计算机组成原理之总线与存储器技术解析

"该文档是关于计算机组成原理的复习资料，涵盖了总线的概念、分类、控制，以及同步和异步通信的区别。同时讨论了总线数据传输率、总线标准和即插即用等概念。此外，内容还涉及到存储器的层次结构、存取周期、带宽计算，以及内存寻址和编址方式。最后，提到了动态RAM的刷新机制和不同刷新方法的间隔，以及如何用不同规格的存储芯片构建存储器系统。" 详细知识点解释： 1. **总线**：总线是计算机硬件系统中连接各个组件的公共通信路径，具有共享、并行传输数据的特点。为了减轻总线负载，总线上的部件应具备独立工作和响应总线信号的能力。 2. **总线分类**：总线可以分为数据总线、地址总线和控制总线。系统总线包括CPU总线、内存总线和I/O总线，分别用于CPU与内存、CPU与外设之间的通信。它们可能是单向或双向的，并与机器字长、存储字长和存储单元大小相关。 3. **总线判优控制**：用于解决多个设备同时请求使用总线的情况，常见的控制方式有集中式和分布式。集中式包括菊花链和仲裁环，其中菊花链响应时间最快，但对电路故障敏感。 4. **同步通信与异步通信**：同步通信中，数据传输以固定的时钟速度进行，所有设备必须同步；异步通信则允许设备根据自身速度发送数据，通过起始位和停止位来调整同步。 5. **分离式通讯**：特点是数据传输独立于控制信号，常用于高速、低延迟的系统。 6. **总线标准**：定义了总线的物理特性和操作协议，如PCI、PCIe、USB、Ethernet等。设置标准是为了确保设备间的兼容性和互换性。即插即用允许设备无需预先配置即可在系统中使用，如PCI、USB等。 7. **总线数据传输率**：与总线宽度和频率直接相关，宽度越大，频率越高，传输速率越快。带宽计算公式为：带宽 = 总线宽度 * 频率。 8. **存储器层次结构**：体现于高速缓存、主存和辅助存储器之间，目的是通过牺牲容量换取访问速度。分层的原因是为了平衡速度、容量和成本。计算机通过地址映射和替换策略管理这些层次。 9. **存取周期与存取时间**：存取周期包含一个读周期和一个写周期，是连续两次独立访问存储器的时间；存取时间仅指完成一次读或写操作所需的时间。 10. **存储器带宽**：表示单位时间内能从存储器中读取或写入数据的速率，计算公式为：带宽 = 数据总线宽度 / 存取周期。 11. **寻址范围**：对于32位字长和64KB存储容量的系统，按字编址寻址范围是64KB / 32位/字 = 2^14 字。 12. **动态RAM刷新**：由于DRAM需要定期刷新以保持数据，否则会丢失。刷新方法有集中刷新、分散刷新和异步刷新，刷新间隔根据芯片特性而定。 13. **存储器构建**：构建64K×8位存储器可能需要使用16K×32位或1024×4位的芯片，具体数量取决于芯片规格和存储器组织方式。 14. **存储基元**：64K×8位的RAM芯片含有64K * 8位 = 65536个存储基元。 15. **设计存储器系统**：此部分涉及如何使用1024×4位的芯片构建64K×8位的存储器，需要考虑页面和组的划分，以及所需的芯片数量。具体实现通常涉及地址译码和多片芯片的级联。