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2016年下半年 上午试卷 综合知识
第 5 题
知识点 存储器   主存储器   总线   总线宽度  
关键词 32位   地址总线   计算机系统   数据总线   主存储器   总线宽度   存储器   数据   主存   总线  
章/节 硬件基础知识  
 
 
在计算机系统中总线宽度分为地址总线宽度和数据总线宽度。若计算机中地址总线的宽度为32位,则最多允许直接访问主存储器(5)物理空间。
 
  A.  40MB
 
  B.  4GB
 
  C.  40GB
 
  D.  400GB
 
 




 
 
相关试题     存储器的结构、特征分类 

  第3题    2016年下半年  
计算机系统中,虚拟存储体系由(3)两级存储器构成。

  第5题    2014年上半年  
在高速缓冲存储器(Cache)-主存层次结构中,地址映像以及和主存数据的交换由(5)完成。

  第6题    2013年下半年  
硬盘的性能指标不包括(5);其平均访问时间=(6)。

相关试题     存储器 

  第9题    2014年下半年  
在CPU和主存之间设置“cache”的作用是为了解决( )的问题。

  第5题    2013年下半年  
硬盘的性能指标不包括(5);其平均访问时间=(6)。

  第4题    2015年下半年  
采用虚拟存储器的目的是( )。

 
知识点讲解
· 存储器
· 主存储器
· 总线
· 总线宽度
 
        存储器
        存储器是计算机的一个重要组成部分,它用来保存计算机工作所必需的程序和数据。正因为有了存储器,计算机才有信息记忆功能。
               分类
               1)按在计算机中的作用分类
               按在计算机中的作用可分为内部存储器、外部存储器和缓冲存储器。
               (1)内部存储器简称内存或主存。内存是主机的一个组成部分,它用来容纳当前正在使用的,或者经常要使用的程序或数据,CPU可以直接从内部存储器取指令或存取数据。
               (2)外部存储器简称外存或辅存。外存也是用来存储各种信息的,但是CPU要使用这些信息时,必须通过专门的设备将信息先传送到内存中,因此外存存放相对来说不经常使用的程序和数据。另外,外存总是和某个外部设备相关的。
               (3)缓冲存储器用于两个工作速度不同的部件之间,在交换信息过程中起缓冲作用。
               2)按存储介质分类
               按存储介质可分为半导体存储器、磁表面存储器和光电存储器。
               3)按存取方式分类
               按存取方式可分为随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和串行访问存储器。
               (1)随机存储器(Random Access Memory, RAM)又称为读写存储器,是指通过指令可以随机地、个别地对各个存储单元进行访问。它是易失性存储器,这种存储器一旦去掉其电源,则所保存的信息全部丢失。
               (2)只读存储器(Read Only Memory, ROM)是一种对其内容只能读不能写入的存储器。它属于非易失性存储器,当去掉其电源后,所保存的信息仍保持不变。
               (3)串行访问存储器(Serial Access Storage, SAS)是指对存储器的信息进行读写时,需要顺序地访问。
               主存储器
               1)主存储器的种类
               主存储器一般由半导体随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)组成,其绝大部分由RAM组成。按所用元件类型来分有双极性和MOS存储器两类。前者存取速度比后者高,但集成度不如后者,价格也高,主要用于小容量存储器,后者主要用于大容量存储器。MOS存储器按存储元件在运行中能否长时间保存信息来分,有静态存储器(SRAM)和动态存储器(DRAM)两种。前者只要不断电,信息就不会丢失,而后者需要不断给电容充电才能使信息保持。由于后者密度大且较便宜,故使用较多。
               2)主存储器的主要技术指标
               衡量一个主存储器的性能指标主要为主存容量、可直接寻址空间、存储器存取时间、存储周期时间和带宽等。
               (1)主存容量是指每个存储芯片所能存储的二进制的位数,也就是存储单元数乘以数据线位数。
               (2)可直接寻址空间是由地址线位数确定的。例如,提供32位物理地址的计算机支持对4(232)GB的物理主存空间的访问。
               (3)存储器存取时间又称为存储器访问时间,是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。
               (4)存储周期时间是指连续启动两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间。
               (5)带宽是指存储器的数据传送率,即每秒传送的数据位数。
               3)主存储器的构成
               主存储器一般由地址寄存器、数据寄存器、存储矩阵、译码电路和控制电路组成。
               (1)地址寄存器(MAR)用来存放由地址总线提供的将要访问的存储单元的地址码。
               (2)数据寄存器(MDR)用来存放要写入存储矩阵或从存取矩阵中读取的数据。
               (3)存储矩阵用来存放程序和数据的存储单元排成的矩阵。
               (4)译码电路根据存放在地址寄存器中的地址码,在存储体中找到相应的存储单元。
               (5)控制电路根据读写命令控制主存储器的各部分协作完成相应的操作。
               4)主存储器的基本操作
