【文章內容簡介】 不必設置專門的數據緩沖存儲器，理論上能達到最高的讀寫速度。但由于在尋址操作數或執(zhí)行指令發(fā)生轉移時產生非順序的訪問內存請求，并行性被破壞，使讀出一個主存字的平均的讀出時間不可能到達原來（與每一個單元存一個字相比）的幾分之一。 在多體結構的主存儲器中，通常多選用把相鄰的存儲字放在不同的存儲體中，這被稱為低位地址交叉的組織形式，它更符合程序運行的局部性原理，有利于同時（或時間上有覆蓋）地讀寫地址相鄰的幾個存儲字。 54 試題七 三 、 1． 何謂主存儲器的多體結構 ？ 為什么它能提高主存儲器的讀寫速度 ？ （ 9分 ） 所謂主存儲器的多體結構 ,是只把主存儲器分成幾個能獨立讀寫的 、 字長為一個主存字的主體 ,可以按讀寫需要情況 ,分別對每個存儲體執(zhí)行讀寫 。通過合理的組織方式 ,使幾個存儲體協(xié)同運行 ,從而提供出比單個存儲體更高的 (幾倍 )讀寫速度 。 因為采用多體結構的主存儲器執(zhí)行讀寫操作時 ，是在一個讀寫周期內 ， 同時啟動所有存儲體的讀寫操作 （ 一體多字方案 ） ， 或順序地輪流啟動各自的讀寫周期 ， 啟動每一個存儲體的讀寫操作 （ 多體交叉編址方案 ） 。 這樣可以在主存儲器的一個工作周期內或略多一點的時間內可以讀出多個主存字 ， 從而提高了主存儲器的讀寫速度 。 55 教學計算機內存儲器實例 教學計算機采用單總線結構， 16位的地址總線（最大可尋址空間為 64K字）， 16位的數據總線和簡化的控制總線。教學機實際只使用了 8K字的ROM和 2K字的 RAM，其余空間可作為擴展內存或擴展輸入輸出接口、中斷和 DMA接口等教學實驗的需要（電路版上設置了一些接線插孔）。 出于教學機器件安全需要，教學機通過兩片74LS245器件把數據總線隔斷為內部總線 IB與外部總線兩部分。 56 8 8 13 低 8位數據 高 8位數據 58C65 8K 8 58C65 8K 8 6116 2K 8 38譯碼器 高 3位 低 13位地址 6116 /CS0 /CS1 /WE 0 ~ 1FFFH 2022H ~ 27FFH CS7 ~ CS0 地址寄存器（ AR） 8 11 8 13 13 RAM ROM AB15~AB13 AB12~AB0 教學計算機的存儲器組成 57 （ 1） 地址總線 （ AB15~AB0） 地址總線提供讀寫內存用的 16位地址，讀寫輸入 /輸出接口用的 8位地址。 教學機的指令格式和教學機本身的特性，決定了將送往地址寄存器的地址信息只能由 ALU輸出。這是因為： ①程序計數器 PC，是由運算器內部的一個原為通用寄存器實現的，讀取指令時只能將 PC的內容經 ALU送出。為讀取雙指令的第二個字也是如此。 ②教學機中的內存讀寫指令，無論使用哪種尋址方式，包括寄存器間接尋址，變址尋址、立即數尋址、堆棧尋址，址后的實際地址都是通過 ALU送出的。 ③輸入 /輸出指令中的輸入 /輸出地址，給出在指令寄存器器的低位字節(jié)，也經 ALU送往 AR。 58 （ 2） 控制總線 功能： 指明總線周期的類型和本次輸入輸出操作完成的時刻。用一片雙 24譯碼器器件 34LS139給出。輸入的三位控制碼是 /MIO、 /REQ、 /WE，輸出信號如下： /MMW（ 000）內存寫 /MMR （ 001）內存讀 /IOW （ 010） I/O寫 /IOR （ 011） I/O讀 NC （ 1xx） 不操作 59 （ 3） 數據總線 數據總線是計算機各部件之間完成數據傳送的線路。