【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 不必設(shè)置專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)器，理論上能達(dá)到最高的讀寫(xiě)速度。但由于在尋址操作數(shù)或執(zhí)行指令發(fā)生轉(zhuǎn)移時(shí)產(chǎn)生非順序的訪問(wèn)內(nèi)存請(qǐng)求，并行性被破壞，使讀出一個(gè)主存字的平均的讀出時(shí)間不可能到達(dá)原來(lái)（與每一個(gè)單元存一個(gè)字相比）的幾分之一。 在多體結(jié)構(gòu)的主存儲(chǔ)器中，通常多選用把相鄰的存儲(chǔ)字放在不同的存儲(chǔ)體中，這被稱(chēng)為低位地址交叉的組織形式，它更符合程序運(yùn)行的局部性原理，有利于同時(shí)（或時(shí)間上有覆蓋）地讀寫(xiě)地址相鄰的幾個(gè)存儲(chǔ)字。 54 試題七 三 、 1． 何謂主存儲(chǔ)器的多體結(jié)構(gòu) ？ 為什么它能提高主存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)速度 ？ （ 9分 ） 所謂主存儲(chǔ)器的多體結(jié)構(gòu) ,是只把主存儲(chǔ)器分成幾個(gè)能獨(dú)立讀寫(xiě)的 、 字長(zhǎng)為一個(gè)主存字的主體 ,可以按讀寫(xiě)需要情況 ,分別對(duì)每個(gè)存儲(chǔ)體執(zhí)行讀寫(xiě) 。通過(guò)合理的組織方式 ,使幾個(gè)存儲(chǔ)體協(xié)同運(yùn)行 ,從而提供出比單個(gè)存儲(chǔ)體更高的 (幾倍 )讀寫(xiě)速度 。 因?yàn)椴捎枚囿w結(jié)構(gòu)的主存儲(chǔ)器執(zhí)行讀寫(xiě)操作時(shí) ，是在一個(gè)讀寫(xiě)周期內(nèi) ， 同時(shí)啟動(dòng)所有存儲(chǔ)體的讀寫(xiě)操作 （ 一體多字方案 ） ， 或順序地輪流啟動(dòng)各自的讀寫(xiě)周期 ， 啟動(dòng)每一個(gè)存儲(chǔ)體的讀寫(xiě)操作 （ 多體交叉編址方案 ） 。 這樣可以在主存儲(chǔ)器的一個(gè)工作周期內(nèi)或略多一點(diǎn)的時(shí)間內(nèi)可以讀出多個(gè)主存字 ， 從而提高了主存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)速度 。 55 教學(xué)計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器實(shí)例 教學(xué)計(jì)算機(jī)采用單總線結(jié)構(gòu)， 16位的地址總線（最大可尋址空間為 64K字）， 16位的數(shù)據(jù)總線和簡(jiǎn)化的控制總線。教學(xué)機(jī)實(shí)際只使用了 8K字的ROM和 2K字的 RAM，其余空間可作為擴(kuò)展內(nèi)存或擴(kuò)展輸入輸出接口、中斷和 DMA接口等教學(xué)實(shí)驗(yàn)的需要（電路版上設(shè)置了一些接線插孔）。 出于教學(xué)機(jī)器件安全需要，教學(xué)機(jī)通過(guò)兩片74LS245器件把數(shù)據(jù)總線隔斷為內(nèi)部總線 IB與外部總線兩部分。 56 8 8 13 低 8位數(shù)據(jù) 高 8位數(shù)據(jù) 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(xué)計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器組成 57 （ 1） 地址總線 （ AB15~AB0） 地址總線提供讀寫(xiě)內(nèi)存用的 16位地址，讀寫(xiě)輸入 /輸出接口用的 8位地址。 教學(xué)機(jī)的指令格式和教學(xué)機(jī)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?yàn)椋? ①程序計(jì)數(shù)器 PC，是由運(yùn)算器內(nèi)部的一個(gè)原為通用寄存器實(shí)現(xiàn)的，讀取指令時(shí)只能將 PC的內(nèi)容經(jīng) ALU送出。為讀取雙指令的第二個(gè)字也是如此。 ②教學(xué)機(jī)中的內(nèi)存讀寫(xiě)指令，無(wú)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(shù)尋址、堆棧尋址，址后的實(shí)際地址都是通過(guò) 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(jīng) ALU送往 AR。 58 （ 2） 控制總線 功能： 指明總線周期的類(lèi)型和本次輸入輸出操作完成的時(shí)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(hào)如下： /MMW（ 000）內(nèi)存寫(xiě) /MMR （ 001）內(nèi)存讀 /IOW （ 010） I/O寫(xiě) /IOR （ 011） I/O讀 NC （ 1xx） 不操作 59 （ 3） 數(shù)據(jù)總線 數(shù)據(jù)總線是計(jì)算機(jī)各部件之間完成數(shù)據(jù)傳送的線路。數(shù)據(jù)總線工作速度（頻率）和位數(shù)（總線寬度）的乘積決定總線上的最大數(shù)據(jù)傳送率。 