- 相關(guān)推薦
計算機硬件結構及原理
計算機硬件結構及原理是什么呢?就跟隨百分網(wǎng)小編一起去了解下吧，想了解更多相關(guān)信息請持續關(guān)注我們應屆畢業(yè)生考試網(wǎng)!
【教學(xué)內容及地位、作用】
【教學(xué)目標】
1. 認識計算機總線(xiàn)、運算器、存儲器、控制器等重要的計算機硬件。 2. 了解常見(jiàn)總線(xiàn)(PCI、AGP等)的特點(diǎn)、運算器的種類(lèi)和結構特征。
? 能領(lǐng)會(huì )總線(xiàn)的操作過(guò)程;
? 能理解單總線(xiàn)結構、雙總線(xiàn)結構和三總線(xiàn)結構定點(diǎn)運算器的結構特征。
3. 知道計算機的主要硬件結構及其原理。
? 知道數據總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn)及總線(xiàn)性能指標;
? 知道ALU、RAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、Cache、PC、IR、AR、DR。
4. 掌握存儲器擴展、存儲系統的層次結構、控制器的組成及工作原理。
? 能進(jìn)行簡(jiǎn)單存儲器的擴展設計;
? 能理解Cache、虛擬存儲器的作用，會(huì )進(jìn)行地址映像;
? 能理解控制器的結構及工作原理，熟記8086CPU的內部寄存器及功能。
【教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)】
1.總線(xiàn)的作用及工作原理。 2.ALU及定點(diǎn)運算器。
3.存儲器擴展及存儲技術(shù)的實(shí)現。
4.8086CPU。
5.1 總 線(xiàn)
5.1.1 總線(xiàn)原理及三態(tài)門(mén)
總線(xiàn)：是計算機系統各部件(也稱(chēng)模塊)之間傳送信息的公共通道，由若干條通信線(xiàn)和起驅動(dòng)、隔離作用的三態(tài)門(mén)組成。
總線(xiàn)傳輸的原則：同一時(shí)刻只允許傳輸1個(gè)信號，否則會(huì )出現信號沖突(即信號疊加)，導致信息傳輸錯誤�？偩�(xiàn)為所連接的多個(gè)部件服務(wù)的方法是分時(shí)傳輸。
部件與總線(xiàn)的連接：通過(guò)三態(tài)門(mén)來(lái)控制。圖5-1-1是總線(xiàn)與三態(tài)門(mén)的連接圖。
圖5-1-1 總線(xiàn)與三態(tài)門(mén)的連接
總線(xiàn)連接包括兩個(gè)層次：
�、� 物理連接：機械和電氣方面的連接，是指采用什么樣的電纜和連接器，總線(xiàn)的驅動(dòng)能力和傳輸距離，傳輸線(xiàn)的屏蔽、接地和抗干擾技術(shù)等。
�、� 邏輯連接：主要解決基本信息的緩沖與鎖存、總線(xiàn)握手和總線(xiàn)裁決等問(wèn)題，也即總線(xiàn)時(shí)序和總線(xiàn)使用權分配的問(wèn)題。
總線(xiàn)請求：總線(xiàn)在使用時(shí)須先由具有總線(xiàn)申請權的主模塊向總線(xiàn)控制器件發(fā)出請求。主模塊是指具有控制功能的模塊，如CPU或DMAC(DMA控制器);受控的模塊為從屬模塊，如存儲器或I/O接口。只有主模塊才能發(fā)出使用總線(xiàn)請求。