               要从存储器中取一个信息字,CPU必须指定存储器字地址,并进行"读"操作。CPU把信息字的地址送到MAR,经地址总线送往主存储器,同时CPU应用控制线发一个"读"请求。此后,CPU等待从主存储器发回来的回答信号,通知CPU"读"操作完成,说明存储字内容已经读出并放在数据总线上送入MDR。
               为了存一个字到主存,CPU先将信息字在主存中的地址经MAR送到地址总线,并将信息字送到MDR,同时CPU发出"写"命令。此后,CPU等待从主存储器发回来的回答信号,通知CPU"写"操作完成,说明主存从数据总线接收到信息字并按地址总线指定的地址存储。
               外存储器
               外存储器的特点是容量大、价格低,但是存取速度慢,用于存放暂时不用的程序和数据。外存储器主要有磁盘存储器、磁带存储器和光盘存储器。磁盘是最常用的外存储器,通常分软磁盘和硬磁盘两类。目前,常用的外存储器有软盘、硬盘和光盘存储器。它们和内存一样,存储容量也是以字节为基本单位的。
               1)软磁盘存储器
               软磁盘是用柔软的聚酯材料制成圆形底片,在两个表面涂有磁性材料。目前,常用软盘的直径为3.5英寸。软磁盘安装在硬塑胶盒中,而且没有裸露部分,因此使盘片得到了更好的保护,信息在磁盘上是按磁道和扇区的形式来存放的。磁道即磁盘上的一组同心圆的信息记录区,它们由外向内编号,一般为0~79道。每条磁道被划成相等的区域,称为扇区。一般每磁道有9、15或18个扇区。每个扇区的容量为512B。一个软盘的存储容量可由下面的公式算出,即
               软盘总容量=磁道数×扇区数×扇区字节数(512B)×磁盘面数(2)
               例如,3.5英寸软盘有80个磁道,每条磁道18个扇区,每个扇区512B,共有两面,则其存储容量的计算公式为:
               软盘容量=80×18×512×2=1 474 560B=1.44MB
               扇区是软盘(或硬盘)的基本存储单元,每个扇区记录一个数据块,数据块中的数据按顺序存取。扇区也是磁盘操作的最小可寻址单位,与内存进行信息交换是以扇区为单位进行的。
               在进行写入操作时,写保护开关先要对磁盘是否有写保护缺口进行检索,如果检测到有写保护缺口,则允许进行写操作;如果没有或被胶纸黏封,则不能进行写操作。
               使用软磁盘应注意防磁、防潮、防污(灰尘和手摸)、防丢信息(写保护和勤复制)和防病毒(常加写保护,不使用来历不明的软磁盘)。
               2)硬磁盘存储器
               硬磁盘是由涂有磁性材料的铝合金圆盘组成的。目前常用的硬盘是3.5英寸的,这些硬盘通常采用温彻斯特技术,即把磁头、盘片及执行机构都密封在一个整体内,与外界隔绝,所以这种硬盘也称为温彻斯特盘。
               硬盘的两个主要性能指标是硬盘的平均寻道时间和内部传输速率。一般来说,转速越高的硬盘寻道的时间越短,而且内部传输速率也越高,不过内部传输速率还受硬盘控制器Cache的影响。目前,市场上硬盘常见的转速有5400r/min、7200r/min,最快的平均寻道时间为8ms,内部传输速率最高为190MB/s。硬盘的每个存储表面被划分成若干个磁道(不同硬盘磁道数不同),每个磁道被划分成若干个扇区(不同的硬盘扇区数不同)。每个存储表面的同一道形成一个圆柱面,称为柱面。柱面是硬盘的一个常用指标。
               硬盘的存储容量计算公式为
               存储容量=记录面面数×每面磁道数×每扇区字节数×扇区数
               例如,某硬盘有记录面15个,磁道数(柱面数)8894个,每道63扇区,每扇区512B,则其存储容量为
               15×8894×512×63=4.3GB
               使用硬盘应注意避免频繁开关机器电源,应使其处于正常的温度和湿度、无振动、电源稳定的良好环境。
               3)光盘存储器
               光盘指的是利用光学方式进行信息存储的圆盘。人们把采用非磁性介质进行光存储的技术称为第一代光存储技术,其缺点是不能像磁记录介质那样把内容抹掉后重新写入新的内容。把采用磁性介质进行光存储的技术称为第二代光学存储技术,其主要特点是可擦写。
               光盘存储器可分成CD-ROM、CD-R和可擦除型光盘。
               CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory),是只读型光盘,这种光盘的盘片是由生产厂家预先将数据或程序写入,出厂后用户只能读取,而不能写入或修改。CD-R(CD-Recordable),即一次性可写入光盘,但必须在专用的光盘刻录机中进行。可擦除型光盘可多次写入。
               高速缓冲存储器
               计算机的主-辅存层次解决了存储器的大容量和低成本之间的矛盾,但是在速度方面,计算机的主存和CPU一直有很大的差距,这个差距限制了CPU速度潜力的发挥。为了弥合这个差距,设置高速缓冲存储器(Cache)是解决存取速度的重要方法。就是在主存和CPU之间设置一个高速的容量相对较小的存储器,如果当前正在执行的程序和数据存放在这个存储器中,当程序运行时不必从主存取指令和数据,所以提高了程序的运行速度。它具有以下特点。
               (1)位于CPU与主存之间。
               (2)容量小,一般在几千字节到几兆字节之间。
               (3)速度一般比主存快5~10倍,由快速半导体存储器制成。
               虚拟存储器
               主存的特点是速度快但容量小,CPU可直接访问。外存的特点是容量大和速度慢,CPU不能直接访问。用户的程序和数据通常放在外存中,因此需要经常在主存与外存之间取来送去,由用户来干预调度很不方便。虚拟存储器用来解决这个矛盾,使用户感到他可以直接访问整个内、外存空间,而不需用户干预。因此容量很大的速度较快的外存储器(硬磁盘)成为虚拟存储器主要组成部分。用户程序采用虚地址访问整个虚拟空间,而指令执行时只能访问主存空间。因此,必须进行虚实地址转换,把不在主存的单元内容调入主存某单元,再按转换的实地址进行访问。
 
