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計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器介紹3112、多級(jí)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)多級(jí)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的形成:CPU不斷的訪問(wèn)存儲(chǔ)器,存儲(chǔ)器的存取速度將直接影響計(jì)算機(jī)的工作效率。在某一段時(shí)間內(nèi),CPU只運(yùn)行存儲(chǔ)器中部分程序和訪問(wèn)部分?jǐn)?shù)據(jù),其中大部分是暫時(shí)不用的。增加高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache)目的:提高CPU運(yùn)行速度,提高運(yùn)行效率。位置:CPU與主存之間CPU輔存Cache主存CPU輔存主存5.1存儲(chǔ)器概述
5.1存儲(chǔ)器概述主存先將某一小數(shù)據(jù)塊移入Cache中,當(dāng)CPU對(duì)主存某地址進(jìn)行訪問(wèn)時(shí),先通過(guò)地址映像變換機(jī)制判斷該地址所在的數(shù)據(jù)塊是否已經(jīng)在Cache中,若在則訪問(wèn)Cache,稱為“命中”,若不在則CPU直接訪問(wèn)主存,并同時(shí)將主存中包含該地址的數(shù)據(jù)塊調(diào)入Cache中,以備CPU的進(jìn)一步訪問(wèn)。主存地址地址映象變換Cache主存CPU譯碼命中未命中3、計(jì)量單位位:一個(gè)cell,記做bit字節(jié):8bit,記做Byte,簡(jiǎn)寫B(tài)1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB1PB=1024TB……
00001H00000HFFFFFH…………4、存儲(chǔ)器地址空間
8086地址總線有20位,可以尋址220=1M字節(jié)的存儲(chǔ)器地址空間,按照00000H~FFFFFH來(lái)編址。
■編址的單位為字節(jié)5.1存儲(chǔ)器概述+段寄存器值偏移量物理地址IPCSSI、DI、BXDSSP、BPSS代碼段數(shù)據(jù)段堆棧段存儲(chǔ)單元物理地址的計(jì)算
物理地址=段地址+偏移量8086運(yùn)行過(guò)程中,取指令時(shí),CPU就會(huì)選擇CS和IP中內(nèi)容形成指令所在的20位物理地址;進(jìn)行內(nèi)存操作是,CPU會(huì)選擇DS和SI、DI或BX形成操作數(shù)所在的20位物理地址。按存儲(chǔ)介質(zhì)(紀(jì)錄0、1信息的物質(zhì))分類5.1存儲(chǔ)器概述半導(dǎo)體存儲(chǔ)器:用半導(dǎo)體材料制成的存儲(chǔ)器,大多用作主存。磁表面存儲(chǔ)器:利用磁層來(lái)紀(jì)錄信息,工作時(shí)由磁頭在磁層上的移動(dòng),來(lái)進(jìn)行讀或?qū)懖僮?。常用作輔存,如硬盤、軟磁盤、磁帶等。注意:磁介質(zhì)通常要避免粉塵、高溫、煙霧的影響。磁介質(zhì)的磁性會(huì)隨著時(shí)間的流逝而慢慢降低,最終導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。一般,存儲(chǔ)在磁介質(zhì)上的數(shù)據(jù)可靠的生命是三年。在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)之前,磁表面上的顆粒磁向是隨機(jī)的讀寫磁頭磁化磁表面的顆粒。顆粒的正極指向磁頭負(fù)極
讀寫磁頭可以翻轉(zhuǎn)磁表面顆粒的磁向。磁表面顆粒的磁向排列記錄了數(shù)據(jù)光存儲(chǔ)器:使用激光在存儲(chǔ)介質(zhì)表面上燒蝕出數(shù)據(jù)。燒蝕在介質(zhì)表面微小的凸凹模式表示了數(shù)據(jù)。光學(xué)介質(zhì)上的數(shù)據(jù)可以永久保存。但是,使用光學(xué)介質(zhì)不像使用磁介質(zhì)那樣可以容易地改變它存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。光驅(qū)使用激光從光盤上讀數(shù)據(jù)。當(dāng)燒灼光盤時(shí),激光將反射層上刻出凹坑。