详解计算机组成原理

第一章计算机系统概论www

PLCworld

cn1.1

计算机系统简介硬件www

PLCworld

cn系统应用1.1www

PLCworld

cn1.1www

PLCworld

cn操作系统虚拟机器1.1www

PLCworld

cn软件硬件1.1www

PLCworld

cn计算机组成1.1www

PLCworld

cn计算机体系结构1.2

计算机的基本组成5.程序www

PLCworld

cn1.2www

PLCworld

cn1.2www

PLCworld

cn1.2www

PLCworld

cnCPU主机硬件I/O1.2www

PLCworld

cn全部步骤一个步骤1.2www

PLCworld

cn1.2www

PLCworld

cn1.2www

PLCworld

cn1.2

mwww

PLCworld

cn1.2www

PLCworld

cnACC1.2ALUXACCwww

PLCworld

cn1.2ACCXALUACCwww

PLCworld

cn1.2XALUACCMQwww

PLCworld

cnACC1.2ALUACCMQ余数在ACC中Xwww

PLCworld

cn字字长按地址寻访1.2单元www

PLCworld

cnMDRwww

PLCworld

cn1.2MAR1.2PCIRCUwww562

7

3

81491.2…www

PLCworld

cn562

7

3

91481.2…www

PLCworld

cn1.2wwwPLCworld

cn1.3

计算机硬件的主要技术指标寄存器位数www

PLCworld

cn1.3www

PLCworld

cn1.4

本书结构wwwPLCworld

cn第二章

计算机的发展及应用2.2

计算机的应用2.3

计算机的展望2.1

计算机的发展史www

PLCworld

cn2.1

计算机的发展史一、计算机的产生和发展1946年

ENIAC 1955年退役十进制运算18

0001

500150301

5005

000吨平方英尺次加法／秒用手工搬动开关和拔插电缆来编程多个电子管www

PLCworld

cn多个继电器千瓦世界上第一台电子计算机ENIAC(1946)2.1www

PLCworld

cn硬件技术对计算机更新换代的影响2.1代时间硬件技术速度（次/秒）—1946~1957电子管40

000二1958~1964晶体管200

000三1965~1971www

PLCworld

cn中小规模集成电路1

000

000四1972~1977大规模集成电路10

000

0001978~现在超大规模集成电路100

000

000第一台vonann

系统结构的计算机2.1www

PLCworld

cnIBM

System／3602.1www

PLCworld

cn最快的五台超级计算机（截止到2003.06）

2.11.IBM:

Seaborg6

080个CPU最大平均速度7.304

TF

(1012)www

PLCworld

cn2.IBM:

ASCI

White8

192个CPU最大平均速度7.304

TF

(1012)最快的五台超级计算机（截止到2003.06）

2.1www

PLCworld

cn3.Linux

NetworX

:

MCRLinux

Cluster最快的五台超级计算机（截止到2003.06）

2.12

304个CPU最大平均速度7.634

TF

(1012)www

PLCworld

cn最快的五台超级计算机（截止到2003.06）

2.14.

HP

:

ASCI

Q4

096个CPU最大平均速度13.88

TF

(1012)www

PLCworld

cn最快的五台超级计算机（截止到2003.06）

2.15.NEC:

Earth

Simulator5

120个CPU最大平均速度35.86

TF

(1012)www

PLCworld

cn二、微型计算机的出现和发展微处理器1971年4位（4004）8位16位32位64位1970年器256位1K位4K位16K位64K位256K位1M位4M位16M位64M位2.1www

PLCworld

cnMoore

定律In

公司的缔造者之一Gordon Moore

提出微

上集成的晶体管数目每三年翻两番2.1www

PLCworld

cnIn

公司的典型微处理器产品80808位1974年808616位1979年2.9

万8028616位1982年13.4

万8038632位1985年27.5

万8048632位120.0

万310.0

万550.0

万550.0

万以上800.0

万以上4

200.0

万2.1预计2007

年2010

年上可集成上可集成3

亿

5

千万

晶体管8

亿

晶体管Pentium64位（准w）ww

PLCworldc1n

993年Pentium

pro64位（准）1995年Pentium

Ⅱ64位（准）1997年Pentium

Ⅲ64位（准）1999年Pentium

Ⅳ64位2000年汇编语言高级语言科学计算和工程计算FORTRANPASCALC＋＋Java结构化程序设计面

象适应网络环境三、

技术的兴起和发展1.

