计算机组成原理论文参考的文献

随着人们对计算机紧凑性设计的要求越来越高,计算机的CPU芯片也在朝着高度集成的方向不断发展,由此造成其在性能方面对温度也更加敏感,其散热技术也成为了相关领域的研究 热点 。下面是我为大家推荐的 cpu 对计算机影响论文，供大家参考。

cpu对计算机影响论文 范文 一：计算机CPU论文

摘要: CPU 是计算机进行运算的核心, 主要性能指标有字长、频率、高速缓存、前端总线频率、超线程技术的应用、支持的扩展指令集等对整个计算机的性能起着至关重要的作用。在计算机的使用中常见的CPU 超频故障、计算机感染病毒使CPU 性能大幅度下降,偶伴随 死机 等现象, 逐步掌握CPU 主要性能与故障的排除技巧, 达到举一反三的效果。

关键词: CPU; 性能指标; 高速缓存; 显示器 黑屏; 故障排除

1 计算机CPU 的主要性能指标

Central Processing Unit, CPU 通常也称“微处理器”或“中央处理器”, 是计算机进行运算的核心, 在计算机系统中相当于“大脑”,主要负责计算机的数据运算和发出计算机的控制指令, 是控制计算机中其他设备运行的“总指挥”。在计算机的发展过程中, CPU 技术的发展一直是计算机技术发展的重点, 在计算机的使用中CPU 的故障排除也是一个难点, 有待我们认真地研究, 以加深对CPU的了解, 逐步掌握CPU 常见故障的排除 方法 与技巧, 配合CPU 工作, 协调CPU 的处理速度, 在使用中达到举一反三的效果。

1.1 CPU“字长”是表示运算器性能的主要技术指标:在

计算机技术中, 把CPU 在单位时间内一次处理的二进制数的位数称为“字长”。一般情况下, 把单位时间内能处理为8 位数据的CPU 叫8 位CPU。同理, 64 位的CPU 在单位时间内能处理字长为64 位的二进制数据。字长是表示运算器性能的主要技术指标,通常等于CPU 数据总线的宽度。CPU 字长越长, 运算精度越高, 信息处理速度越快, CPU 性能也就越高。

1.2 CPU 的频率与CPU 的外频和倍频的关系:CPU 的频率是指计算机运行时的工作频率, 也称为“主频”或“时钟频率”。CPU 的频率表示CPU 内部数字脉冲信号振荡的速度, 代表了CPU 的实际运算速度, 单位是Hz。CPU 的频率越高, 在一个时钟周期内所能完成的指令数也就越多, CPU 的运算速度也就越快。

1.2.1 倍频越高, CPU 的频率就越高,CPU 实际运行的频率与CPU 的外频和倍频有关, CPU 的实际频率=外频!倍频。外频即CPU 的基准频率, 是CPU 与主板之间同步运行的速度。外频速度越高, CPU 就可以同时接受更多来自外围设备的数据, 从而使整个系统的速度进一步提高。倍频是CPU 运行频率与系统外频之间差距的参数, 也称为“倍频系数”, 通常简称为“倍频”。在相同的外频下, 倍频越高, CPU 的频率就越高。

1.2.2 主频越高, CPU 的速度也就越快,当我们使用CPU 时, 通常会说到“奔腾Ⅲ 600”、“奔腾4 3.0”等等, 其实, 这些型号里面的数字“600”和“3.0”就是指CPU 的主频。CPU 的主频一般以MHz 为单位, 通常所说的“奔腾Ⅲ600”中的“600”实际上就是指该CPU 的主频是600MHz。但随着CPU 主频的提高, 一般以GHz( 1GHz=1000MHz) 为单位, 如“奔腾4 3.0”中的3.0 即指该CPU 的工作频率是3.0GHz, 即3000MHz。一般说来,一个时钟周期完成的指令数是固定的, 因此主频越高, CPU 的速度也就越快。

1.3 缓存容量越大, 性能也就越高：

1.3.1 缓存(Cache) 的作用是为CPU 和内存进行数据

交换时提供一个高速的数据缓冲区。当CPU 要读取数据时, 首先会在缓存中寻找, 如果找到了则直接从缓存中读取, 如果在缓存中未能找到, 那么CPU 就从主内存中读取数据。CPU 缓存一般分为L1 高速缓存和L2 高速缓存。

1.3.2 一级高速缓存与二级高速缓存对CPU 的性能影响L1 高速缓存也称为一级高速缓存( L1Cache) 用于暂存部分指令和数据, 以使CPU 能迅速地得到所需要的数据。L1 高速缓存与CPU 同步运行, 其缓存容量大小对CPU 的性能影响较大。__L2 高速缓存也称为二级高速缓存( L2Cache) 的容量和频率对CPU 的性能影响也较大, 其作用就是协调