教學(xué)機(jī)上的數(shù)據(jù)總線通過(guò)雙向三態(tài)門(mén)電路分割成內(nèi)部數(shù)據(jù)總線和外部數(shù)據(jù)總線。 內(nèi)部數(shù)據(jù)總線接收教學(xué)機(jī)主板上 16數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)的輸入數(shù)據(jù)，指令寄存器 IR低位字節(jié)的內(nèi)容，狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，運(yùn)算器輸出的結(jié)果的內(nèi)容，中斷向量寄存器的內(nèi)容。內(nèi)部總線上的信息可以送往指令寄存器 IR，狀態(tài)寄存器，運(yùn)算器的數(shù)據(jù)輸入端（ D）。 60 設(shè)計(jì)和使用數(shù)據(jù)總線的核心技術(shù) ——要保證總線被各部件分時(shí)共享。 數(shù)據(jù)總線一般用三態(tài)門(mén)構(gòu)成。 in 總線 out /C /C1 /C2 /C3 部件 1 部件 2 部件 3 三態(tài)門(mén)電路 用三態(tài)門(mén)構(gòu)建總線 61 （ 4）系統(tǒng)時(shí)鐘及時(shí)序 用 1. 8432MHz的晶振經(jīng) 6分頻得到的 鐘，用于驅(qū)動(dòng) CPU、 I/O總線，保持 CPU與內(nèi)存、 I/O讀寫(xiě)同步 進(jìn)行。 系統(tǒng)時(shí)鐘 CPU內(nèi)部的某些寄存器，通常在時(shí)鐘脈沖上升沿完成接收 操作。運(yùn)算器的通用寄存器在時(shí)鐘脈沖低電平接收輸入數(shù)據(jù)。 時(shí)鐘周期對(duì)應(yīng)一條微指令的時(shí)間（微周期或一 CPU周期）。 內(nèi)存和 I/O操作由兩個(gè)時(shí)鐘周期組成： 每個(gè)時(shí)鐘周期 =地址時(shí)間 +數(shù)據(jù)時(shí)間 62 （ 5）靜態(tài)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 教學(xué)機(jī)內(nèi)存空間分配： 0~2047 8K 16位的 ROM （用兩片 58C65， 8K 8構(gòu)成） 2048~4095 2K 16位的 RAM （用兩片 74LS6116， 2K 8構(gòu)成） 內(nèi)存字長(zhǎng)為 16位，按字尋址方式讀寫(xiě)。 16位地址低 11位 AB0~AB12分別與 ROM和 RAM的 AB0~AB12 對(duì)應(yīng)連接，以選中其中的一個(gè)單元。 AB1 AB1 AB13通過(guò) 38譯碼器譯出 8個(gè)片選信號(hào) CS7~CS0 ，其中 CS0作 ROM的片選信號(hào)， CS1作 RAM的 片選信號(hào)。 CS2~CS7用作擴(kuò)展內(nèi)存容量。 對(duì) RAM ，還需提供 /WE信號(hào)； 對(duì) ROM，只需提供片選信號(hào) /CS 。 63 8 8 13 低 8位數(shù)據(jù) 高 8位數(shù)據(jù) 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(xué)計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器組成 64 作業(yè) . 存儲(chǔ)器讀寫(xiě)操作時(shí)，地址信號(hào)，片選信號(hào)，讀寫(xiě)信號(hào)、讀出的數(shù)據(jù)或?qū)懭氲臄?shù)據(jù)，在時(shí)間配合上要滿足什么關(guān)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(duì)地址譯碼后選中相應(yīng)的單元，然后向芯片發(fā)出片選信號(hào)和讀信號(hào)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，從芯片輸出端輸出有效數(shù)據(jù)。當(dāng)讀出數(shù)據(jù)送至目的地后，才可撤消片選信號(hào)和讀命令。 在寫(xiě)周期，當(dāng)加入芯片地址有效后，先向芯片數(shù)據(jù)端寫(xiě)入數(shù)據(jù)。然后向芯片發(fā)出片選信號(hào)和寫(xiě)命令，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，有效數(shù)據(jù)被寫(xiě)入芯片的某個(gè)地址單元，然后才可撤消片選信號(hào)和寫(xiě)命令。 65 模擬試題 三 、 2 用 16K*8 bit 的靜態(tài)存儲(chǔ)器器件實(shí)現(xiàn)64K*16 bit的主存儲(chǔ)器系統(tǒng) ， 按字尋址 ， 請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)并畫(huà)出該主存儲(chǔ)器的邏輯框圖 ， 說(shuō)明地址總線和數(shù)據(jù)總線的位數(shù) ， 該存儲(chǔ)器與 16位字長(zhǎng)的 CPU的連接關(guān)系 。 答案： 該存儲(chǔ)器所用器件的容量為16K*8 bit， 為實(shí)現(xiàn) 64K的總?cè)萘?