機中 ， 普遍采用的總線有 ISA、 PCI、USB、 SCSI和 AGP等總線標準 ， 下面分別說明 。 1) ISA(Industry Standard Architecture)總線 ISA總線是工業(yè)標準結構總線 ， 是 IBM公司為 286/AT計算機制定的總線標準 ， 也稱 AT總線 。 2) PCI(Peripheral Component Interconnect)總線 PCI總線是外圍部件互連總線，是高性能局部總線，它把高度集成的外圍設備控制部件和插接卡連接到處理器/存儲器系統(tǒng)上去，可以從 32位升級到 64位，支持多處理器和并發(fā)工作。 第 2章 多媒體計算機系統(tǒng)結構 3) USB(Universal Serial Bus)總線 USB總線是通用串行總線，它是一種四芯的串行通信設備接口，主要作為計算機與外設之間的連接。該總線的通信速率可達 12 Mb/s，比傳統(tǒng)的串行通信接口速度高得多。USB總線可以把鍵盤、鼠標器、打印機、掃描儀、調制解調器、網絡 (HUB)等設備按統(tǒng)一的接口方式連接起來，使設備的連接更簡單，如圖 26所示。 為了實現(xiàn)外圍設備的統(tǒng)一接口和標準插座， USB被設計為樹狀連接。主機 PC作為根結點，把與 PC相連的設備分為兩類：一類設備還可以連接其他設備，稱為集線器 HUB，它帶有連接其他外設的端口；另一類設備不再連接其他外圍設備，稱為功能器 Function。 第 2章 多媒體計算機系統(tǒng)結構 圖 26 USB總線接口連接外設結構示意圖 R ou t eHUBF un c t i onHUBF un c t i onHUBPCF un c t i on F un c t i onF un c t i onHUBF un c t i onHUB鍵盤鼠標器 游 戲 操 作 桿打印機 外設揚聲器調 制 解 調 器 電話機外設 外設掃描儀第 2章 多媒體計算機系統(tǒng)結構 4) SCSI(Small Computer System Interface)總線 SCSI(小型計算機系統(tǒng)接口 )是計算機和外設之間的系統(tǒng)總線標準 ， 它是一個通用接口 。 SCSI總線上連接的主機適配器和 SCSI外設控制器總數(shù)不超過 8個 ， 可以連接磁盤 、 磁帶 、 CDROM、 可重寫光盤 、 打印機 、 掃描儀 、 通信設備等 。 5) AGP(Accelerated Graphics Port) 圖形加速端口 (AGP)是使外圍設備高速存取內存的技術標準，主要功能是大幅度提高主流 PC的圖形，尤其是 3D圖形的顯示能力。具體地說，是把 3D圖形芯片與內存 /PCI芯片相連接， 3D圖形芯片可以將主存作為幀緩沖器，實現(xiàn)高速存取。嚴格地說， AGP不是總線，它僅是考慮一對一連接的端口而已。 AGP總線系統(tǒng)的結構如圖 27所示。 第 2章 多媒體計算機系統(tǒng)結構 圖 27 AGP總線系統(tǒng)的結構 主內存AGPP C IC P U芯片組顯示芯片顯示內存操作系統(tǒng)應用程序