各种语言机器语言 面向机器2.1面向机器www

PLCworld

cn面向问题2.系统语言处理程序汇编程序编译程序解释程序操作系统服务性程序数据库管理系统数据库和数据库管理网络2.1DOS

UNIX

Windowswww

PLCworld

cn装配

调试

排错3.发展的特点⑴开发周期长⑵制作成本高是程序以及开发、使用和程序所需要的所有文档2.1⑶检测www

PLCworld

cn产品质量的特殊性2.2

计算机的应用一、科学计算和数据处理三、网络技术电子商务网络教育敏捷制造二、工业控制和实时控制www

PLCworld

cn2.2四、虚拟现实五、办公自动化和管理信息系统六、CAD/CAM/七、多

技术八、人工智能2.3

计算机的展望www

PLCworld

cn第三章系统总线www

PLCworld

cn3.1

总线的基本概念各个部件共享的传输介质www

PLCworld

cnI/O总线M总线3.1……www

PLCworld

cn单总线（系统总线）……3.1www

PLCworld

cn系统总线……总线3.1www

PLCworld

cn3.2

总线的分类单向有出有入计算机各部件之间双向www

PLCworldcn3.2计算机系统之间计算机系统与其他系统www

PLCworld

cn3.3

总线特性及性能指标CPU插件板I/O插件板BUSM.M插件板www

PLCworld

cn尺寸电平功能时序3.3传输www方PLCworl向d

cn数据线MB／s同步、不同步www

PLCworld

cn地址线

数据线总和负载能力3.3模块系统系统3.3模块www

PLCworld

cn3.4

总线结构单总线（系统总线）……www

PLCworld

cn主存总线I/O总线……3.4www

PLCwor

ld

cnDMA总线I/O总线……3.4www

PLCworld

cn

主om

存总线3.4系统总线局部总线扩展总线www

PLCworld

cn系统总线局部总线高速总线扩展总线3.4www

PLCworld

cn系统总线ISA

EISA…3.4www

PLCworld

cn系统总线VL

BUSISA

EISA……3.4www

PLCworld

cnPCI

总线系统总线ISA

EISAwwwPLCworld

cn3.4PCI总线2第一级桥第二级桥第三级桥PCI总线4PCI总线5PCI总线3PCI总线1PCI总线0器总线标准总线3.4www

PLCworld

cn3.5

总线控制控制权www

PLCworld

cn响应…3.5I/O接口1www

PLCworld

cn…I/O接口13.5设备地址1www

PLCworld

cn排队器…3.5www

PLCworld

cn请给出地址

命令交换数据撤销有关信息协调配合3.5主模ww块w

PLCw申orld

cn时标应答方式同步、异步结合挖掘

总线每瞬间

潜力3.5www

PLCworld

cnT1总线传输周期T2T3T43.5www

PLCworld

cnT1总线传输周期T2T3T43.5www

PLCworld

cn3.5www

PLCworld

cn发送方同步

异步时钟前沿3.5“等待”响应信号接收方时钟后沿www

PLCworld

cnTwTw3.5www

PLCw

orld

cn3.5占用总线不占用总线占用总线www

PLCworld

cn用总线放弃总线从模块占用总线充分挖掘系统总线每瞬间的潜力3.5主模块主模块www

PLCworld

c占n充分发挥了总线的有效占用3.5www

PLCworld

cn第四章器4.1

概述器4.3

高速缓冲4.4

辅助

器4.2

主存www

PL储Cworld

cn器4.1

概述(2)

磁表面器(3)

磁芯器(4)

光盘器易失磁头、载磁体硬磁材料、环状元件激光、磁光材料非易失一、1.

按器分类介质分类(1)

半导体器

Twww

TPLCwLorld

cn

、MOS4.12.

按存取方式分类(2)

存取时间与物理地址有关（串行

）顺序存取

器 磁带直接存取

器 磁盘存取时间与物理地址无关（随机

）随机

器

在程序的执行过程中可

读

可

写只读

器

执行过程中只读在程www序PLCwor的ld

cn磁盘磁带光盘高速缓冲

器（Cache）Flash

Memory存储器主

器辅助

器MROMPROMEPROMEEPROM3.

按在计算机中的作用分类静态RAMRAM动态RAM4.1ROwwwMPLCworld

cn高低小大快慢辅存寄存器缓存主存磁盘光盘磁带价格／位二、1.器的层次结构器三个主要特性的关系速度

容量4.1CPUCPwwwUPLCworld

cn

主机缓存CPU主存辅存2.

缓存主存层次和主存辅存层次10

ns20

ns200

nsms器物理地址 逻辑地址主实地址4.1（速度）

（容量）缓存

主存

主存

辅存器

虚拟虚地址www

PLCworld

cn4.2

主器一、概述1.

主存的基本组成体驱动器译MAR控制电路MDR............地址总线数据总线读写读写电www路PLCworld

cn2.