這些凹坑是黑色的,不能反射激光當(dāng)光驅(qū)讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候,它使用較弱的激光。激光射在凹坑上,沒(méi)有反射光當(dāng)激光射在反射層上,就會(huì)有激光反射回讀頭。黑點(diǎn)和反射點(diǎn)的排列模式就可以表示數(shù)據(jù)按存取方式分類:5.1存儲(chǔ)器概述雙極型RAM靜態(tài)SRAMMOS動(dòng)態(tài)DRAMROM掩模ROM電可擦除(E2PROM)可編程ROM(PROM)光可擦除(EPROM)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器
RAM隨機(jī)存儲(chǔ)器包含兩重含義:1.對(duì)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)是隨機(jī)的,即能以任意的順序訪問(wèn)一存儲(chǔ)單元。2.存儲(chǔ)器可讀可寫。RAM主要用于主存儲(chǔ)器和高速緩沖存儲(chǔ)器。RAM按工藝分為晶體管雙極型和MOS型(金屬氧化物半導(dǎo)體)。MOS型又可分為靜態(tài)存儲(chǔ)器(SRAM)和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器(DRAM)。MOS型示意圖(MOSFET金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)Substratematerial基底材料Currentchannel電流溝道Source
源極Drain
漏極Gate
門電極Metal-oxidelayerMOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)——一種集成電路技術(shù),在金屬門電極和半導(dǎo)體通道之間采用二氧化硅作為絕緣層來(lái)制作場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。MOSFET:Metal-OxideSemiconductorField-EffectTransistor
ROM只讀存貯器
CPU正常操作時(shí),只能讀取ROM中的內(nèi)容,但對(duì)它的訪問(wèn)也是隨機(jī)的。一般在ROM中存放固定的程序和數(shù)據(jù),如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的引導(dǎo)程序、監(jiān)控程序、基本輸入輸出(BIOS)程序等,使計(jì)算機(jī)能夠開(kāi)機(jī)運(yùn)行。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在加電以后,馬上就運(yùn)行ROM中的引導(dǎo)程序,將復(fù)雜的系統(tǒng)程序從輔存中引入主存。掩模ROM、PROM、EPROM、E2PROM掩模ROM是由廠家按用戶要求制作的,制成后,只能讀不能改寫;
PROM稱為可編程的只讀存儲(chǔ)器,PROM允許用戶寫一次,寫完后就無(wú)法再改動(dòng),應(yīng)用于高速計(jì)算機(jī)的微程序存儲(chǔ)器;
EPROM稱為可擦寫的只讀存儲(chǔ)器,EPROM允許用戶將寫入的內(nèi)容整個(gè)擦除掉,擦掉后還可以重寫,這樣可以反復(fù)多次。最后一次寫成后仍是一個(gè)只讀存儲(chǔ)器;E2PROM稱為可在線擦寫只讀存儲(chǔ)器,它和RAM的讀、寫方式完全類似,只是寫操作時(shí),需等待E2PROM內(nèi)部操作完成后再寫入下一個(gè)字節(jié),常用作計(jì)算機(jī)的BIOS芯片。5.2存儲(chǔ)器芯片CPU存儲(chǔ)體MB2N個(gè)單元地址譯碼器讀寫驅(qū)動(dòng)器MDR數(shù)據(jù)緩沖寄存器MAR地址寄存器時(shí)序/控制N位地址總線M位數(shù)據(jù)總線控制信號(hào)線5.2.1主存儲(chǔ)器的基本組成CPU訪問(wèn)存儲(chǔ)器時(shí),通常都通過(guò)地址寄存器MAR和存儲(chǔ)器緩沖寄存器MBR進(jìn)行。當(dāng)CPU需要從某一存儲(chǔ)單元中讀取數(shù)據(jù)時(shí),首先將該單元地址送入MAR,并向存儲(chǔ)器發(fā)讀控制信號(hào)。