， 要用 4片存儲(chǔ)器芯片實(shí)現(xiàn)字?jǐn)U展 ， 為實(shí)現(xiàn) 16位的字長(zhǎng) ，每個(gè)字要用 2片芯片實(shí)現(xiàn)位擴(kuò)展 ， 故該主存總計(jì)用 8片存儲(chǔ)器芯片實(shí)現(xiàn) 。 要尋址 64K字 ，內(nèi)存地址應(yīng)為 16位； CPU與內(nèi)存字長(zhǎng)為 16位 ，故數(shù)據(jù)總線也應(yīng)為 16位 。 (邏輯框圖見(jiàn)下圖 ) 66 片選信號(hào) 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(xué)計(jì)算機(jī)中，用多片靜態(tài)存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成完整的存儲(chǔ)器部件時(shí)，實(shí)現(xiàn) ROM存儲(chǔ)區(qū)時(shí)，是在相應(yīng)的器件插座是插上（ B ）芯片；實(shí)現(xiàn) RAM存儲(chǔ)區(qū)時(shí)，是在相應(yīng)的器件插座是插上（ H ）芯片；實(shí)現(xiàn)容量擴(kuò)展時(shí)，是把相關(guān)存儲(chǔ)器芯片的（ A ）線的每一對(duì)應(yīng)的印腳連接在一起，用（ F ）信號(hào)區(qū)分其中每個(gè)存儲(chǔ)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(chǎn)生內(nèi)存儲(chǔ)器的芯片的片選信號(hào)，這個(gè)地址譯碼器僅在執(zhí)行內(nèi)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(nèi)存儲(chǔ)器每個(gè)芯片的（ C ）線引腳，用于選擇每個(gè)芯片內(nèi)的不同的存儲(chǔ)單元。同一個(gè)內(nèi)存儲(chǔ)器讀寫(xiě)命令（ D ）接到一個(gè)內(nèi)存儲(chǔ)器每個(gè) RAM芯片的 /WE管腳。 A. 數(shù)據(jù) 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(xiě) N. 運(yùn)行 答案： B H A F J M K C D 68 外存儲(chǔ)器設(shè)備與磁盤(pán)陣列技術(shù) 磁盤(pán) 外存設(shè)備 磁帶 光盤(pán) 特點(diǎn)：存儲(chǔ)容量大，存儲(chǔ)成本低，斷電后能長(zhǎng)期 保存信息，還可脫機(jī)保存信息（光盤(pán)、軟盤(pán)、磁帶） 69 外存設(shè)備概述 外存設(shè)備概述 1. 外存設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo) （ 1）存儲(chǔ)密度 （ 2）存儲(chǔ)容量 （ 3）尋址時(shí)間 （ 4）數(shù)據(jù)傳輸率 （ 5）誤碼率 （ 6）價(jià)格 70 （ 1）存儲(chǔ)密度 在磁介質(zhì)單位長(zhǎng)度或單位面積上所存二進(jìn)制信息的數(shù)量。對(duì)于磁盤(pán)，通常用道密度和位密度來(lái)表示，也可以用兩者的乘積來(lái)表示。對(duì)磁帶設(shè)備，通常總是用位密度來(lái)表示。 （ 2）存儲(chǔ)容量 一臺(tái)設(shè)備所能存儲(chǔ)的總信息數(shù)量，以字節(jié)為單位表示。 71 （ 3）尋址時(shí)間 磁盤(pán)屬于按直接存取方式讀寫(xiě)的設(shè)備 磁頭沿磁盤(pán)的徑向方向運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)磁道的時(shí)間 尋址時(shí)間 在目標(biāo)磁道上等待磁盤(pán)被讀寫(xiě)區(qū)段旋轉(zhuǎn)道磁頭 下面的時(shí)間 各取最大和最小時(shí)間的平均時(shí)間之和來(lái)表示。 磁帶設(shè)備是用順序存取方式完成讀寫(xiě)的。要讀寫(xiě)磁帶上某個(gè) 區(qū)域上的信息，首先要等待該磁帶旋轉(zhuǎn)到該區(qū)域，所用時(shí)間是 幾分鐘到十幾分鐘。 72 （ 4）數(shù)據(jù)傳輸率 磁表面存儲(chǔ)器在單位時(shí)間內(nèi)可以傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)量，通常用二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)或字節(jié)數(shù)表示。它與設(shè)備本身的讀寫(xiě)速度和接口邏輯線路有關(guān)。 （ 5） 誤碼率 衡量磁表面設(shè)備運(yùn)行可靠性的重要指標(biāo)。誤碼率等于讀操作過(guò)程中，出錯(cuò)信息量在讀出的全部信息中所占的比例。 （ 6） 價(jià)格 外存設(shè)備的本身價(jià)格較貴，但因?yàn)榇鎯?chǔ)容量特別大，存儲(chǔ)單位信息（如 1KB）所占的平均價(jià)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(shè)備，是在磁頭和磁性材料的 記錄介質(zhì)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)電磁轉(zhuǎn)換過(guò) 程完成讀寫(xiě)的。 74 Br B H +HC HC +Hm Hm +Bm Bm 0 I 0 寫(xiě)“ 0”電流 寫(xiě)“ 1”電流 Br 75 磁表面存儲(chǔ)器的磁性材料具有矩形磁滯回