計算機硬體系統組成及工作原理

2021-03-03 23:26:21 字數 3331 閱讀 5290

器中的指令**進行分析後,發出各種相應的操作命令,指揮計算機的有關部件進行工作,

比如一次記憶體讀/寫操作,乙個算術/邏輯運算操作,或乙個輸入/輸出操作等。

指令計數器是控制器中的乙個重要部件,它的功能是指示程式的執行順序。在取指令階

段它保留本條指令的位址,當指令執行完成後它存放的是下條將要執行的指令位址。它的位

長一般是能表示記憶體的最大容量。at90can64下條指令位址的形成有兩種可能,一種是順序執行,下條

指令位址通過指令計數器自動加1完成,另一種是通過轉移指令形成下條指令位址。

通常將運算器和控制器合在一起稱為**處理單元cpu(centralpr。cessinr unlt),

cpu是計算機的核心部件,現已做在一塊整合晶元裡。

3.儲存器

(1)記憶體和外存

儲存器是用來存放資訊的部件。計算機的儲存器可分為記憶體儲器(也稱主儲存器)

計算機的儲存器可分為記憶體儲器(也稱主儲存器)和外儲存器(也稱輔助儲存器)。

記憶體直接與cpu相連,可由cpu直接讀寫資訊,是cpu能根據位址線直接定址的存

儲空間。它一般用來存放正在執行的程式或正在處理的資料。由於記憶體的資料交換非常頻

繁,因此記憶體的速度會直接影響整機的效能。目前的記憶體都是由半導體儲存器晶元組成,其

特點是體積小、耗電低、訪問速度快、可靠性好,並且整合度越來越高,而成本降低又很快,因

此,即使是個人微機也可配置較大的記憶體[如32mb或64mb)。

外儲存器不能與cpu直接交換資訊,cpu需按輸入/輸出方式訪問這部分儲存空間。

外存一般用來存放暫時不用但又需長期保留的程式或資料。存放在外存的程式必須調入內

存後才能執行。外存一般是由磁性介質材料(如磁碟、磁帶)或光碟製成,其上存放的資訊不

會因斷電而丟失。與記憶體相比,外存的儲存容量較大,**也相對便宜,但訪問速度較促。常

用的外存有軟盤、硬碟、磁帶及光碟等。

(2)半導體儲存器的分類

目前各類計算機的記憶體普遍採用半導體儲存器,從不同的角度可以對半導體儲存器進

行不同的分類。

①按讀寫功能分類,可分為唯讀儲存器和隨機儲存器。

只瀆儲存器簡稱rom(read only memo,y),它需要領先寫入程式或資料,寫入的程式

稱為固化程式,具有很高的可靠性。rom的特點是在計算機正常工作時,其內容可以反覆

被讀出,但不能改寫,掉電後資訊不會丟失*唯讀儲存器適用於資料寫入後不變或極少需要

改變的應用場合,如作為字型檔、固定的資料和程式等。

唯讀儲存器又分為掩膜、可程式設計、可按寫可程式設計等多種型別。

隨機儲存器簡稱ram(random a c凹ss memory),其特點是在計算機正常工作時,可

隨時對儲存器寫入或讀出資訊,讀寫資訊的時間和位址都是任意的、無關的。但ram中存

儲的資訊在掉電後會丟失。隨機儲存器常用於存放頻繁訪問或頻繁更新的程式或資料,計算

機的記憶體就是由隨機儲存器構成的。

②按半導體製造工藝分類.可分為雙極型和mos型儲存器。

雙極型儲存器是用電晶體—電晶體邏輯電路(tti『)做成的,一般為隨機儲存器。其特點

是工作速度快,但功耗大,整合度低,at89c2051且工藝也較複雜,主要用作快取記憶體、超高速計算機的

主存等。

m()s型(me船10xne semiconductor)儲存器是用金屬氧化物半導體管製成的,其特點