微型計算機采用總線(xiàn)結構的優(yōu)點(diǎn)：采用總線(xiàn)結構之后，使系統中各功能部件間的相互關(guān)系轉變?yōu)楦鞑考嫦蚩偩�(xiàn)的單一關(guān)系。一個(gè)部件(功能板/卡)只要符合總線(xiàn)標準，就可以連接到采用這種總線(xiàn)標準的系統中，也即總線(xiàn)標準化使微機系統成為一個(gè)開(kāi)放的體系結構。
�、� 簡(jiǎn)化了系統結構。
�、� 便于采用模塊結構設計方法，簡(jiǎn)化了軟、硬件的設計。 ③ 便于系統的擴充和升級。
�、� 便于故障診斷和維修，同時(shí)也降低了成本。
一、總線(xiàn)的操作過(guò)程
掛在總線(xiàn)上的各模塊是通過(guò)總線(xiàn)進(jìn)行信息交換，即數據傳輸的，完成一次數據傳輸要經(jīng)歷以下四個(gè)階段。
1.總線(xiàn)請求和仲裁階段
當系統總線(xiàn)上接有多個(gè)總線(xiàn)主模塊時(shí)，需要使用總線(xiàn)的主模塊向總線(xiàn)提出申請，由總線(xiàn)
仲裁機構確定后，把下一個(gè)傳輸周期的總線(xiàn)使用權交給申請的主模塊。
2.尋址階段
獲得總線(xiàn)控制權的主模塊，通過(guò)地址總線(xiàn)發(fā)出本次打算訪(fǎng)問(wèn)的從模塊的地址及有關(guān)操作命令，通過(guò)譯碼使被訪(fǎng)問(wèn)的從屬模塊被選中，從而開(kāi)始啟動(dòng)。
3.數據傳送階段
主模塊和從屬模塊進(jìn)行數據交換。 4.結束階段
主、從模塊的有關(guān)信息均從總線(xiàn)上撤除，讓出總線(xiàn)，以便其它模塊繼續使用。
二、總線(xiàn)的通信方式
總線(xiàn)上的主、從模塊間進(jìn)行數據傳送稱(chēng)為通信。為了保證通信的可靠性，主、從模塊間至少應滿(mǎn)足下述關(guān)系：發(fā)送模塊在開(kāi)始發(fā)送數據時(shí)，接收模塊應做好接收的準備。在接收模塊沒(méi)有接收到準確數據前，發(fā)送模塊不應撤除發(fā)送信號。
總線(xiàn)上的主、從模塊通常采用的三種通信方式： 1.同步傳輸
同步傳輸也稱(chēng)為同步通信方式，是指總線(xiàn)上的各模塊嚴格地在時(shí)鐘控制下工作的方式，如圖5-1-2所示。
圖5-1-2 同步傳輸
特點(diǎn)：要求主模塊按嚴格的時(shí)間標準發(fā)出地址信號、產(chǎn)生指令，從屬模塊按嚴格的時(shí)間標準讀出數據或寫(xiě)入數據。
2.半同步傳輸
半同步傳輸方式是對同步方式的一種改進(jìn)，如圖5-1-3所示。它保留了同步傳輸的基本特點(diǎn)�？偩�(xiàn)上的各模塊基本上還是在時(shí)鐘控制下統一動(dòng)作，對于快速的從模塊，采用同步方式;但是對于某些不能在規定時(shí)間內完成操作的慢速從模塊，可以請求延長(cháng)操作時(shí)間。
圖5-1-3
半同步傳輸
3.異步傳輸
異步傳輸方式也稱(chēng)為應答方式，如圖5-1-4所示。
圖5-1-4 異步傳輸
進(jìn)行通信的主、從模塊不受統一的時(shí)鐘控制，而是采用“請求”和“應答”信號來(lái)協(xié)調傳輸過(guò)程。
三、總線(xiàn)的主要技術(shù)參數
1.總線(xiàn)帶寬
總線(xiàn)帶寬是衡量總線(xiàn)傳輸速度的重要指標，是指單位時(shí)間內總線(xiàn)上可傳送的數據量，一般用每秒鐘傳送的字節數來(lái)表示，單位為MBps。
2.總線(xiàn)位寬
總線(xiàn)位寬是指總線(xiàn)能同時(shí)傳送的數據位數，即總線(xiàn)寬度，如16位、32位、64位等。在工作頻率一定的條件下，總線(xiàn)的帶寬與總線(xiàn)的位寬成正比。
