冯诺依曼计算机与存储器层次结构解析

"重要概念整理.pdf" 这篇文档主要整理了计算机组织与结构中的一些关键概念，特别是关于冯诺依曼计算机的特点以及计算机硬件的主要技术指标。同时，文档还讨论了存储器的层次结构，对比了静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）的特性，以及动态RAM的刷新机制。 冯诺依曼计算机的特点： 1. 计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件构成。 2. 指令和数据在存储器内以相同的格式存放，都可通过地址进行访问。 3. 指令和数据均用二进制表示。 4. 每条指令由操作码和地址码两部分组成，操作码指示操作类型，地址码指明操作数的位置。 5. 指令按顺序存储，通常顺序执行，但在特定条件下，如根据运算结果或条件跳转，可以改变执行顺序。 6. 运算器在冯诺依曼架构早期是中心，但现代计算机更多地以存储器为中心，数据在存储器和运算器之间通过总线传输。 计算机硬件的主要技术指标： - 机器字长：指的是寄存器的宽度，决定了处理器一次能处理的数据位数。 - 存储容量：计算公式为存储单元个数乘以存储字长，即MAR（存储地址寄存器）乘以MDR（存储数据寄存器）。 - 运算速度：通常以主频（MIPS，百万指令每秒）和时钟周期（CPI，每指令周期数）衡量。 存储器的层次结构： - 主要分为Cache-主存和主存-辅存两个层次，Cache用于解决CPU与主存速度差异，提高数据访问效率；主存-辅存层次则用于扩展存储容量。 - Cache提供高速访问，但成本较高，而主存介于Cache和辅存之间，兼顾速度和容量。 - 辅存（如硬盘）提供大容量存储，但访问速度较慢。 静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）的区别： - SRAM利用双稳态触发器保持信息，不断电信息不丢失，速度快但成本高，常用于Cache或高性能小容量内存。 - DRAM依赖电容存储信息，需要定期刷新以防止电荷泄漏造成的数据丢失，适合大容量主存，但速度相对较慢。 动态RAM的刷新： - 刷新是为了防止信息丢失，需要定期读出并重新写入存储单元的内容。 - 刷新的原因在于电容存在漏电现象，随着时间推移，存储的信息可能会逐渐消失。 - 动态RAM的刷新方式包括集中式、分散式和异步刷新。集中式刷新是在固定时间段内统一进行，可能影响正常数据读写；分散式刷新将刷新操作分散到各个时隙，减少对正常操作的影响；异步刷新则根据内部状态独立进行，灵活性更高。 这些概念对于理解计算机的基本工作原理、性能评估以及存储器设计至关重要。