數據總線工作速度（頻率）和位數（總線寬度）的乘積決定總線上的最大數據傳送率。 教學機上的數據總線通過雙向三態(tài)門電路分割成內部數據總線和外部數據總線。 內部數據總線接收教學機主板上 16數據開關的輸入數據，指令寄存器 IR低位字節(jié)的內容，狀態(tài)寄存器的內容，運算器輸出的結果的內容，中斷向量寄存器的內容。內部總線上的信息可以送往指令寄存器 IR，狀態(tài)寄存器，運算器的數據輸入端（ D）。 60 設計和使用數據總線的核心技術 ——要保證總線被各部件分時共享。 數據總線一般用三態(tài)門構成。 in 總線 out /C /C1 /C2 /C3 部件 1 部件 2 部件 3 三態(tài)門電路 用三態(tài)門構建總線 61 （ 4）系統(tǒng)時鐘及時序 用 1. 8432MHz的晶振經 6分頻得到的 鐘，用于驅動 CPU、 I/O總線，保持 CPU與內存、 I/O讀寫同步 進行。 系統(tǒng)時鐘 CPU內部的某些寄存器，通常在時鐘脈沖上升沿完成接收 操作。運算器的通用寄存器在時鐘脈沖低電平接收輸入數據。 時鐘周期對應一條微指令的時間（微周期或一 CPU周期）。 內存和 I/O操作由兩個時鐘周期組成： 每個時鐘周期 =地址時間 +數據時間 62 （ 5）靜態(tài)存儲器的擴展 教學機內存空間分配： 0~2047 8K 16位的 ROM （用兩片 58C65， 8K 8構成） 2048~4095 2K 16位的 RAM （用兩片 74LS6116， 2K 8構成） 內存字長為 16位，按字尋址方式讀寫。 16位地址低 11位 AB0~AB12分別與 ROM和 RAM的 AB0~AB12 對應連接，以選中其中的一個單元。 AB1 AB1 AB13通過 38譯碼器譯出 8個片選信號 CS7~CS0 ，其中 CS0作 ROM的片選信號， CS1作 RAM的 片選信號。 CS2~CS7用作擴展內存容量。 對 RAM ，還需提供 /WE信號； 對 ROM，只需提供片選信號 /CS 。 63 8 8 13 低 8位數據 高 8位數據 58C65 8K 8 58C65 8K 8 6116 2K 8 38譯碼器 高 3位 低 13位地址 6116 /CS0 /CS1 /WE 0 ~ 1FFFH 2022H ~ 27FFH CS7 ~ CS0 地址寄存器（ AR） 8 11 8 13 13 RAM ROM AB15~AB13 AB12~AB0 教學計算機的存儲器組成 64 作業(yè) . 存儲器讀寫操作時，地址信號，片選信號，讀寫信號、讀出的數據或寫入的數據，在時間配合上要滿足什么關系？ 答：在讀周期，有效地址先加在芯片地址端，保持不變，芯片對地址譯碼后選中相應的單元，然后向芯片發(fā)出片選信號和讀信號，經過一段時間后，從芯片輸出端輸出有效數據。當讀出數據送至目的地后，才可撤消片選信號和讀命令。 在寫周期，當加入芯片地址有效后，先向芯片數據端寫入數據。然后向芯片發(fā)出片選信號和寫命令，經過一段時間后，有效數據被寫入芯片的某個地址單元，然后才可撤消片選信號和寫命令。 65 模擬試題 三 、 2 用 16K*8 bit 的靜態(tài)存儲器器件實現64K*16 bit的主存儲器系統(tǒng) ， 按字尋址 ， 請設計并畫出該主存儲器的邏輯框圖 ， 說明地址總線和數據總線的位數 ， 該存儲器與 16位字長的 CPU的連接關系 。 