A. 什麼是存儲器的馮諾依曼結構
馮諾依曼體系是指馮諾依曼體系結構。馮諾依曼體系結構的要點是:計算機的數制採用二進制;計算機應該按照程序順序執行。人們把馮·諾伊曼的這個理論稱為馮·諾伊曼體系結構。馮諾依曼體系結構的特點:
(1)計算機處理的數據和指令一律用二進制數表示
(2)順序執行程序
計算機運行過程中,把要執行的程序和處理的數據首先存入主存儲器(內存),計算機執行程序時,將自動地並按順序從主存儲器中取出指令一條一條地執行,這一概念稱作順序執行程序。
(3)計算機硬體由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五大部分組成。
(1)bram存儲器的結構原理擴展閱讀:
馮·諾依曼體系結構的要點是:計算機的數制採用二進制;計算機應該按照程序順序執行。人們把馮·諾伊曼的這個理論稱為馮·諾伊曼體系結構。
馮·諾依曼體系結構採用存儲程序方式,指令和數據不加區別混合存儲在同一個存儲器中,數據和程序在內存中是沒有區別的,它們都是內存中的數據,當EIP指針指向哪 CPU就載入那段內存中的數據,如果是不正確的指令格式,CPU就會發生錯誤中斷. 在現在CPU的保護模式中,每個內存段都有其描述符,這個描述符記錄著這個內存段的訪問許可權(可讀,可寫,可執行).這就變相的指定了哪些內存中存儲的是指令哪些是數據)
B. 求教SDRAM存儲器的結構和工作原理
SDRAM
SDRAM,即Synchronous DRAM(同步動態隨機存儲器),曾經是PC電腦上最為廣泛應用的一種內存類型,即便在今天SDRAM仍舊還在市場佔有一席之地。既然是「同步動態隨機存儲器」,那就代表著它的工作速度是與系統匯流排速度同步的。SDRAM內存又分為PC66、PC100、PC133等不同規格,而規格後面的數字就代表著該內存最大所能正常工作系統匯流排速度,比如PC100,那就說明此內存可以在系統匯流排為100MHz的電腦中同步工作。
與系統匯流排速度同步,也就是與系統時鍾同步,這樣就避免了不必要的等待周期,減少數據存儲時間。同步還使存儲控制器知道在哪一個時鍾脈沖期由數據請求使用,因此數據可在脈沖上升期便開始傳輸。SDRAM採用3.3伏工作電壓,168Pin的DIMM介面,帶寬為64位。SDRAM不僅應用在內存上,在顯存上也較為常見。
C. 敘述微型計算機中的多級存儲體系以及工作原理
多級存儲體系
多級存儲結構構成的存儲體系是一個整體。從CPU看來,這個整體的速度接近於Cache和寄存器的操作速度、容量是輔存(或海量存儲器)的容量,每位價格接近於輔存的位價格。從而較好地解決了存儲器中速度、容量、價格三者之間的矛盾,滿足了計算機系統的應用需要。
工作原理
存儲器的層次結構能夠成功的關鍵在於處理器訪問存儲器的頻率遞減。在執行程序期間,處理器的指令存儲訪問和數據存儲訪問呈現簇狀,典型的程序包括許多迭代循環和子程序,一旦程序進入一個循環或子程序執行,就會重復訪問一個小范圍的指令集合。同理,對表和數組的操作涉及到存取一簇數據,經過很長一段時間,程序訪問的簇會改變,但在較短的時間內,處理器主要訪問存儲器中固定的簇。
因此,可以通過層次組織數據,使得隨著組織層次的遞減,各層次的訪問比例也 依次遞減。以二級存儲器為例,讓第二級存儲器包含所有的指令和數據,程序當前的訪問簇暫時存放在第一級存儲器中。有時第一級存儲器中的某個簇要放到第二級存儲器中,以便為新的簇進入第一級存儲器讓出空間。
D. 各種存儲器的工作原理是什麼