CPU 的运行速度与内存存取速度之间的差异。L2 高速缓存是CPU 晶体管总数中占得最多得一部分, 由于L2 高速缓存得成本很高, 因此L2 高速缓存得容量大小一般用来作为高端和低端CPU 产品得分界标准。目前CPU 的L2 高速缓存有低至64KB 的, 也有高达4MB 的。

1.4 前端总线频率比外频更具代表性：前端总线频率是AMD 公司在推出K7CPU 时提出的概念, 一直以来很多人都误认为这个名词是外频的一个别称。其实, 通常所说的外频是指CPU 与主板的连接速度, 这个概念建立在数字脉冲信号振荡速度的基础之上, 而前端总线频率指的是数据传输的实际速度, 即每秒钟CPU 可以接收的数据传输量。例如100MHz 外频是指数字脉冲信号在每秒钟振荡1000 万次, 而1001MHz 前端总线频率则是指CPU 每秒钟可接受的数据传输量是100MHz!64bit/8bit/Byte=800MB。就处理器速度而言, 前端总线比外频更具代表性。

1.5 CPU 的制造工艺直接关系到CPU 的电气性能：

1.5.1 CPU 在更高的频率下工作,线路宽度越小, CPU 的功耗和发热量就越低目前Inter 公司的主流产品的制造工艺已经达到0.065 m 级别。由于CPU 制造完成后, 是一块不到1cm2 的硅晶片( 或集成电路) , 还要对其进行封装, 并安装引脚( 或称为“针”) 后才能插到主板上、通常所说的Socket478 和Socket939 中的数值的就是指该CPU 的引脚数, CPU 的封装一般有陶瓷封装和树脂封装两种。

1.5.2 超线程技术的应用超线程(Hyper- Threading,HT) 是Inter 公司为Pentium4 专门设计的一项技术。超线程是一种同步多线执行技术, 一款应用超线程技术的IntelCPU 可以在逻辑上被模拟成两个任务。当计算机系统应用超线程技术后, 可使整机性能提高25%以上。

1.6 支持的扩展指令集对提高CPU 的效率具有重要作用：指令集是CPU 用来计算和控制系统的命令, 是与硬件电路相配合的一系列指令。指令集是评价CPU 性能的重要指标之一。目前指令集有Intel 公司的MMX、SSE、SSE2、SSE3 和AMD 公司的“3DNow! ”等。MMX(Multi Media Extensions,多媒体扩展)指令集由Intel 公司开发, 包括57 条多媒体指令, 通常这些指令可以同时处理多个数据, 提高CPU 处理图形、视频和音频的能力。SSE(Streaming SIMDExtensions,单指令多数据流扩展)指令集是MMX指令集的扩展, 是Intel 公司在Pentium3 处理器中开始使用的。SSE2 支持双精度浮点数的SIMD 处理, 用在64 位CPU 中。SSE3 是Intel 公司在最新的Pentium 4 Prescott 处理器中为了增强Pentium 4 CPU 在多媒体方面的性能二新增加的一组指令集合, 有助于增强Intel CPU 的超线程功能。“3DNow! ”指令集广泛

应用于AMD 公司的K6- 2,K6- 3 以及Athlon( k7) 处理器中。在软件的配合下, 可以大幅度提高3D 处理性能。“3Dnow! ”指令集是最早的三维指令集。

2 计算机使用中CPU 常见故障的排除

2.1 故障现象：一般说来, CPU 是不容易出现故障的, 但由于超频或者电压工作不稳定和CPU 的制造工艺的不同等原因, 会导致CPU 不能正常工作, 显示器突然黑屏, 重启后无效, 更严重者会烧坏CPU。(1)CPU 超频是 DIY 族最喜欢干的事情, 有的CPU 本身不具备超频能力却硬要超频, 有的CPU 超频的余量很小, 却让它超出额定频率较大的范围工作, 其结果将导致电脑工作不正常, 经常出现死机现象。因为CPU 超频使用, 而且是硬超, 有可能是超频不稳定引起的故障。如开机后用手摸一下CPU, 发现非常烫, 则故障就可能在此。解决的方法是: 用户可以找到CPU 的外频与倍频跳线, 逐步降频后, 启动电源, 系统恢复正常, 显示器也就有了显示。也有可能是过度超频之后, 电脑启动时可能出现散热风扇转动正常, 但硬盘指示灯只亮了一下便没有反应了, 显示器也维持待机状态的故障。由于此时不能进入 BIOS 设置选项, 因此只能给CPU 降频。具体方法是打开机箱并在主板上找到给CMOS 放电的跳线, 给CMOS放电后重启系统即可。值得注意的是内存大小、硬盘速度、显卡速度,