主存和CPU

的联系MDRMARCPU主存数据总线地址总线4.2读www

PLCworld

cn写字节地址为字地址低位字节地址为字地址按按字

寻址字

寻址设地址线24

根若字长为

位若字长为

位字地址字节地址字节地址54字地址0243.

主存中

单元地址的分配4.2按

字节

寻址

224

=

16

M8

M4

M01234567

www891011PLCworld

cn4.

主存的技术指标(3)器的带宽主存存放二进制代码的总数量(1)

容量(2)速度存取时间存取周期位/秒4.2器的

时间www

PLCworld

cn读出时间 写入时间连续两次独立的 器操作（读或写）所需的最小间隔时间读周期

写周期二、半导体简介1.

半导体的基本结构译码驱动读写电路片选线读/写控制线地址线……数据线……地址线（单向）数据线（双向）容量1041K

×4位14116K

×1位1388K

×8位4.2存储www矩PLCworld

cn阵用

16K

×

1位

的

组成64K

×

8位

的

器32片当地址为65

535

时，此8

片的片选有效8片16K

×1位8片16K

×1位8片16K

×1位8片16K

×1位片选线的作用

4.2www

PLCworld

cn0,015,015,70,7读/写控制电路地址译码器15…………位线A

3A2A

1A

0…的译码驱动方式2.半导体(1)线选法4.200000,00,7…字线0……07D0……

D7读/写选通www6×8矩阵A

3A

2A

1A0A

431,31Y

地址译X地址译码器32×32矩阵…Y0Y31X

0X

31…(2)

重合法4.2A

9

0A

8

0A

7

0A

6

0A

500000031,00,31……I/OD0,0读/写www

PLCworld

cn三、随机存取 器

(

RAM)1.静态RAM(SRAM)(1)静态RAM

基本电路A´

触发器非端触发器T

1

~

T

4T

5

、T

6行开关T

7

、T

8列开关一列共用A

触发器原端T5T6T7T

8A´A写放大器写放大器DIN写选择读选择T

7

、T

8读放

DOUT位线A位线A´列地址选择行地址选择4.2T1

~

T4www

PLCworld

cnA´T1

~

T4T5T6T7A写放大器写放大器DIN写选择读选择读放位线A位线A´列地址选择行地址选择①静态RAM

基本电路的读操作行选4.2T5、T6

开T7、T8

开列选VAT6读放T8DOUTDOUTwww

PLCworld

cnT8~

T4T5T6T7T8A´T1ADIN位线A位线A

´列地址选择行地址选择写放写放读放DOUT写选择读选择②静态RAM

基本电路的写操作行选DIN4.2列选T5、T6

开T7、T8

开两个写放（左）

DIN

反相（右）

DINT7

T5

A´T8

T6

Awww

PLCworld

cn(2)