1.按用途分類 ⑴內部存儲器 內部存儲器又叫內存,是主存儲器。用來存儲當前正在使用的或經常使用的程序和數據。CPU可以對他直接訪問,存取速度較快。 ⑵外部存儲器 外部存儲器又叫外存,是輔助寄存器。外存的特點是容量大,所存的信息既可以修改也可以保存。存取速度較慢,要用專用的設備來管理。 計算機工作時,一般由內存ROM中的引導程序啟動程序,再從外存中讀取系統程序和應用程序,送到內存的RAM中,程序運行的中間結果放在RAM中,(內存不夠是也可以放在外存中)程序的最終結果存入外部存儲器。
2.按存儲器的性質分類 ⑴RAM隨機存取存儲器(Random Access Memory) CPU根據RAM的地址將數據隨機的寫入或讀出。電源切斷後,所存數據全部丟失。按照集成電路內部結構不同,RAM又分為兩類: ①SRAM靜態RAM(Static RAM) 靜態RAM速度非常快,只要電源存在內容就不會消失。但他的基本存儲電路是由6個MOS管組成1位。集成度較低,功耗也較大。一般高速緩沖存儲器(Cache memory)用它組成。 ②DRAM動態RAM(Dynamic RAM) DRAM內容在 或 秒之後自動消失,因此必須周期性的在內容消失之前進行刷新(Refresh)。由於他的基本存儲電路由一個晶體管及一個電容組成,因此他的集成成本較低,另外耗電也少,但是需要刷新電路。⑵ROM只讀存儲器(Read Only Memory) ROM存儲器將程序及數據固化在晶元中,數據只能讀出不能寫入。電源關掉,數據也不會丟失。ROM按集成電路的內部結構可以分為:①PROM可編程ROM(Programable ROM )將設計的程序固化進去,ROM內容不可更改。②EPROM可擦除、可編程(Erasable PROM)可編程固化程序,且在程序固化後可通過紫外線光照擦除,以便重新固化新數據。③EEPROM電可擦除可編程(Electrically Erasable PROM) 可編程固化程序,並可利用電壓來擦除晶元內容,以便重新固化新數據。 3、按存儲介質分
(1)半導體存儲器。 存儲元件由半導體器件組成的叫半導體存儲器。其優點是體積小、功耗低、存取時間短。其缺點是當電源消失時,所存信息也隨即丟失,是一種易失性存儲器。
半導體存儲器又可按其材料的不同, 分為雙極型(TTL)半導體存儲器和MOS半導體存儲器兩種。 前者具有高速的特點,而後者具有高集成度的特點,並且製造簡單、成本低廉, 功耗小、故MOS半導體存儲器被廣泛應用。 (2)磁表面存儲器。 磁表面存儲器是在金屬或塑料基體的表面上塗一層磁性材料作為記錄介質,工作時磁層隨載磁體高速運轉,用磁頭在磁層上進行讀寫操作,故稱為磁表面存儲器。
按載磁體形狀的不同,可分為磁碟、磁帶和磁鼓。現代計算機已很少採用磁鼓。由於用具有矩形磁滯回線特性的材料作磁表面物質,它們按其剩磁狀態的不同而區分「0」或「1」,而且剩磁狀態不會輕易丟失,故這類存儲器具有非易失性的特點。
(3)光碟存儲器。 光碟存儲器是應用激光在記錄介質(磁光材料)上進行讀寫的存儲器,具有非易失性的特點。光碟記錄密度高、耐用性好、可靠性高和可互換性強等。 4、按存取方式分類
按存取方式可把存儲器分為隨機存儲器、只讀存儲器、順序存儲器和直接存取存儲器四類。
(1)隨機存儲器RAM RAM是一種可讀寫存儲器, 其特點是存儲器的任何一個存儲單元的內容都可以隨機存取,而且存取時間與存儲單元的物理位置無關。計算機系統中的主存都採用這種隨機存儲器。由於存儲信息原理的不同, RAM又分為靜態RAM (以觸發器原理寄存信息)和動態RAM(以電容充放電原理寄存信息)。