存儲(chǔ)器此時(shí)開(kāi)始進(jìn)行讀操作,將MAR經(jīng)過(guò)地址譯碼器選中的存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容經(jīng)讀寫驅(qū)動(dòng)器送入MBR,CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線將數(shù)據(jù)讀入。當(dāng)CPU要向某單元中寫入信息時(shí),首先將該單元的地址送入MAR,要寫入的數(shù)據(jù)送入MBR。然后通過(guò)控制信號(hào)線發(fā)出寫信號(hào),將MBR的內(nèi)容寫入由MAR經(jīng)地址譯碼器選中的存儲(chǔ)單元。5.2.2主存儲(chǔ)器的操作過(guò)程1、存儲(chǔ)容量
存儲(chǔ)器能夠存放信息的總數(shù)量,以字節(jié)為單位。CPU地址總線的位數(shù)決定可支持的主存儲(chǔ)器的最大容量。2、存取速度
常用存取時(shí)間和存儲(chǔ)周期表示.指訪問(wèn)一次存儲(chǔ)器所需要的時(shí)間。最快存取周期可達(dá)10ns以下。3、價(jià)格
性能價(jià)格比常以每位價(jià)格來(lái)描述。5.2.3主存儲(chǔ)器的主要參數(shù)指標(biāo)1、地址線(A19~A0)
用來(lái)輸入選擇存儲(chǔ)器中一個(gè)存儲(chǔ)單元的地址信號(hào)。2、數(shù)據(jù)線(D7~D0)
用來(lái)存取數(shù)據(jù),一個(gè)存儲(chǔ)單元存放8位數(shù)據(jù)。3、控制線
ROM:芯片允許CE,輸出允許OE.RAM:芯片允許CE,輸出允許OE,寫允許WR.5.2.4主存儲(chǔ)器與CPU總線相關(guān)的信號(hào)線5.2.5主存儲(chǔ)器芯片的外特性操作系統(tǒng)讀取文件和刪除文件的過(guò)程:如果你想讀取文件,操作系統(tǒng)通過(guò)目錄找到文件名和包含文件數(shù)據(jù)的首簇編號(hào)。FAT表給出了哪些簇包含了該文件的數(shù)據(jù)。操作系統(tǒng)將磁頭移動(dòng)到文件首簇的位置,讀出數(shù)據(jù)。當(dāng)你刪除一個(gè)文件的時(shí)候,操作系統(tǒng)改變FAT表中相應(yīng)簇的狀態(tài)。例如,如果文件存儲(chǔ)在簇3、4、5和7中,當(dāng)你刪除它的時(shí)候,操作系統(tǒng)把這四個(gè)簇的狀態(tài)改變成“0”。這些簇的數(shù)據(jù)并沒(méi)有在物理上清除。我們?cè)趧h除了一個(gè)文件后仍然能夠通過(guò)操作系統(tǒng)的恢復(fù)工具將文件恢復(fù)。只有在你沒(méi)有寫入新的數(shù)據(jù)時(shí)才可以恢復(fù)。一旦發(fā)現(xiàn)誤刪除文件,就要立刻恢復(fù)。5.2.6外存儲(chǔ)器知識(shí)碎片和碎片整理當(dāng)使用隨機(jī)存取存儲(chǔ)器時(shí),文件變成片斷。每個(gè)文件存放在不連續(xù)的簇中。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器定位含有文件數(shù)據(jù)的簇比較困難的時(shí)候,驅(qū)動(dòng)器的性能也就變得很差。要獲得驅(qū)動(dòng)器的最佳性能,可以使用磁盤碎片整理程序來(lái)重新組織文件,使它們連續(xù)存放。
如下圖所示。5.2.6外存儲(chǔ)器知識(shí)無(wú)碎片磁盤當(dāng)磁盤進(jìn)行碎片整理后,每個(gè)文件的簇變成連續(xù)的。由于磁頭和盤片的移動(dòng)減到了最小,數(shù)據(jù)訪問(wèn)的性能提高了 碎片磁盤在這個(gè)有碎片的盤上,紫色、黃色和藍(lán)色文件存放在不連續(xù)的簇中。訪問(wèn)這些文件的簇性能不高,因?yàn)樗鼈冃枰嗟囊苿?dòng)磁頭和磁盤
整理磁盤的碎片5.3存儲(chǔ)器應(yīng)用應(yīng)用內(nèi)容:計(jì)算地址范圍
對(duì)一個(gè)給定的存儲(chǔ)器電路,通過(guò)分析找出該存儲(chǔ)器電路中各個(gè)存儲(chǔ)芯片在CPU系統(tǒng)中所處的地址范圍。例:指出圖中2764和6264的地址范圍,并編程對(duì)6264清0.(如下圖所示。)5.3存儲(chǔ)器應(yīng)用5.3存儲(chǔ)器應(yīng)用解:2764的CE接8086/8088CPU的A19;2764的A0~A12接CPU地址總線的A0~A12;OE=RDVIO/M(或運(yùn)算)。RD和IO/M由CPU提供。2764的D0~D7接數(shù)據(jù)總線的AD0~AD7.