静态

RAM

举例①In 2114

外特性容量1K×4位4.2...I/O1I/O2I/O3I/O4A

0A

9A

8WECSVCCGNDIn

2114www

PLCworld

cn②In 2114

RAM

矩阵(64×64)读A8A7A6A5A4A348

…

636348读写电路读写电路读写电路读写电路……………………01630……行地址译码A9A2A1A0列

地

址15译码I/O1I/O2I/O3I/O4WECS第一组 第二组 第三组0

…

15

16

…

31

32

…

474.2第四组www

PLCworld

cn48

…

636348读写电路读写电路读写电路读写电路……………………01630……行地址译码列地址15译

码I/O1I/O2I/O3I/O4WECS第一组 第二组 第三组0

…

15

16

…

31

32

…

4700000000004.2第四组②In 2114

RAM

矩阵(64×64)读www

PLCworld

cn第一组 第二组 第三组读写电路读写电路读写电路读写电路01630……行地址译码列地址15译

码I/O1I/O2I/O3I/O4WECS00000000004.2第四组②In 2114

RAM

矩阵(64×64)读第一组 第二组 第三组4.2第四组②In 2114

RAM

矩阵(64×64)读6348读写电路读写电路读写电路读写电路……………………01630……行地址译码列地址15译

码I/O1I/O2I/O3I/O4WECS00000000008…63www

PLCworld

cn6348读写电路读写电路读写电路读写电路……………………01630……行地址译码列地址15译

码I/O1I/O2I/O3I/O40000000000第一组 第二组 第三组4.2第四组②In 2114

RAM

矩阵(64×64)读WECSwww

PLCworld

cn第一组 第二组 第三组4.2第四组②In 2114

RAM

矩阵(64×64)读6348读写电路读写电路读写电路读写电路…………01630……列地址15译

码I/O1I/O2I/O3I/O4WECS1503116324…行地址译码016

…

32

…4748

…630000000000…………www

PLCworld

cn第一组 第二组 第三组4.2第四组②In 2114

RAM

矩阵(64×64)读6348读写电路读写电路读写电路读写电路…………01630……行地址译码列地址15译

码I/O1I/O2I/O3I/O40000000000…………WECS1503116324…

……47…630163248www

PLCworld

cn第一组 第二组 第三组4.2第四组②In 2114

RAM

矩阵(64×64)读6348…………01630……行地址译码列地址15译

码I/O1I/O2I/O3I/O40000000000…………WECS1503116324…

……47…630163248读写电路读写电路读写电路读写电路www

PLCworld

cn第一组 第二组 第三组4.2第四组②In 2114

RAM

矩阵(64×64)读6348…………01630……行地址译码列地址译码0…………WECS读写电路读写电路读写电路读写电路1503116324…

……47…630163248I/O1I/O2I/O3I/O4www

PLCworld

cnA8A7A6A5A4A348

…

636348读写电路读写电路读写电路读写电路……………………01630……行地址译码A9A2A1A0列

地

址15译码I/O1I/O2I/O3I/O4WECS第一组 第二组 第三组0

…

15

16

…

31

32

…

474.2第四组③In 2114

RAM

矩阵(64×64)写www

PLCworld

cn48

…

636348读写电路读写电路读写电路读写电路……………………01630……行地址译码列地址15译

码I/O1I/O2I/O3I/O4WECS第一组 第二组 第三组0

…

15

16

…

31

32

…

4700000000004.2第四组③In 2114

RAM

矩阵(64×64)写www

PLCworld

cn第一组 第二组 第三组读写电路读写电路读写电路读写电路01630……行地址译码列地址15译

码I/O1I/O2I/O3I/O4WECS00000000004.2第四组③In 2114

RAM

矩阵(64×64)写第一组 第二组 第三组4.2第四组③In 2114

RAM

矩阵(64×64)写6348读写电路读写电路读写电路读写电路……………………01630……行地址译码列地址15译

码I/O1I/O2I/O3I/O400000000008…63WECSwww

PLCworld

cn第一组 第二组 第三组4.2第四组③In 2114

RAM

矩阵(64×64)写6348读写电路读写电路读写电路读写电路……………………01630……行地址译码列地址译码08…63WECSI/O1I/O2I/O3I/O4www

PLCworld

cn第一组 第二组 第三组4.2第四组③In 2114

RAM

矩阵(64×64)写6348……………………01630……行地址译码列地址译码08…63WECSI/O1I/O2I/O3I/O4读写电路读写电路读写电路读写电路www

PLCworld

cn第一组 第二组 第三组4.2第四组③In 2114

RAM

矩阵(64×64)写6348……………………01630……行地址译码列地址译码08…63WECSI/O1I/O2I/O3I/O4读写电路读写电路读写电路读写电路www

PLCworld

cn第一组 第二组 第三组4.2第四组③In 2114

RAM

矩阵(64×64)写6348……………………01630……列地址译码015行地址译码031…1632…

…4748…63读写电路读写电路读写电路读写电路I/O1I/O2I/O3I/O4WECSwww

PLCworld

cn第一组 第二组 第三组4.2第四组③In 2114

RAM

矩阵(64×64)写1636348……………………01630……行地址译码列地址译码015003116324…

……47…63I/O1I/O2I/O3I/O4读写电路读写电路读写电路读写电路WECS0163248www

PLCworld

cnACSDOUT地址有效地址失效片选失效数据有效高阻(3)静态RAM

读时序tAtCOtOHAtOTD数据稳定tRC片选有效4.2C

数tOHA

地址失效后的数据维持时间www

PLCworld

cnACSWEDOUTDIN(4)静态RAM(2114)写时序tWCtWtAWtDWtDHtWR4.2tDHWE

失效后的数据维持时间www

PLCworld

cn读选择线写选择线CgT4动态RAM(DRAM)动态RAM

基本单元电路Cs字线VDD110写数据线 读数据线读出与原存信息相反写入与输入信息相同读出时数据线有电流为“1”写入时CS充电为“1”

放电为“0”4.2T3T2T1T有无电流数据线www

PLCworld

cn预充电信号列地址译………读选择线写选择线行地址译码器00113131AA131A4A3A2写数据线读数据线…………(2)