特别是CPU 的性能指标, 对整个计算机的性能无不起着至关重要的作用, 因此盲目追求CPU 一级高速缓存与二级高速缓存、前端总线频率的高速并不可取。(2) 电压不正常导致CPU 烧坏。常见的故障现象是开机后黑屏, 只听到CPU 风扇在转动, 没有开机自检。解决方法: 根据故障现象可以排除电源的故障, 开机后风扇在转动, 说明计算机是通电的。但是不能自检, 也就不能听到“滴”的一声响, 此时怀疑是主板或CPU 的故障, 初步判断后, 采用替换法进行确认。首先找一台同等配置的好的计算机, 把此台计算机的CPU 拆下, 换到有故障的计算机上, 开机后如果能启动并正常进入系统, 说明该台计算机的故障就是CPU 有问题, 仔细查看CPU,发现针角处有发黑的地方, 说明是由于电压不稳定导致CPU 被烧坏。

2.2 计算机感染病毒, CPU 性能大幅度下降, 偶伴随死

机现象：(1)该故障原因可能是感染了病毒, 或磁盘碎片过多或CPU 温度过高。解决方法是首先可以使用杀毒软件查杀病毒, 然后使用Windows 附带的“磁盘碎片整理”程序进行整理。如果还不能解决问题, 则打开机箱, 查看CPU 散热器的风扇通电后是否转动, 如果不转动, 则更换新散热器即可。(2)蠕虫病毒发作使CPU 占用率为何高达100%。故障现象: 即开机使用一段时间后, 硬盘指示灯不停地闪, 同时

系统运行速度变得非常慢, “任务管理器”窗口中显示CPU 地占用率100%。只有重新启动才能继续使用。但过一段时间后又是如此。从故障描述可知, 计算机系统感染了某种蠕虫病毒。在正常情况下, 在不运行大型的程序时, CPU 在瞬间的占用率不可能为100%。而蠕虫病毒发作的时候就会将剩余的系统资源占满。这时, 用户可以在“任务管理器”窗口中查看哪个程序占用的CPU 资源最多, 如果是一个陌生的程序, 建议用户使用杀毒软件( 最好使用最新的杀毒库) 对系统进行彻底的检查。如果还无法解决该问题,最好重新安装 操作系统 , 并且安装病毒防火墙。这样, 能彻底解决问题。

2.3 CPU 风扇不转导致计算机死机：故障现象: 一台计

算机开机进入系统后不久就死机, 重新启动计算机后故障依旧。解决方法: 打开机箱, 查看机箱内各设备的运行情况, 发现CPU 风扇转动的很慢, 处于似转非转的状态, 由此想到造成重启的原因可能是由于CPU 风扇不能正常运转而导致CPU 无法散热, 从而使CPU 温度急剧上升, 最后出现死机。因为是突然黑屏, 可能是硬件有松动而引起接触不良。可打开机箱把硬件重新插一遍后开机, 有可能是显卡有问题, 因为从显示器的指示灯来判断无信号输出, 使用“替换法”检查, 显卡没问题, 那么此时有可能是显示器有故障,

使用“替换法”再检查, 同样没有发现问题, 接着检查CPU, 发现CPU 的针脚有点发黑和绿斑, 这是生锈的迹象。看来问题就在此处, 因为制冷片有结露的现象, 一定是制冷片的表面温度过低而结露, 导致CPU 长期处于潮湿的环境中, 日积月累, 就会产生太多锈斑, 造成接触不良, 从而发生此故障。找到问题的所在点后, 要拆掉CPU 风扇, 给风扇添加润滑油并清理风扇上的灰尘, 再重新安装CPU 风扇。开机后CPU 风扇转动正常, 死机现象也就消除了。还可以取出CPU, 用橡皮仔细地把每一个针脚都擦一遍, 然后把散热片上的制冷片取下, 清洁干净, 最后装好CPU 和制冷片开机, 即可正常启动。

计算机由于各种原因总会出现一些故障。特别当遇到CPU 常见故障时, 我们应该对CPU 的主要性能指标有充分的了解, 分析故障原因, 掌握常用的排除方法与技巧, 避免CPU 故障造成计算机黑屏、死机等麻烦。

参考文献:

[1] 熊巧玲,吕良燕,高明伟.电脑组装与维护技能实训

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cpu对计算机影响论文范文二：计算机组成原理——CPU 论文

摘 要 CPU是计算机进行运算的核心,其重要性相当于人体的大脑，起着至关重要的作用。CPU的主要性能指标有字长、频率、高速缓存、前端总线频率、超线程技术的应用、支持的扩展指令集等等，对整个计算机的性能起着至关重要的作用。要从了解CPU的发展历程，运行原理以及故障排除等多方面了解CPU，从而达到对CPU的全面认识。

关健词 CPU 历史 工作原理 故障排除

The priciple of the Computer Compoment--CPU

Wu Min

Abstract CPU is the core of computer operations, its importance is equivalent to the human brain, plays a vital role in.