是功耗小,整合度高,但速度上略低於雙極型儲存器,是當前計算機記憶體的主要晶元。

田按資訊儲存方式分類,可分為靜態隨機儲存器與動態隨機儲存器。

靜態隨機儲存器(sram)不需要重新整理,即在通電狀態下,只要不寫入新的資訊,資訊始

終保持不變。靜態隨機儲存器的電路設計簡單,但其整合度要低於動態隨機儲存器,且成本

也較高。常用於小容量或高速的儲存系統,如快取記憶體、**儲存器等。

動態隨機儲存器(dram)所存資訊將隨時間而衰減,所以必須木斷定時重新整理。由於動

態隨機儲存器必須設計相應的重新整理電路,因此其結構和實現上均較靜態隨機儲存器複雜,並

且重新整理時,儲存器處於占用狀態,不能讀寫,因此對總體效能有一定影響。不過由於動態隨機

儲存器具有容量大、整合廢高、**低等優點,它仍是當前計算機記憶體採用的主要晶元。

綜上所述,半導體儲存器的型別可歸納如下:

現代微型計算機,為追求更大容量的記憶體空間,eam主要採用動態m05器件,rom

空間也有逐漸增大之勢,利用它的擰電不丟失性固化一些系統軟體。

(3)儲存器的主要技術指標

①儲存容量:足指儲存器所能訪問二進位制資訊的位數,一般以位元組為單位

(byte)可以存放8位二進位制數。在此基礎上,有下面的換算關係:

⑦訪問時間:指訪問乙個資料所需的時間,即指讀、寫週期,它直接影響到計算機的執行

速度。現階段半導體儲存器的訪問時間已達幾十ns。

②可靠性:儲存器用來存放程式和資料,要求工作時有很高的可靠性,即每個單元的每

——位均能正確無誤的訪問二進位制資訊,否則計算機將無法正常工作。通常,計算機加電後,首

先對記憶體每個單元進行檢查,正確後才可繼續工作。

④功耗:一般是指每個儲存單元或每個晶元的功耗。

和散熱等問題。通常手冊中會給出工作功耗和維持功耗

4.輸入裝置

該指標關係到晶元的整合度、組裝

輸入裝置是用來輸入程式和資料的部件,它由麵部分組成:輸入介面電路和輸入裝置。

目前計算機常用的輸入裝置有鍵盤、滑鼠器、光筆、影象掃撈儀、數位化儀、電傳打字機、

磁帶機、磁碟機等。不同的輸入裝置,物理效能相差極大,它們各有自己的工作特點,因此這

些實際的輸入裝置不能直接與主機交換資訊,而必須在主機與輸入裝置之間插入——塊稱為

「介面電路」的特殊邏輯部件,通過它實現主機與輸入裝置之間的資訊交換。

設定介面電路的主要原因是:主機與實際裝置的工作速度相差極大.主機是高速電於裝

置,而輸入裝置是電子機械裝置;不同的輸入裝置工作方式不一樣,資料格式也不一樣,例

如,有的輸入裝置採用並行方式與主機交換資訊,有的則採用序列方式與主機交換資訊。因

此,通過接n電路來解決主機與外設之間的速度匹配、實現資料緩衝及實現資料格式的變換

等問題。

5.輸出裝置

輸出裝置能以人們接受的形式輸出計算機執行的結果。與輸入裝置道理一樣,輸出裝置

也包括輸出介面電路和輸出裝置兩個部分。atmel**商計算機常用的輸山裝置有顯示器、印表機、繪圖

儀、磁帶機和磁碟機等。

上面我們簡要介紹了計算機硬體系統的基本組成,介紹丁五大部件的功能。在硬體系統

中,通常人們把cpu、記憶體以及連線主要輸入輸出裝置的介面電路統稱為主機.其他則稱為

外部裝置。微型計算機的主機,生產廠家已能將其製做在一塊印刷電路板上,這就是通常所

說的主機板,簡稱主機板。wxq$#

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