动态

RAM

举例①三管动态RAM06

0A5

000

A

0

A1000刷新放大器D(In 1103)读…004.2单元电路…读写控制电路www

PLCworld

cnA9

0A8

0m7A9A8A7A6A5………读选择线写选择线行地址译码器00113131131A4列地址译A3

A2A1A0刷新放大器D写数据线读数据线……单元电路……读写控制电路…0…②三管动态RAM(In 1103)写4.2www

PLCworld

cn4.2②三管动态RAM(In 1103)写A9

1A8

1A7

1A6

1A5

1………读选择线写选择线行地址译码器00113131131A4列地址译A3

A2A1A0刷新放大器D写数据线读数据线……单元电路……读写控制电路…0…www

PLCworld

cnA………读选择线写选择线行地址译码器00113131131A4列地址译A3

A2A1A0刷新放大器D写数据线读数据线………读写控制电路…0…A9

1A8

1A7

16

1A5

1单元电路…4.2②三管动态RAM(In 1103)写www

PLCworld

cnA列地址译………读选择线写选择线行地址译码器00113131131A4A3A2刷新放大器D写数据线读数据线………读写控制电路…0…单元电路…00

A

1

A1000A9

1A8

1A7

16

1A5

14.2②三管动态RAM(In 1103)写www

PLCworld

cnA列地址译………读选择线写选择线行地址译码器00113131A4A3A2刷新放大器D写数据线读数据线………读写控制电路……单元电路…A9

1A8

1A7

16

1A5

100

A

1

A100001314.2②三管动态RAM(In 1103)写www

PLCworld

cnA列地址译………读选择线写选择线行地址译码器00113131A4A3A2写数据线读数据线………读写控制电路……单元电路…刷新放大器DA9

1A8

1A7

16

1A5

100

A

1

A100001314.2②三管动态RAM(In 1103)写www

PLCworld

cnA列地址译………读选择线写选择线行地址译码器00113131A4A3A2写数据线读数据线…………单元电路…刷新放大器DA9

1A8

1A7

16

1A5

100

A

1

A10004.2②三管动态RAM(In 1103)写读写控制电路01…

31www

PLCworld

cnA列地址译………读选择线写选择线行地址译码器00113131A4A3A2写数据线读数据线…………单元电路…刷新放大器DA9

1A8

1A7

16

1A5

100

A

1

A10004.2②三管动态RAM(In 1103)写读写控制电路01…

31www

PLCworld

cnA列地址译………读选择线写选择线行地址译码器00113131A4A3A2写数据线读数据线…………单元电路…刷新放大器DA9

1A8

1A7

16

1A5

100

A

1

A10004.2②三管动态RAM(In 1103)写读写控制电路01…

31www

PLCworld

cn③单管动态RAM

4116

(16K×1位)外特性4.2时序与控制行时钟列时钟写时钟RASCASWE行缓地存址器列缓地存址器I/O缓存器数据输出驱动数据输入寄存器DINDOUTA'6A'0~行译码单元阵列基准ww单w

PLC元world

cn读出放大列译再生放大器列译行译码基准单元单元阵列读出放大器…………………064127CS1271128列选择读/写线128

根行线数据输入DINCS④4116

(16K×1位)读原理读出放大器读出放大器读出放大器………4.2630I/O缓冲输出驱动DOUTwww

PLCworld

cno读出放大器读出放大器………………………064127128

根行线CS1271128列选择读/写线输出驱动DOUTCS…⑤4116(16K×1位)写原理数据输入I/O缓冲DIN出读出放大器4.2630www

PLCworld

cno(3)

动态RAM

时序行、列地址分开传送写时序行地址

RAS

有效DOUT数据

有效DIN数据

有效读时序4.2行地址RAS有效写允许

WE

有效(低)写允许

WE

有效(高)列地址

CAS

有效列地址CAS有效www

PLCworld

cn(4)

动态RAM

刷新“死区”为“死时间率”为0.5

μs

×32

=

16μs32/4000

×100%=

0.8%周期序号地址序号tc0

1

2tc

t

c31）刷新序号••••3967

3968

•••

3999

0

13968个周期（1984μs）32个周期（16μs刷新时间间隔（

2m）st

c

t

cX

Y••••

•

•4.2刷新与行地址有关①集中刷新（存取周期为0.5μs）以32×32

矩阵为例读/写或维持 刷新

读/写或维持www

PLCworld

cnt

c

t

cV

W

0

1tC

=

tM

+

tR读写刷新无“死区”(存取周期为0.5

μs+0.5

μs)REF126REF127REFW/R

W/R

W/RREF0t

M

t

RW/RW/RW/RtC刷新间隔128

个读写周期4.2②分散刷新（存取周期为1μs）以128

×128

矩阵为例www

PLCworld

cn③分散刷新与集中刷新相结合4.2对于

128

×128

的

（存取周期为

0.5μs）若每隔

2

ms

集中刷新一次

“死区”

为

64

μswww

PLCworld

cn若每隔15.6

μs

刷新一行而且每行每隔

2

ms

刷新一次

“死区”

为

0.5

μs将刷新安排在指令译码阶段，不会出现“死区”3.动态RAM

和静态RAM

的比较原理集成度引脚DRAM电容SRAM触发器高低多功耗小大价格低高速度慢快刷新有无主存缓存4.2www

PL少Cworld

cn四、只读

器（ROM）1.