The main properties of CPU index word length, frequency, cache, FSB, hyper threading technology, support the instruction set extensions on the whole computer plays an important role in the performance. To understand the development history of CPU, operation principle and troubleshooting to know more about CPU, to achieve a comprehensive understanding of CPU.

Keywords CPU，History, Working priciple , Troubleshooting

引言

CPU是Central Processing Unit(中央微 处理器)的缩写，又称为微处理器。随着网络时代的到来，网络通信、信息安全和信息家电产品将越来越普及，而CPU正是所有这些信息产品中必不可少的部件，CPU主要由运算器和控制器组成，是微型计算机硬件系统中的核心部件，起着控制整个微型计算机系统的作用。

CPU性能的高低通常决定了一台计算机的档次。

世界上生产CPU芯片主要有Intel和AMD两家公司。Intel公司生产的CPU始终占有相当大的市场。目前，Intel公司生产的CPU主要有赛扬系列、奔腾系列、酷睿系列等。AMD公司的CPU占有相当的市场份额。AMD公司生产的CPU主要有闪龙系列、速龙系列等。

协调工作，决定了计算机的整体性能。CPU主要由运算器、控制器、寄存器组和内部总线等构成。寄存器组用于在指令执行过后存放操作数和中间数据，由运算器完成指令所规定的运算及操作。

CPU的发展非常迅速，个人电脑从8088(XT)发展到现在的Pentium 4时代，只经过了不到二十年的时间。

1971 Intel 4004，世界上第一款微处理器 1974 Intel 8008，第一个8位的微处理器; 1974 Intel 8080，第一个真正的微处理器; 1978 Intel 8086，16位微处理器; Intel 80186; 1982 Intel 80286;

1985 Intel 80386，新一代32位核心微处理器; 1989 Intel 80486; 1993 Pentium(奔腾);

从生产技术来说，最初的8088集成了29000个晶体管，而PentiumⅢ的集成度超过了2810万个晶体管;CPU的运行速度，以MIPS(百万个指令每秒)为单位，8088是0.75MIPS，到高能奔腾时已超过了1000MIPS。

1 CPU的简介和历史发展

CPU的外部组成：控制单元，存储单元(寄存器，缓存)，逻辑运算单元。

CPU的外部组成：芯片，金属壳(保护CPU，增加散热面积)，引脚(固定CPU，连通电路)。

CPU是计算机的核心部件，处理计算机中的所有数据，使计算机完成各种功能，并使各部件

CPU从最初发展至今期间，按照其处理信息的字长，CPU可以分为：4位微处理器、8位微处理器、16位微处理器、32位微处理器以64位微处理器，基本上可以说个人电脑的发展是随着CPU的发展而前进的。

1971年世界第一台微处理器Inter的4004出现，内部集成2300个晶体管;1978年Inter16位处理器8086和与之配合的数学协处理器8087同时推出;1979年Inter8088推出，内含27000个晶体管，外部数据总线减少为8位，也首次运用于IBM PC中，预示微机时代即将来临.1982年Inter又推出了16位的80286，内部晶体管13.4万个，时频由最初的6MHZ升为20MHZ;1985年32位处理器80386推出，时频达到12.5MHZ以上;1989年集成120万晶体管的80486出现，时频90MHZ，性能比386提高了4倍;1993年奔腾时代来临，奔腾1，世界上第一台586级处理器，310万晶体管，时频200MHZ;1996年奔腾Pro，550万晶体管，处理速度是一代的2倍;同时第一次采用2级内存，同年奔腾MMX推出，L1缓存加倍;1997年，奔腾Pro与MMX结合，奔腾2出现，性能大大提高;1998年奔腾3出现，一级缓存2KB，二级缓存512KB，安全性能大大提高;2000年奔腾4推出，主频超过1.7GHZ.之后又出了双核，四核...Inter处理器的发展就代表了CPU的发展，其中不乏其他公司产品，如AMD等

2 CPU的运行原理及过程

2.1 CPU的运行原理

CPU的主要运作原理，不论其外观，都是执行储存于被称为程序里的一系列指令。在此讨论的是遵循普遍的冯·诺伊曼结构(von Neumann architecture)设计的装置。程序以一系列数字储存在计算机存储器中。差不多所有的冯·诺伊曼CPU 的运作原理可分为四个阶段： 提取、解码、执行和写回。