3.總線(xiàn)的工作頻率
總線(xiàn)的工作頻率也稱(chēng)為總線(xiàn)的時(shí)鐘頻率，單位為MHz。工作頻率越高，總線(xiàn)工作速度越快，總線(xiàn)帶寬也越寬。
總線(xiàn)位寬、工作頻率和總線(xiàn)帶寬間的關(guān)系為：
總線(xiàn)帶寬(MBps)=(總線(xiàn)位寬/8)×總線(xiàn)工作頻率(MHz)
例如：32位總線(xiàn)，工作頻率33MHz，則：總線(xiàn)帶寬=(32/8)×33=132(MBps)
5.1.2總線(xiàn)分類(lèi)及總線(xiàn)標準
一、總線(xiàn)的分類(lèi)
根據總線(xiàn)所處的位置和應用場(chǎng)合，總線(xiàn)可分為片內總線(xiàn)、片間總線(xiàn)、內總線(xiàn)和外總線(xiàn)四級，如圖5-1-5所示。
圖
5-1-5 四級總線(xiàn)示意圖
1.片內總線(xiàn)
片內總線(xiàn)是位于微處理器或半導體集成芯片(如LSI/VLSI)內部，用于連接各部件，如微處理器內部ALU和各種寄存器等，進(jìn)行信息傳送的總線(xiàn)。由于受芯片面積及對外引腳數的限制，片內總線(xiàn)大多采用單總線(xiàn)結構，這有利于芯片集成度和成品率的提高。
2.片間總線(xiàn)
片間總線(xiàn)又稱(chēng)元件級總線(xiàn)、芯片級總線(xiàn)、片總線(xiàn)或局部總線(xiàn)，是在微型計算機主板、單板機以及其它一些插件板、卡(如各種I/O接口板/卡)等子系統中，連接板/卡上的CPU，RAM，ROM，I/O接口等各種芯片的總線(xiàn)。
3.內總線(xiàn)
內總線(xiàn)是用來(lái)連接微型計算機系統中各功能部件的總線(xiàn)，又稱(chēng)系統總線(xiàn)或板級總線(xiàn)。系統總線(xiàn)是微型計算機系統中最重要的總線(xiàn)，人們平常所說(shuō)的微型計算機總線(xiàn)就是指系統總線(xiàn)，如微型計算機總線(xiàn)、AT總線(xiàn)(ISA總線(xiàn))、PCI總線(xiàn)等。
系統總線(xiàn)又可分為數據總線(xiàn)(DB)、地址總線(xiàn)(AB)和控制總線(xiàn)(CB)，如圖5-1-6中所示。
�、� 數據總線(xiàn)(DB)：傳送數據信息，雙向的三態(tài)總線(xiàn)。數據總線(xiàn)的位數是微型計算機的一個(gè)重要指標，通常與微處理器的字長(cháng)相一致。例如Intel 8086微處理器字長(cháng)16位，其數據總線(xiàn)寬度也是16位。
在計算機中指令代碼、狀態(tài)信息、控制信息都稱(chēng)為數據，都可以通過(guò)數據總線(xiàn)傳送。 ② 地址總線(xiàn)(AB)：專(zhuān)門(mén)傳送地址，單向的三態(tài)總線(xiàn)。地址總線(xiàn)的位數決定了CPU可直接尋址的內存空間大小，一般來(lái)說(shuō)，若地址總線(xiàn)為n位，則可尋址空間為2n字節。如8位微型計算機的地址總線(xiàn)為16位，則其最大可尋址空間為216=64KB。16位微型機的地址
【計算機硬件結構及原理】相關(guān)文章：
計算機硬件故障原理及維護11-18
計算機硬件的基本結構07-03
計算機硬件故障原理及日常維護09-27
硬盤(pán)的分區結構與數據儲存原理07-19
硬盤(pán)的分區結構及其數據儲存原理07-19
2017年結構師備考知識鋼結構設計原理10-06
計算機硬件10-14