        主存储器
        1)主存储器的种类
        主存储器一般由半导体随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)组成,其绝大部分由RAM组成。按所用元件类型来分有双极性和MOS存储器两类。前者存取速度比后者高,但集成度不如后者,价格也高,主要用于小容量存储器,后者主要用于大容量存储器。MOS存储器按存储元件在运行中能否长时间保存信息来分,有静态存储器(SRAM)和动态存储器(DRAM)两种。前者只要不断电,信息就不会丢失,而后者需要不断给电容充电才能使信息保持。由于后者密度大且较便宜,故使用较多。
        2)主存储器的主要技术指标
        衡量一个主存储器的性能指标主要为主存容量、可直接寻址空间、存储器存取时间、存储周期时间和带宽等。
        (1)主存容量是指每个存储芯片所能存储的二进制的位数,也就是存储单元数乘以数据线位数。
        (2)可直接寻址空间是由地址线位数确定的。例如,提供32位物理地址的计算机支持对4(232)GB的物理主存空间的访问。
        (3)存储器存取时间又称为存储器访问时间,是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。
        (4)存储周期时间是指连续启动两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间。
        (5)带宽是指存储器的数据传送率,即每秒传送的数据位数。
        3)主存储器的构成
        主存储器一般由地址寄存器、数据寄存器、存储矩阵、译码电路和控制电路组成。
        (1)地址寄存器(MAR)用来存放由地址总线提供的将要访问的存储单元的地址码。
        (2)数据寄存器(MDR)用来存放要写入存储矩阵或从存取矩阵中读取的数据。
        (3)存储矩阵用来存放程序和数据的存储单元排成的矩阵。
        (4)译码电路根据存放在地址寄存器中的地址码,在存储体中找到相应的存储单元。
        (5)控制电路根据读写命令控制主存储器的各部分协作完成相应的操作。
        4)主存储器的基本操作
        要从存储器中取一个信息字,CPU必须指定存储器字地址,并进行"读"操作。CPU把信息字的地址送到MAR,经地址总线送往主存储器,同时CPU应用控制线发一个"读"请求。此后,CPU等待从主存储器发回来的回答信号,通知CPU"读"操作完成,说明存储字内容已经读出并放在数据总线上送入MDR。
        为了存一个字到主存,CPU先将信息字在主存中的地址经MAR送到地址总线,并将信息字送到MDR,同时CPU发出"写"命令。此后,CPU等待从主存储器发回来的回答信号,通知CPU"写"操作完成,说明主存从数据总线接收到信息字并按地址总线指定的地址存储。
 