第一阶段,提取,从程序存储器中检索指令(为数值或一系列数值)。由程序计数器指定程序存储器的位置，程序计数器保存供识别目前程序位置的数值。换言之，程序计数器记录了CPU在目前程序里的踪迹。提取指令之后,PC根据指令式长度增加存储器单元[iwordlength]。指令的提取常常必须从相对较慢的存储器查找,导致CPU等候指令的送入。这个问题主要被论及在现代处理器的高速缓存和管线化架构。

CPU根据从存储器提取到的指令来决定其执行行为。在解码阶段,指令被拆解为有意义的片断。根据CPU的指令集架构(ISA)定义将数值解译为指令[isa]。一部分的指令数值为运算码,其指示要进行哪些运算。 其它 的数值通常供给指令必要的信息,诸如一个加法运算的运算目标。这样的运算目标也许提供一个常数值(即立即值),或是一个空间的寻址值:暂存器或存储器地址,以寻址模式决定。在旧的设计中,CPU里的指令解码部分是无法改变的硬体装置。不过在众多抽象且复杂的CPU和ISA中，一个微程序时常用来帮助转换指令为各种形态的讯号。这些微程序在已成品的CPU 中往往可以重写，方便变更解码指令。

在提取和解码阶段之后，接着进入执行阶段。该阶段中，连接到各种能够进行所需运算 的CPU部件。例如要求一个加法运算，算术逻辑单元将会连接到一组输入和一组输出。输入提供了要相加的数值，而且在输出将含有总和结果。ALU内含电路系统，以于输出端完成简单的普通运算和逻辑运算(比如加法和位运算)。如果加法运算产生一个对该CPU处理而言过大的结果，在标志暂存器里，溢出标志可能会被设置。

最终阶段，写回。以一定格式将执行阶段的

结果简单的写回。运算结果极常被写进CPU内部的暂存器，以供随后指令快速访问。在其它案例中，运算结果可能写进速度较慢，但容量较大且较便宜的主存。某些类型的指令会操作程序计数器，而不直接产生结果数据。这些一般称作“跳转”并在程序中带来循环行为、条件性执行(透过条件跳转)和函数[jumps]。许多指令也会改变标志暂存器的状态位。这些标志可用来影响程序行为,缘由于它们时常显出各种运算结果。例如，以一个“比较”指令判断两个值的大小，根据比较结果在标志暂存器上设置一个数值。这个标志可借由随后的跳转指令来决定程序动向。

在执行指令并写回结果数据之后，程序计数器的值会递增，反复整个过程，下一个指令周期正常的提取下一个顺序指令。如果完成的是跳转指令，程序计数器将会修改成跳转到的指令地址，且程序继续正常执行。许多复杂的CPU可以一次提取多个指令、解码，并且同时执行。这个部分一般涉及“经典RISC管线”，那些实际上是在众多使用简单CPU的电子装置中快速普及(常称为单片机)。

CPU 数字表示方法是一个设计上的选择,这个选择影响了设备的工作方式。一些早期的数字计算机内部使用电气模型来表示通用的十进制(基于10 进位)数位系统数字。还有一些罕见的计算机使用三进制表示数字。几乎所有的现代的CPU 使用二进制系统来表示数字，这样数字可以用具有两个值的物理量来表示，例如高低电平[binaryvoltage]等等。

与数表示相关的是一个CPU可以表示的数的大小和精度，在二进制CPU 情形下，一个位(bit)指的是CPU处理的数中的一个有意义的位，CPU用来表示数的位数量常常被称作“字长”, “位宽”, “数据通路宽度”或者当严格地涉及到整数(与此相对的是浮点数)时称作“整数精度”、该数量因体系结构而异，且常常在完全相同的CPU的不同部件中也有所不同。 实际上，整数精度在CPU可执行的软件所能利用的整数取值范围上设置了硬件限制。整数精度也可影响到CPU可寻址(寻址)的内存数量。譬如，如果二进制的CPU使用32位来表示内存地址，而每一个内存地址代表一个八位组，CPU 可定位的容量便是232个位组或4GB。以上是简单描述的CPU地址空间，通常实际的CPU 设计使用更为复杂的寻址方法，例如为了以同样的整数精度寻址更多的内存而使用分页技术。

2更高的整数精度需要更多线路以支持更多的数字位，也因此结构更复杂、更巨大、更花 费能源，也通常更昂贵。因此尽管市面上有许多更高精准度的CPU如 16、32、64甚至128位，但依然可见应用软件执行在4或8位的单片机上。越简单的单片机通常较便宜，花费较少能源，也因此产生较少热量。这些都是设计电子设备的主要考量。