掩膜ROM(MROM)行列选择线交叉处有MOS

管为“1”行列选择线交叉处无MOS

管为“0”VCC行线列线熔丝为“0”为“1”熔丝断

熔丝未断4.2编www

PLC程world2. PROM

(cn

)3.EPROM(多次性编程)(1)

N型沟道浮动栅MOS

电路G

栅极D

漏紫外线全部擦洗形成浮动栅D

端加正电压D

端不加正电压不形成浮动栅S

与D

不导通为“0”S

与D

导通为“1”S

G

DN+N+P基片DS

源S浮动栅SiO2_

_

_+

+

+

+

+4.2www

PLCworld

cnG…控制逻辑Y

译码X译码数据缓冲区128

×

128矩阵CSA10A7…A6A0……DO0

DO7112A7A1A0VSSDO2DO0DO1……………………27162413VCCA8A9VCSPP

A10DO3PD/ProgrDO7…………………(2)2716

EPROM

的逻辑图和引脚4.2PD/ProgrPD/Progr

功率下降/编程输入端读出时为低电平……Y

控制www

PLCworld

cn..……4.EEPROM(多次性编程)电可擦写比E2PROM快4.2EEPROM电可擦洗重写具备RAM

功能局部擦写全部擦写www

PLCworld

cn5.

Flash

Memory

(快擦型

器)EPROM

价格便宜集成度高五、1.器与CPU

的连接器容量的扩展(1)

位扩展（增加用2片1K×4位字长）

10根地址线组成

1K×

8位

的

器8根数据线••••A9A0•••21142114D7D4D0

CS

WE4.2www

PLCworld

cn(2)字扩展（增加字的数量）用2片1K×8位11根地址线组成

2K

×8位

的

器8根数据线1K×8位1K×8位D7•••••••••••••••••D0WEA1A0•••4.2CS0A10A91CS1www

PLCworld

cn(3)字、位扩展用8片1K×4位组成

4K×

8位

的

器8根数据线12根地址线...D7D0WE……A11A10A9A8A0CS0CS1CS2CS3片选译码................4.21K×41K×41K×41K×41K×41K×41K×41K×4www

PLCworld

cn2.4.2器与CPU

的连接(1)地址线的连接(2)数据线的连接(3)读/写线的连www

PLCw接orld

cn(4)片选线的连接(5)合理选用(6)其他

时序、负载例4.1

解:(2)

确定

的数量及类型0

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0A15A14A13

A11

A10…

A7

…

A4

A3

…

A0…0

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

10

1

1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0…0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

11K×8位RAM2片1K×4位ROM2K×8位(1)

写出对应的二进制地址码4.21片2K×8位ww1w

PLCwo1rld

cn(3)分配地址线C

B

AA10~

A0A9

~

A0接2K×8位ROM

的地址线接1K×4位RAM

的地址线(4)确定片选信号A15

A13

A11

A10…

A7

…

A4

A3

…

A0…0

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

00

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

10

1

1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0…0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

11片ROM2K×8位2片RAM1K×4位4.2w0ww

PLCw0orld

cn1K

×4位……&…PD/Progr

2K

×8位Y5Y4G2BCBAG1G2A……MREQA14A15A13A12A11A10A9A0…D7D4D3D0WR…例

4.1

CPU

与器的连接图4.2ROM…1K

×4位RAM…RAM…www

PLCworld

cn例4.2假设同前，要求最小4K为系统程序区，相邻8K为用户程序区。(1)

写出对应的二进制地址码4.2(2)