        总线
        所谓总线(Bus),是指计算机设备和设备之间传输信息的公共数据通道。总线是连接计算机硬件系统内多种设备的通信线路,它的一个重要特征是由总线上的所有设备共享,因此可以将计算机系统内的多种设备连接到总线上。
               总线的分类
               微机中的总线分为数据总线、地址总线和控制总线3类。不同型号的CPU芯片,其数据总线、地址总线和控制总线的条数可能不同。
               数据总线(Data Bus,DB)用来传送数据信息,是双向的。CPU既可通过DB从内存或输入设备读入数据,也可通过DB将内部数据送至内存或输出设备。DB的宽度决定了CPU和计算机其他设备之间每次交换数据的位数。
               地址总线(Address Bus,AB)用于传送CPU发出的地址信息,是单向的。传送地址信息的目的是指明与CPU交换信息的内存单元或I/O设备。存储器是按地址访问的,所以每个存储单元都有一个固定地址,要访问1MB存储器中的任一单元,需要给出220个地址,即需要20位地址(220=1M)。因此,地址总线的宽度决定了CPU的最大寻址能力。
               控制总线(Control Bus,CB)用来传送控制信号、时序信号和状态信息等。其中有的信号是CPU向内存或外部设备发出的信息,有的是内存或外部设备向CPU发出的信息。显然,CB中的每一条线的信息传送方向是单方向且确定的,但CB作为一个整体则是双向的。所以,在各种结构框图中,凡涉及控制总线CB,均是以双向线表示。
               总线的性能直接影响整机系统的性能,而且任何系统的研制和外围模块的开发都必须依从所采用的总线规范。总线技术随着微机结构的改进而不断发展与完善。
               在计算机的概念模型中,CPU通过系统总线和存储器之间直接进行通信。实际上在现代的计算机中,存在一个控制芯片的模块。CPU需要和存储器、I/O设备等进行交互,会有多种不同功能的控制芯片,称之为控制芯片组。对于目前的计算机结构来说,控制芯片集成在主板上,典型的有南北桥结构和单芯片结构。与芯片相连接的总线可以分为前端总线(FSB)、存储总线、I/O总线、扩展总线等。
                      南北桥芯片结构
                      北桥芯片直接与CPU、内存、显卡、南桥相连,控制着CPU的类型、主板的总线频率、内存控制器、显示核心等。前端总线(FSB)是将CPU连接到北桥芯片的总线。内存总线是将内存连接到北桥芯片的总线,用于和北桥之间的通信。显卡则通过I/O总线连接到北桥芯片。
                      南桥芯片主要负责外部设备接口与内部CPU的联系。其中,通过I/O总线将外部I/O设备连接到南桥,比如USB设备、ATA和SATA设备以及一些扩展接口。扩展总线则是指主板上提供的一些PCI、ISA等插槽。
                      单芯片结构
                      单芯片组方式取消了北桥。由于CPU中内置了内存控制器,不再需要通过北桥来控制,这样就能提高内存控制器的频率,减少延迟。还有一些CPU集成了显示单元,使得显示芯片的频率更高,延迟更低。
               常见总线
               常见总线包括:
               (1)ISA总线。ISA是工业标准总线,只能支持16位的I/O设备,数据传输率大约是16MB/s,也称为AT标准。
               (2)EISA总线。EISA是在ISA总线的基础上发展起来的32位总线。该总线定义32位地址线、32位数据线以及其他控制信号线、电源线、地线等共196个接点。总线传输速率达33MB/s。
               (3)PCI总线。PCI总线是目前微型机上广泛采用的内总线,采用并行传输方式。PCI总线有适于32位机的124个信号的标准和适于64位机的188个信号的标准。PCI总线的传输速率至少为133MB/s,64位PCI总线的传输速率为266MB/s。PCI总线的工作与CPU的工作是相互独立的,也就是说,PCI总线时钟与处理器时钟是独立的、非同步的。PCI总线上的设备是即插即用的。接在PCI总线上的设备均可以提出总线请求,通过PCI管理器中的仲裁机构允许该设备成为主控设备,主控设备与从属设备间可以进行点对点的数据传输。PCI总线能够对所传输的地址和数据信号进行奇偶校验检测。
               (4)PCI Express总线。PCI Express简称为PCI-E,采用点对点串行连接,每个设备都有自己的专用连接,不需要向整个总线请求带宽,而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率。相对于传统PCI总线在单一时间周期内只能实现单向传输,PCI Express的双单工连接能提供更高的传输速率和质量。