2.2 CPU的运行过程

数据从输入设备流经内存，等待CPU的处理，这些将要处理的信息是按字节存储的，也就是以8位二进制数或8比特为1个单元存储，这些信息可以是数据或指令。数据可以是二进制表示的字符、数字或颜色等等。而指令告诉CPU对数据执行哪些操作，比如完成加法、减法或移位运算。 假设在内存中的数据是最简单的原始数据。首先，指令指针(Instruction Pointer)会通知CPU，将要执行的指令放置在内存中的存储位置。因为内存中的每个存储单元都有编号(称为地址)，可以根据这些地址把数据取出，通过地址总线送到控制单元中，指令译码器从指令寄存器IR中拿来指令，翻译成CPU可以执行的形式，然后决定完成该指令需要哪些必要的操作，它将告诉算术逻辑单元(ALU)什么时候计算，告诉指令读取器什么时候获取数值，告诉指令译码器什么时候翻译指令等等。假如数据被送往算术逻辑单元，数据将会执行指令中规定的算术运算和其他各种运算。当数据处理完毕后，将回到寄存器中，通过不同的指令将数据继续运行或者通过DB总线送到数据缓存器中。基本上，CPU就是这样去执行读出数据、处理数据和往内存写数据3项基本工作。但在通常情况下，一条指令可以包含按明确顺序执行的许多操作，CPU的工作就是执行这些指令，完成一条指令后，CPU的控制单元又将告诉指令读取器从内存中读取下一条指令来执行。这个过程不断快速地重复，快速地执行一条又一条指令，产生你在显示器上所看到的结果。在处理这么多指令和数据的同时，由于数据转移时差和CPU处理时差，肯定会出现混乱处理的情况。为了保证每个操作准时发生，CPU需要一个时钟，时钟控制着CPU所执行的每一个动作。时钟就像一个节拍器，它不停地发出脉冲，决定CPU的步调和处理时间。