8086/8088CPU對(duì)2764進(jìn)行操作,必須滿足如下條件:(1)OE=0,即RD和IO/M必須同時(shí)為0,CPU必須執(zhí)行對(duì)存儲(chǔ)器讀操作。
5.3存儲(chǔ)器應(yīng)用(2)CE=0,即A19=0。(3)A0~A12可以為0000H~1FFFH。從以上條件可以得出,2764的地址范圍:A19A18A17A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0
首單元地址0XXXXXX0000000000000尾單元地址0XXXXXX1111111111111其中X可以是低電平,也可以是高電平。由于A18~A13可以是低電平,也可以是高電平,因此2764可以有64種不同的地址。在存儲(chǔ)器應(yīng)用中存儲(chǔ)器地址范圍不是唯一的,浪費(fèi)了存儲(chǔ)空間。例如,00000H~01FFFH,02000H~03FFFH,04000H~05FFFH06000H~07FFFH都是2764的地址范圍。5.3存儲(chǔ)器應(yīng)用同2764一樣,CPU的A19經(jīng)過(guò)非門接6264的CE;OE=RDVIO/M(或運(yùn)算);WE=WRVIO/M.地址線和數(shù)據(jù)線的連接同2764.WR、RD和IO/M由CPU提供。CPU對(duì)6264進(jìn)行操作必須滿足以下條件:(1)OE=0,即RD和IO/M必須同時(shí)為0,CPU必須執(zhí)行對(duì)存儲(chǔ)器讀操作;或WE=0,即WR和IO/M必須同時(shí)為0,CPU必須執(zhí)行對(duì)存儲(chǔ)器寫操作。(2)CE=0,即A19=1。(3)A0~A12可以為0000H~1FFFH。5.3存儲(chǔ)器應(yīng)用從以上條件可以得出,6264的地址范圍:A19A18A17A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0
首單元地址1XXXXXX0000000000000尾單元地址1XXXXXX1111111111111其中X可以是低電平,也可以是高電平。由于A18~A13可以是低電平,也可以是高電平,因此6264可以有64種不同的地址。例如,80000H~81FFFH,82000H~83FFFH,84000H~85FFFH86000H~87FFFH都是6264的地址范圍。假設(shè)我們選用6264的地址范圍為80000H~81FFFH。6264的單元個(gè)數(shù)為8K,即1FFFH個(gè)。由于6264地址范圍為80000H~81FFFH,不妨設(shè)其段地址為8000H,則62645.3存儲(chǔ)器應(yīng)用首地址的偏移地址為0000H,尾地址的偏移地址為1FFFH。對(duì)存儲(chǔ)器清0編程如下:MOVAX,8000H;6264首地址的段地址MOVDS,AX;把段地址存入數(shù)據(jù)段寄存器MOVCX,1FFFH;6264的單元個(gè)數(shù)
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