确定的数量及类型www

PLCworld

cn1片

4K×8位

ROM

2片

4K×8位

RAM分配地址线A11~A0

接ROM

和RAM

的地址线确定片选信号例4.3设CPU

有20

根地址线，8

根数据线。并用IO/M

作访存控制信号。RD

为读命令，WR

为写命令。现有

2764

EPROM

(

8K×

8位

),外特性如下：CEOECE片选信号OE允许输出PGM可编程端PGM…A0A12…D7D0用138

译及其他门电路（门电路自定）画出CPU和2764

的连接图。要求地址为F0000H~FFFFFH,并写出每片2764

的地址范围。4.2www

PLCworld

cn六、

器的校验4.21.编码的最小距离任意两组合法代码之间二进制位数的最少差异编码的纠错、检错能力与编码的最小距离有关L

1

=

D

+

C

(

Dww≥w

PLCwoCrld

cn

)L—

编码的最小距离

L

=

3D

—

检测错误的位数

具有一位纠错能力C

—

纠正错误的位数海明码是具有一位纠错能力的编码海明码的组成需增添？位检测位2k

≥

n

+

k+

1检测位的位置？2i(i

=0、1、2

、3……)检测位的取值？检测位的取值与该位所在的检测“小组”中承担的奇偶校验任务有关4.22.海明码的组成组成海明码的三要素www

PLCworld

cngi

小组独占第2i－1

位gi

和gj

小组共同占第2i－1

+2j－1

位gi、gj

和gl小组共同占第2i－1

+2j－1

+2l－1

位各检测位Ci

所承担的检测小组为C1

检测的g1

小组包含第1，3，5，7，9，11…C2

检测的g2

小组包含第2，3，6，7，10，11……C8

检测的g4

小组包含第8，9，10，11，12，13，14，15，24…4.2C4

检测的g3

小组包含第4，5，6，7，12，13www

PLCworld

cn二进制序号名称1

2

3

4

5

6

7∴0101的海明码为010010101

0

1例4.4

求

0101

按

“偶校验”

配置的海明码

4.2解：∵n

=4根据2k

≥n

+k

+1得k

=3海明码排序如下:C1

C20

1C40www

PLCworld

cn按配偶原则配置0011

的海明码二进制序号名称1

2

3

4

5

6

7C4

0

1

10解：∵n

=4

根据2k

≥n

+k

+1取k

=3C1=

3

5 7

=

1C2=

3

6 7

=

0C4=

5

6 7

=

0∴0011

的海明码为1000011练4.2C1

Cwww

P2LCworld

cn

01

03.

海明码的纠错过程形成新的检测位Pi如增添3

位（k

=3）新的检测位为P4

P2

P1以k

=3

为例，Pi

的取值为对于按

“偶校验”

配置的海明码不出错时

P1=

0，P2

=

0，P4

=

0C1P1=

1

3C2P2=

2

3

6

7P4

=

4

5

6

7C4其位数与增添的检测位有关4.25

www无错2P1=

1

3

5 7

=

0P

=

2

3

6有错P4=

4

5

6 7

=

1有错∴

P4P2P1

=110第6

位出错，可纠正为0100101，故要求传送的信息为0101。例4.5已知接收到的海明码为0100111（按配偶原则配置）试问要求传送的信息是什么?解：纠错过程如下4.2

www

PLCw7orld

cn

=

1P4

=

4P2

=

2P1

=

15

6 7

=

13

6 7

=

03

5∴

P4

P2

P1

=

100练习2

写出按偶校验配置的海明码0101101

的纠错过程练习3

按配奇原则配置

0011

的海明码配奇的海明码为

01010114.2www

PLCw7orld

cn

=

0第4

位错，可不纠七、提高访存速度的措施采用高速器件W位W位W位W位地址寄存器主存控制部件..

..

..数据寄存器体..

..

..增加

器的带宽单字长寄存器4.2采用层次结构

Cache

主存调整主存结构1.单体多字系统www

PLCworld

cnW位2.多体并行系统(1)

交叉地址01……n－1M0M1nn+1……2n－1各并行工作M22n2n+13n－1M33n3n+14n－1…………地址译码体内地址体号4.2www

PLCworld

cn(2)

低位交叉地址04……4n－4M0

M115……4n－3M2264n－2M3374n－1…………地址译码体号体内地址各轮流编址4.2www

PLCworld

cn低位交叉的特点在不改变存取周期的前提下，增加存储器的带宽时间单体访存周期单体访存周期4.2启动存储体0启动存储体1启动存储体2www

PLCworld

cn(3)器控制部件（简称存控）易发生代码丢失的请求源，优先级最高严重影响CPU工作的请求源，给予次高优先级4.2排队器节拍发生器CM来自各个请求源……控制线路主脉冲存控标记触发器www

PLCworld

cn4.3

高速缓冲器一、概述1.问题的提出避免CPU“空等”现象CPU

和主存（DRAM）的速度差异CPU缓存容量小速度高主存容量大速度低程序的局部性原理www

PLCworld

cn主存和缓存按块~

~2.