参考文献：

《电子计算机组成原理》 蒋本珊 北京理工大学

《计算机组成原理》第二版，唐朔飞 编著，高等 教育 出版社，2008.1

《计算机导玉龙论》作者：王 电子工业出版社 《计算机科学导论》作者：王志强 机械工业出版社 《微型计算机原理与应用》肖金立 编著，电子工业出版社，2003-1

计算机组成原理存储器（期末论文） 绵阳师范学院计算机组成原理(期末论文)题 目 微型计算机的存储器 作 者 *** 单 位 数计学院07级7班(07084207**) 指 导教 师 *** 论文工作时间 2009年5月 摘要 随着微型计算机的迅速普及和发展，人们对计算机的功能要求已不再是限于单纯的计算和数据处理了，而是向着融合图像、声音、文字为一体的多媒体机和大型娱乐型机发展，在这一发展过程中，存储器逐渐成为了人们关注的热点，这里，我们将对存储器的有关知识做进一步详细的介绍。 关键字 微型计算机 存储器 分类 性能指标 存储器是计算机系统内最主要的记忆装置，能够把大量计算机程序和数据存储起来，既能接收计算机内的信息（数据和程序），又能保存信息，还可以根据命令读取已保存的信息。 存储器按功能可分为主存储器和辅助存储器，按存放位置又可分为内存储器和外存储器。 存储器的性能指标主要由容量、存取速度、可靠性和性能/性价比决定。 存储器的分类 存储器按功能可分为主存储器（简称主存）和辅助存储器（简称辅存）。主存是相对存取速度快而容量小的一类存储器，辅存则是相对存取速度慢而容量很大的一类存储器。 主存储器，也称为内存储器（简称内存），内存直接与CPU相连接，是计算机中主要的工作存储器，当前运行的程序与数据存放在内存中。 辅助存储器也称为外存储器（简称外存），计算机执行程序和加工处理数据时，外存中的信息按信息块或信息组先送入内存后才能使用，即计算机通过外存与内存不断交换数据的方式使用外存中的信息。 一个存储器中所包含的字节数称为该存储器的容量，简称存储容量。存储容量通常用KB、MB或GB表示，其中B是字节（Byte），并且1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB。例如，640KB就表示640×1024=655360个字节。 （1）内存储器 现代的内存储器多半是半导体存储器，采用大规模集成电路或超大规模集成电路器件。内存储器按其工作方式的不同，可以分为随机存取存储器（简称随机存储器或RAM）和只读存储器（简称ROM）。 随机存储器。随机存储器允许随机的按任意指定地址向内存单元存入或从该单元取出信息，对任一地址的存取时间都是相同的。由于信息是通过电信号写入存储器的，所以断电时RAM中的信息就会消失。计算机工作时使用的程序和数据等都存储在RAM中，如果对程序或数据进行了修改之后，应该将它存储到外存储器中，否则关机后信息将丢失。通常所说的内存大小就是指RAM的大小，一般以KB或MB为单位。 只读存储器。只读存储器是只能读出而不能随意写入信息的存储器。ROM中的内容是由厂家制造时用特殊方法写入的，或者要利用特殊的写入器才能写入。当计算机断电后，ROM中的信息不会丢失。当计算机重新被加电后，其中的信息保持原来的不变，仍可被读出。ROM适宜存放计算机启动的引导程序、启动后的检测程序、系统最基本的输入输出程序、时钟控制程序以及计算机的系统配置和磁盘参数等重要信息。 （2）外存储器 PC常用的外存是软磁盘（简称软盘）和硬磁盘（简称硬盘），目前，光盘的使用也越来越普及。下面介绍常用的三种外存： 软盘：目前计算机常用的软盘按尺寸划分有5.25英寸盘（简称5寸盘）和3.5英寸盘（简称3寸盘）。 二者之间的主要区别是：3.5英寸盘的尺寸比5.25英寸盘小，由硬塑料制成，不易弯曲和损坏；3.5英寸盘的边缘有一个可移动的金属滑片，对盘片起保护作用，读写槽位于金属滑片下，平时被盖住：3.5英寸盘无索引孔；3.5英寸盘的写保护装置是盘角上的一个正方形的孔和一个滑块，当滑块封住小孔时，可以对盘片进行读写操作，当小孔打开时，则处于写保护状态。 软盘记录信息的格式是：将盘片分成许多同心圆，称为磁道，磁道由外向内顺序编号，信息记录在磁道上。另外，从同心圆放射出来的若干条线将每条磁道分割成若干个扇区，顺序编号。这样，就可以通过磁道号和扇区号查找到信息在软盘上存储的位置，一个完整的软盘存储系统是由软盘、软盘驱动器和软驱适配卡组成。 软盘只能存储数据，如果要对它进行读出或写入数据的操作，还必须有软盘驱动器。软盘驱动器位于主机箱内，由磁头和驱动装置两部分组成。磁头用来定位磁道，驱动装置的作用是使磁盘高速旋转，以便对磁盘进行读写操作。软驱适配卡是连接软盘驱动器与主板的专用接口板，通过34芯扁平电缆与软盘驱动器连接。 硬盘：从数据存储原理和存储格式上看，硬盘与软盘完全相同。但硬盘的磁性材料是涂在金属、陶瓷或玻璃制成的硬盘基片上，而软盘的基片是塑料的。硬盘相对软盘来说，主要是存储空间比较大，现在的硬盘容量已在160GB以上。硬盘大多由多个盘片组成，此时，除了每个盘片要分为若干个磁道和扇区以外，多个盘片表面的相应磁道将在空间上形成多个同心圆柱面。 通常情况下，硬盘安装在计算机的主机箱中，但现在已出现多种移动硬盘。这种移动硬盘通过USB接口和计算机连接，方便用户携带大容量的数据。 光盘：随着多媒体技术的推广，光盘以其容量大、寿命长、成本低的特点，很快受到人们的欢迎，普及相当迅速。与磁盘相比，光盘的读写是通过光盘驱动器中的光学头用激光束来读写的。