CPU的组成和内存原理

中央处理单元

计算机组成：

算术逻辑单元（ALU）

通用寄存器组（R1〜Rn）

多个选择器（Mn）

标志寄存器（FR）

控制器组成：

时间戳（TGU）

主脉冲振荡器（MF）

原地址（AGU）

程序计数器（PC）

指令寄存器（IR）

命令（ID）

公共汽车：

数据总线（DBUS）

地址总线（ABUS）

控制总线（CBUS）

CPU工作原理图：

CPU主要性能指标：

主频率：CPU内部工作的时钟频率，即CPU在运行期间的工作频率。

FSB：主板上提供了一个基准节拍，供各种组件使用，主板提供的节拍变为FSB

信号频率：CPU的工作频率是外部频率的几倍，并且CPU主频率是外部频率的倍数，并且成为CPU的信号频率。该CPU工作频率=信号频率*外部频率

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）确定CPU可以访问的内存容量。不同型号的CPU总线宽度不同，因此所用内存的最大容量也不同

数据总线宽度：数据总线宽度决定了一次可以在CPU和内存输入/输出设备之间传递的信息量

存储

定义：计算机存储是一种用于存储数据和程序的设备

分类：

主存储器：也称为存储器，由半导体存储器组成的存储器直接与CPU交换信息

辅助存储：也称为外部存储，用于存储当前未立即使用的信息。它与主存储器分批交换信息。它由磁带驱动器，磁带卷轴和CD组成。

存储层次结构：

内存与外部内存的比较

主存储和辅助存储

类型ROMRAM软盘硬盘CD

高成本高低++低低+

快，慢++，慢，慢+

容量小+小———

有断电吗？

主存储器：

功能：

主存储器是可以由CPU直接编程的存储器。它存储需要执行的程序和需要处理的数据。它只能临时存储数据，不能存储长期数据

组成：

存储库（MPS）：它由存储单元组成（每个单元包含几个存储元素，每个元素可以存储一个二进制数），每个单元都有一个数字，称为存储单元地址（地址），通常是一个存储单位由8个存储元素组成

地址寄存器（MAR）：由几个触发器组成，用于存储访问寄存器的地址，地址寄存器的长度与寄存器的容量匹配（即容量为1K，并且长度不是2 ^ 10 = 1K）

地址和驱动程序

数据寄存器（MDR）：数据寄存器由几个触发器组成，用于存储从存储单元读取的数据，或临时存储来自数据总线的数据以写入存储单元[宽度数据存储器的容量（w）应与存储单元的长度匹配]

主要技术指标：

存储容量：通常是指存储体内包含的存储单元的数量（N）

访问时间（TA）：是指从接收命令到读取/写入数据的存储器，并且稳定在数据寄存器（MDP）的输出端

存储周期（TMC）：两次独立访问操作之间所需的最短时间，通常TMC长于TA

访问速率：每单位时间主存储器和外部（例如CPU）之间交换的信息的总位数

可靠性：由两次故障之间的平均时间MTBF来描述，即两次故障之间的平均时间间隔。

缓存内存：

定义：高速缓冲存储器是由具有较高访问速率的电路组成的小容量存储单元，也就是说，在存储器的基础上，添加了称为高速缓冲存储器的附加层。

功能：比主内存快5〜10倍

虚拟内存：这是一个基于主存储器和辅助存储器的物理结构的存储系统，由附加的硬件设备和操作系统存储管理软件组成，它统一了主存储器和辅助存储器的地址空间，形成了一个巨大的存储空间，因为实际上CPU只能执行被调用到主内存中的程序，因此这种存储系统成为“虚拟内存”

ROM和RAM

RAM（随机存取存储器）

可读，可写，随机访问，这意味着访问任何单元所需的时间是相同的。关闭电源后，存储内容会立即消失，这就是

ROM（只读存储器）

定义：一旦ROM有了信息，就不容易更改，并且结构简单，因此其密度高于可读写的存储器，并且易失性

分类：

固定的掩码ROM（无法修改）

PROM可编程读取存储器（由用户编写，但只允许编程一次）

EPROM可以擦除可编程只读存储器（内容可以被紫外线擦除）

E2PROM电可擦可编程只读存储器（内容可通过电擦除）

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