Cache

的工作原理(1)

主存和缓存的编址主

器 主存块号012m－1字块0字块1字块M－1n位m位b位主存块号块内地址M块B个字c位b位缓存块号块内地址C块

B个字块的大小相同

B

为块长~

~字块0字块1字块C－1012c－1标记Cache4.3缓存块号www

PLCworld

cn(2)

命中与未命中缓存共有C块主存共有M

块M

>>

C主存块调入缓存命中主存块与缓存块建立了对应关系用

标记记录

与某缓存块建立了对应关系的

主存块块号未命中

主存块未调入缓存主存块与缓存块未建立对应关系4.3www

PLCworld

cn(3)

Cache中率CRAY_1IBM

370/16816体交叉4体交叉块长取16

个块长取

4

个字字（64位×4=256位）4.3CPU

欲

的信息在

Cache

中的

比率与

Cache

的

容量

与

块长

有关一般每块可取

4

至www

P8LCworld个cn

字块长取一个存取周期内从主存调出的信息长度数据总线Cache命中？存主存替换主Cache块号块内地址直接通路主存装入CacheN

NYY块号块内地址CPU主存地址地址总线Cache地址3.

Cache

的基本结构Cache替换机构由CPU

完成4.3Cache体主存Cache地址映象变换机构可装进www

P？LCworld

cn4.

Cache

的读写操作Cache取出信息送CPU主存取出信息送CPU执行替换算法腾出空位结束命中？CPU发出地址开始YNYCache满？N将新的主存块调入Cache中写Cache

和主存的一致性读4.3www

PLCworld

cn5. Cache

的改进(1)增加Cache

的级数片载（片内）Cache片外Cache是否流水PentiumPowerPC6208K

指令Cache32K

指令Cache8K

数据Cache32K

数据Cache4.3(2)缓存和分开缓存www

PLCworld

cn指令Cache

数据Cache与主存结构有关与指令执行的控制方式有关字块2m－1字块2c+1－1字块2c

+1字块2c－1字块1………主

体字块1标记标记字块2c－1C－1标记…主存字块标记t

位比较器（t位）=≠不命中0*

1Cache字块地址c

位m位字块内地址b

位主存地址否有效位=1？是命中二、Cache主存的地址映象t位

Cache

体1.

直接映象每个缓存块

i

可以和

若干

个

主存块

对应每个主存块

j

只能和

一

个

缓存块

对应i

=

j

mod

C4.3字块2c+1字块2c字块0字块0www

PLCworld

cn字

0标记字块0标记字块1…标记字块2c－1主存地址主存字块标记 字块内地址m

=

t

+

c

位

b位主存中的任一块可以映象到缓存中的任一块2.全相联映象Cache

器m

=

t+c主器字块0字块1…字块2c－1…字块2m－14.3www

PLCworld

cn块2c-r2c-r－1主存地址组

Cache主存字块标记组地址字块内地址s

=

t

+

r

位

q

=

c－r位m

位b

位共Q

组，每组内两块（r=1)01到缓存的第i

组中的任一块i

=

j

mod

Q某一主存块j

按模Q直接全映相象联映象3.组相联映象主4.3器字块0字块1…字块2c-r

－1字块2c-r字块2c-r

+1…字块2c-r+1…字块2m－1标记

字块

0标记标记字块1标记字块2字块3…………标记字块2c－2标ww记w

PLCwor块2c－1三、替换算法1.

先进先出（

FIFO

）算法2.

近期最少使用法（

LRU）算法小结直接组相联某一

主存块

只能固定

到

某一

缓存块全相联

某一

主存块

能

到

任一

缓存块某一

主存块

能

到

某一

缓存

组

中的

任一块成本不高灵活4.3www

PLCworld

cn4.4

辅助器一、概述特点磁表面不直接与CPU

交换信息器的技术指标道密度

Dt

位密度

Db记录密度容量平均寻址时间数据传输率误码率辅存的速度C=

n

×

k

×

s寻道时间+等待时间寻址时间磁头读写时间Dr

=

D

×

V出错信息位数与读出信息的总位数之比www

PLCworld

cn二、磁记录原理和记录方式1.磁记录原理写4.4局部磁化单元载磁体写线圈SNI局部磁化单元写线圈

S

N

磁层写入“0”写入“1”I铁芯www

PLCworld

cn磁通磁记录原理读线圈N

S读线圈SN铁芯磁通磁层运动方向stt运动方向

see读出“0”读出“1”4.4读www

PLCworld

cn010数据序列RZNRZNRZ1PMFMMFMT011100器的记录方式2.磁表面位周期4.4www

PLCworld

cn例NRZ1

的读出代码波形0110010数据序列驱动电流磁通变化感应电势同步脉冲读出代码4.4www

PLCworld

cn三、硬磁盘1.硬磁盘器器的类型(1)固定磁头和移动磁头磁盘控制器磁盘驱动器盘片主机4.4(2)

可换盘和固定盘www

PLCworld

cn2.硬磁盘

器