目前，用于计算机系统的光盘有三类：只读光盘（CD-ROM）、一次写入光盘（CD-R）和可擦写光盘（CD-RW）。 存储器的性能指标 1、存储器容量存储器容量是指存储器可以容纳的二进制信息总量，即存储信息的总位（Bit）数。设微机的地址线和数据线位数分别是p和q，则该存储器芯片的地址单元总数为2p，该存储器芯片的位容量为2p × q。例如：存储器芯片6116，地址线有11根，数据线有8根，则该芯片的位容量是：位容量=211 ×8 = 2048 ×8 = 16384位存储器通常是以字节为单位编址的，一个字节有8位，所以有时也用字节容量表示存储器容量，例如上面讲的6116芯片的容量为2KB，记作2K ×8，其中：1KB = 1024B(Byte)=1024 ×8 =8192位存储器容量越大，则存储的信息越多。目前存储器芯片的容量越来越大，价格在不断地降低，这主要得益于大规模集成电路的发展。 2、存取速度存储器的速度直接影响计算机的速度。存取速度可用存取时间和存储周期这两个时间参数来衡量。存取时间是指CPU发出有效存储器地址从而启动一次存储器读写操作，到该读写操作完成所经历的时间，这个时间越小，则存取速度越快。目前，高速缓冲存储器的存取时间已小于5ns。存储周期是连续启动两次独立的存储器操作所需要的最小时间间隔，这个时间一般略大于存取时间。 3、可靠性 存储器的可靠性用MTBF(Mean Time Between Failures)平均故障间隔时间来衡量， MTBF越长，可靠性越高，内存储器常采用纠错编码技术来延长MTBF以提高可靠性。 4、性能/价格比 这是一个综合性指标，性能主要包括上述三项指标—存储容量、存储速度和可靠性。对不同用途的存储器有不同的要求。例如，有的存储器要求存储容量，则就以存储容量为主；有的存储器如高速缓冲器，则以存储速度为主。 现在普遍通用的存储器 一、半导体存储器的特点分类 1、半导体存储器的特点 ⑴ 速度快，存取时间可到ns级； ⑵ 集成度高，不仅存储单元所占的空间小，而且译码 电路和缓冲寄存器、读出写入电路等都制作在同一芯片中。目前已达到单片1024Mb（相当于128M字节）。 ⑶ 非破坏性读出，即信息读出后存储单元中的信息还在，特别是静态RAM，读出后不需要再生。 ⑷ 信息的易失性（对RAM），即断电后信息丢失。 ⑸ 信息的挥发性（对DRAM），即存储的信息过一定时间要丢失，所以要周期地再生（刷新）。 ⑹ 功耗低，特别是CMOS存储器。 ⑺ 体积小，价格在不断地下降。 2、半导体存储器的分类 主要分为两大类，可读写存储器RAM和只读存储器ROM。 RAM分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）两种。目前计算机内的主存储器都是DRAM，它的集成度高、功耗很低，缺点是需要再生。SRAM是非挥发的，所以不需要再生，但集成度比DRAM要低，计算机中的高速缓冲存储器大多用SRAM.现在有一些新的RAM，如组合RAM（IRAM），将刷新电路与DRAM集成在一起；非易失RAM（NVRAM），实际上是由SRAM和EEPROM共同构成。正常情况下，它和一般SRAM一样，而在系统掉电瞬间它把SRAM中的信息保存在EEPROM中，从而使信息不丢失。只读存储器ROM的特点是用户在使用时只能读出其中的信息，不能修改和写入信息。近几年出现了一中新的存储器叫Flash存储器（闪烁存储器），这是一种电可擦除的非易失性只读存储器。 二、半导体存储器的组成 它一般由存储体、地址选择电路、输入输出电路和控制电路组成。 1、存储体 存储体是存储1和0信息的电路实体，它由许多个存储单元组成，每个存储单元一般由若干位(8位)组成，每一位需要一个存储元件，每个存储单元有一个编号，称为地址。存储器的地址用一组二进制数表示，其地址线的根数n与存储单元的数量N之间的关系为：2n = N 2、地址选择电路 地址选择电路包括地址译码器和地址码寄存器。地址译码器用来对地址译码。设其输入端的地址线有n根，输出线数为N，则它分别对应2n个不同的地址码，作为对地址单元的选择线。这些输出的选择线又叫做字线。地址译码的方式有两种： ⑴ 单译码方式 它的全部地址码只用一个电路译码，译码输出的字选择线直接选中对应的存储单元。这一方式需要的选择线数较多，只适用于容量较小的存储器。 ⑵ 双译码方式（或称矩阵译码） 它将地址码分为X与Y两部分，用两个译码电路分别译码。X向译码称为行译码，其输出线称为行选择线，它选中存储矩阵中一行的所有存储单元。Y向译码又称为列译码，其输出线称为列选择线，它选中一列的所有单元。只有X向和Y向的选择线同时选中的那一位存储单元，才能进行读写操作。由图可见，具有1024个基本单元的存储体排列成32×32的矩阵，它的 X向和Y向译码器各有32根译码输出线，共64根。若采用单译码方式，则要1024根译码输出线。因此，双译码方式所需要的选择线数目较少 ，也简化了存储器的结构，故它适用于大容量的存储器。 3、读写控制电路 读写控制电路包括读写放大器、数据寄存器（三态双向缓冲器）等。它是数据信息输入输出的通道。外界对存储器的控制信号有读信号RD、写信号WR和片选信号CS。 参考文献 1、《计算机组成原理》第二版，唐朔飞 编著，高等教育出版社，2008.1 2、《微型计算机原理与应用》肖金立 编著，电子工业出版社，2003-1 3、计算机组成原理实验指导书与习题集》（王成，周继群，蔡月茹著）清华大学出版社出版 4、《计算机组成原理学习指导训练》（旷海兰，刘彦，蒋翰洋等编著）中国水利水电出版社出版