CPU的组成和存储器的原理
中央处理器
运算器组成:
算术逻辑单元(ALU)
通用寄存器组(R1 ~Rn)
多路选择器(Mn)
标志寄存器(FR)
控制器组成:
时标发生器(TGU)
主脉冲振荡器(MF)
地址形成器(AGU)
程序计数器(PC)
指令寄存器(IR)
指令译码器(ID)
总线:
数据总线(DBUS)
地址总线(ABUS)
控制总线(CBUS)
CPU运行原理图：
CPU主要性能指标:
主频:CPU内部工作的时钟频率,是CPU运算时工作频率
外频:主板上提供一个基准节拍供各部件使用,主板提供的节拍成为外频
信频:CPU作频率以外频的若干倍工作,CPU主频是外频的倍数成为CPU的信频,这CPU工作频率=信频*外频
基本字长:CPU一次处理的二进制数的位数
地址总线宽度:地址总线宽度(地址总线的位数)决定了CPU可以访问的存储器的容量,不同型号的CPU总线宽度不同,因而使用的内存的最大容量也不一样
数据总线宽度:数据总线宽度决定了CPU与内存输入∕输出设备之间一次数据传输的信息量
存储器
定义: 计算机存储是存放数据和程序的设备
分类:
主存储器: 也称内存,存储直接与CPU交换信息,由半导体存储器组成
辅助存储器: 也称外存,存放当前不立即使用的信息,它与主存储器批量交换信息,由磁带机,磁带盘及光盘组成
存储层次：
内存与外存的比较
主存 辅存
类型 ROM RAM 软盘 硬盘 光盘
造价 高 高 低++ 低 低+
速度 快 快 慢++ 慢 慢+
容量 小+ 小 — — —
断电 有 无 有 有 有
主存:
功能:
主存储器是能由CPU直接编写程序访问的存储器,它存放需要执行的程序与需要处理的数据,只能临时存放数据,不能长久保存数据
组成:
存储体(MPS): 由存储单元组成（每个单元包含若干个储存元件,每个元件可存一位二进制数）且每个单元有一个编号,称为存储单元地址（地址）,通常一个存储单元由8个存储元件组成
地址寄存器(MAR): 由若干个触发器组成,用来存放访问寄存器的地址,且地址寄存器长度与寄存器容量相匹配（即容量为1K,长度无2^10=1K）
地址译码器和驱动器
数据寄存器(MDR): 数据寄存器由若干个触发器组成,用来存放存储单元中读出的数据,或暂时存放从数据总线来的即将写入存储单元的数据【数据存储器的宽度（w）应与存储单元长度相匹配】
主要技术指标:
存储容量: 一般指存储体所包含的存储单元数量（N）
存取时间(TA): 指存储器从接受命令到读出∕写入数据并稳定在数据寄存器（MDP）输出端
存储周期(TMC): 两次独立的存取操作之间所需的最短时间,通常TMC比TA长
存取速率: 单位时间内主存与外部（如CPU）之间交换信息的总位数
可靠性: 用平均故障间隔时间MTBF来描述,即两次故障之间的平均时间间隔
高速缓冲存储器:
定义: 高速缓冲存储器是由存取速率较快的电路组成小容量存储单元,即在内存的基础上,再增加一层称为高速缓冲存储器
特点: 比主存快5 ~10倍
虚拟存储器: 它是建立在主存-辅存物理结构基础之上,由附加硬件装置及操作系统存储管理软件组成的一种存储体系,它将主存与辅存的地址空间统一编址,形成一个庞大的存储空间,因为实“际上CPU只能执行调入主存的程序,所以这样的存储体系成为“虚拟存储器”
ROM与RAM
RAM(随机存储器)
可读出,也可写入,随机存取,意味着存取任一单元所需的时间相同,当断电后,存储内容立即消失,称为易失性
ROM(只读存储器)
定义: ROM一旦有了信息,不易改变,结构简单,所以密度比可读写存储器高,具有易失性
分类:
固定掩模型ROM（不能再修改）
PROM可编程之读存储器（由用户写入,但只允许编程一次）
EPROM可擦除可编程只读存储器(可用紫外线照射擦除里面内容)
E2PROM电擦除可编程只读存储器（由电便可擦除里面内容）