               PCI Express的接口根据总线位宽不同而有所差异,包括X1、X4、X8以及X16(X2模式将用于内部接口而非插槽模式),其中X1的传输速度为250MB/s,而X16就是等于16倍于X1的速度,即是4GB/s。较短的PCI Express卡可以插入较长的PCI Express插槽中使用。PCI Express接口能够支持热拔插。同时,PCI Express总线支持双向传输模式,还可以运行全双工模式,它的双单工连接能提供更高的传输速率和质量,它们之间的差异与半双工和全双工类似。因此连接的每个装置都可以使用最大带宽。
               (5)前端总线。微机系统中,前端总线(Front Side Bus,FSB)是将CPU连接到北桥芯片的总线。选购主板和CPU时,要注意两者的搭配问题,一般来说,如果CPU不超频,那么前端总线是由CPU决定的,如果主板不支持CPU所需要的前端总线,系统就无法工作。也就是说,需要主板和CPU都支持某个前端总线,系统才能工作。通常情况下,一个CPU默认的前端总线是唯一的。北桥芯片负责联系内存、显卡等数据吞吐量最大的部件,并与南桥芯片连接。CPU通过前端总线(FSB)连接到北桥芯片,进而通过北桥芯片与内存、显卡交换数据。FSB是CPU和外界交换数据的最主要通道,因此FSB的数据传输能力对计算机整体性能作用很大,如果没足够快的FSB,再强的CPU也不能明显提高计算机整体速度。
               (6)RS-232C。RS-232C是一条串行外总线,其主要特点是所需传输线比较少,最少只需三条线(一条发、一条收、一条地线)即可实现全双工通信。传送距离远,用电平传送为15m,电流环传送可达千米。有多种可供选择的传送速率。采用非归零码负逻辑工作,电平≤-3V为逻辑1,而电平≥+3V为逻辑0,具有较好的抗干扰性。
               (7)SCSI总线。小型计算机系统接口(SCSI)是一条并行外总线,广泛用于连接软硬磁盘、光盘、扫描仪等。其中,SCSI-1是第一个SCSI标准,传输速率为5MB/s;Ultra2 SCSI的传输速率为80MB/s;Ultra160 SCSI也称Ultra3 SCSI LVD,传输速率为160MB/s;Ultra320 SCSI也称Ultra4 SCSI LVD,传输速率可高达320MB/s。
               (8)SATA。SATA是Serial ATA的缩写,即串行ATA。它主要用作主板和大量存储设备(如硬盘及光盘驱动器)之间的数据传输。SATA总线使用嵌入式时钟信号,具备了更强的纠错能力,与以往相比其最大的区别在于能对传输指令(不仅仅是数据)进行检查,如果发现错误会自动矫正,这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。
               (9)USB。通用串行总线(USB)当前风头正劲,目前得到十分广泛的应用。USB由4条信号线组成,其中两条用于传送数据,另外两条传送+5V容量为500mA的电源。可以经过集线器(Hub)进行树状连接,最多可达5层。该总线上可接127个设备。USB 1.0有两种传送速率:低速为1.5Mb/s,高速为12Mb/s。USB 2.0的传送速率为480Mb/s。USB 3.0的传送速率为5Gb/s。USB总线最大的优点还在于它支持即插即用,并支持热插拔。
               (10)IEEE-1394。IEEE-1394是高速串行外总线,近几年得到广泛应用。IEEE-1394也支持外设热插拔,可为外设提供电源,省去了外设自带的电源,能连接多个不同设备,支持同步和异步数据传输。IEEE-1394由6条信号线组成,其中两条用于传送数据,两条传送控制信号,另外两条传送8~40V容量为1500mA的电源,IEEE-1394总线理论上可接63个设备。IEEE-1394的传送速率从400Mb/s、800Mb/s、1600Mb/s直到3.2Gb/s。
               (11)IEEE-488总线。IEEE-488是并行总线接口标准。微计算机、数字电压表、数码显示器等设备及其他仪器仪表均可用IEEE-488总线连接装配,它按照位并行、字节串行双向异步方式传输信号,连接方式为总线方式,仪器设备不需中介单元直接并联于总线上。总线上最多可连接15台设备。最大传输距离为20m,信号传输速率一般为500KB/s,最大传输速率为1MB/s。
 
        总线宽度
        总线宽度分为地址总线宽度和数据总线宽度。其中,地址总线宽度决定了CPU可以访问的物理地址空间,即CPU能够使用多大容量的内存。例如,地址线的宽度为32位,最多可以直接访问4096 MB(4GB)的物理空间。数据总线负责整个系统中数据流量的大小,其数据总线宽度决定了CPU与二级高速缓存、内存以及输入输出设备之间一次数据传输的信息量。



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