答案： 該存儲器所用器件的容量為16K*8 bit， 為實現 64K的總容量 ， 要用 4片存儲器芯片實現字擴展 ， 為實現 16位的字長 ，每個字要用 2片芯片實現位擴展 ， 故該主存總計用 8片存儲器芯片實現 。 要尋址 64K字 ，內存地址應為 16位； CPU與內存字長為 16位 ，故數據總線也應為 16位 。 (邏輯框圖見下圖 ) 66 片選信號 16 /WE /CS3 /CS2 /CS1 /CS0 A14 A15 A13~A0 16 地址寄存器 譯碼器 8 8 CPU 67 2022年 1月試題 二、 1. 在教學計算機中，用多片靜態(tài)存儲器芯片構成完整的存儲器部件時，實現 ROM存儲區(qū)時，是在相應的器件插座是插上（ B ）芯片；實現 RAM存儲區(qū)時，是在相應的器件插座是插上（ H ）芯片；實現容量擴展時，是把相關存儲器芯片的（ A ）線的每一對應的印腳連接在一起，用（ F ）信號區(qū)分其中每個存儲器芯片的所處的地址范圍；把地址總線的（ J ）部分送到地址譯碼器完成譯碼以產生內存儲器的芯片的片選信號，這個地址譯碼器僅在執(zhí)行內存（ M ）期間才允許執(zhí)行譯碼功能。地址總線的（ K ）部分直接連接到內存儲器每個芯片的（ C ）線引腳，用于選擇每個芯片內的不同的存儲單元。同一個內存儲器讀寫命令（ D ）接到一個內存儲器每個 RAM芯片的 /WE管腳。 A. 數據 B. ROM C. 地址 D. 可以 F. 片選 G. 讀 H. RAM I. 不可以 J. 高位 K. 低位 L. 控制 M. 讀 /寫 N. 運行 答案： B H A F J M K C D 68 外存儲器設備與磁盤陣列技術 磁盤 外存設備 磁帶 光盤 特點：存儲容量大，存儲成本低，斷電后能長期 保存信息，還可脫機保存信息（光盤、軟盤、磁帶） 69 外存設備概述 外存設備概述 1. 外存設備的主要技術指標 （ 1）存儲密度 （ 2）存儲容量 （ 3）尋址時間 （ 4）數據傳輸率 （ 5）誤碼率 （ 6）價格 70 （ 1）存儲密度 在磁介質單位長度或單位面積上所存二進制信息的數量。對于磁盤，通常用道密度和位密度來表示，也可以用兩者的乘積來表示。對磁帶設備，通?？偸怯梦幻芏葋肀硎尽? （ 2）存儲容量 一臺設備所能存儲的總信息數量，以字節(jié)為單位表示。 71 （ 3）尋址時間 磁盤屬于按直接存取方式讀寫的設備 磁頭沿磁盤的徑向方向運動到目標磁道的時間 尋址時間 在目標磁道上等待磁盤被讀寫區(qū)段旋轉道磁頭 下面的時間 各取最大和最小時間的平均時間之和來表示。 磁帶設備是用順序存取方式完成讀寫的。要讀寫磁帶上某個 區(qū)域上的信息，首先要等待該磁帶旋轉到該區(qū)域，所用時間是 幾分鐘到十幾分鐘。 72 （ 4）數據傳輸率 磁表面存儲器在單位時間內可以傳輸數據的數量，通常用二進制數的位數或字節(jié)數表示。它與設備本身的讀寫速度和接口邏輯線路有關。 （ 5） 誤碼率 衡量磁表面設備運行可靠性的重要指標。誤碼率等于讀操作過程中，出錯信息量在讀出的全部信息中所占的比例。 （ 6） 價格 外存設備的本身價格較貴，但因為存儲容量特別大，存儲單位信息（如 1KB）所占的平均價格最低。 73 2. 磁記錄原理與記錄方式 （ 1）磁記錄原理 磁表面記錄設備，是在磁頭和磁性材料的 記錄介質之間有相對運動時，通過電磁轉換過 程完成讀寫的。 74 Br B H +HC HC +Hm Hm +Bm Bm 0 I 0 寫“ 0”電流 寫“ 1”電流 Br 75 磁表面存儲器的磁性材料具有矩形磁滯回