(2)只讀存儲器 只讀存儲器是能對其存儲的內容讀出,而不能對其重新寫入的存儲器。這種存儲器一旦存入了原始信息後,在程序執行過程中,只能將內部信息讀出,而不能隨意重新寫入新的信息去改變原始信息。因此,通常用它存放固定不變的程序、常數以及漢字字型檔,甚至用於操作系統的固化。它與隨機存儲器可共同作為主存的一部分,統一構成主存的地址域。
只讀存儲器分為掩膜型只讀存儲器MROM(Masked ROM)、可編程只讀存儲器PROM(Programmable ROM)、可擦除可編程只讀存儲器EPROM(Erasable Programmable ROM)、用電可擦除可編程的只讀存儲器EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)。以及近年來出現了的快擦型存儲器Flash Memory,它具有EEPROM的特點,而速度比EEPROM快得多。
(3)串列訪問存儲器 如果對存儲單元進行讀寫操作時,需按其物理位置的先後順序尋找地址,則這種存儲器叫做串列訪問存儲器。顯然這種存儲器由於信息所在位置不同,使得讀寫時間均不相同。如磁帶存儲器,不論信息處在哪個位置,讀寫時必須從其介質的始端開始按順序尋找,故這類串列訪問的存儲器又叫順序存取存儲器。還有一種屬於部分串列訪問的存儲器,如磁碟。在對磁碟讀寫時,首先直接指出該存儲器中的某個小區域(磁軌),然後再順序尋訪,直至找到位置。故其前段是直接訪問,後段是串列訪問,也稱其為半順序存取存儲器。
E. 存儲器的基本結構原理
存儲器單元實際上是時序邏輯電路的一種。按存儲器的使用類型可分為只讀存儲器(ROM)和隨機存取存儲器(RAM),兩者的功能有較大的區別,因此在描述上也有所不同
存儲器是許多存儲單元的集合,按單元號順序排列。每個單元由若干三進制位構成,以表示存儲單元中存放的數值,這種結構和數組的結構非常相似,故在VHDL語言中,通常由數組描述存儲器
結構
存儲器結構在MCS - 51系列單片機中,程序存儲器和數據存儲器互相獨立,物理結構也不相同。程序存儲器為只讀存儲器,數據存儲器為隨機存取存儲器。從物理地址空間看,共有4個存儲地址空間,即片內程序存儲器、片外程序存儲器、片內數據存儲器和片外數據存儲器,I/O介面與外部數據存儲器統一編址
存儲器是用來存儲程序和各種數據信息的記憶部件。存儲器可分為主存儲器(簡稱主存或內存)和輔助存儲器(簡稱輔存或外存)兩大類。和CPU直接交換信息的是主存。
主存的工作方式是按存儲單元的地址存放或讀取各類信息,統稱訪問存儲器。主存中匯集存儲單元的載體稱為存儲體,存儲體中每個單元能夠存放一串二進制碼表示的信息,該信息的總位數稱為一個存儲單元的字長。存儲單元的地址與存儲在其中的信息是一一對應的,單元地址只有一個,固定不變,而存儲在其中的信息是可以更換的。
指示每個單元的二進制編碼稱為地址碼。尋找某個單元時,先要給出它的地址碼。暫存這個地址碼的寄存器叫存儲器地址寄存器(MAR)。為可存放從主存的存儲單元內取出的信息或准備存入某存儲單元的信息,還要設置一個存儲器數據寄存器(MDR)
F. 什麼是存儲器的四級存儲結構
CPU一級、二級、三級緩存+外部RAM存儲器總共是四級存儲。
CPU緩存到硬碟,一級比一級快,如果沒CPU緩存、內存,直接讓CPU讀取硬碟的話,CPU會一直等硬碟慢慢地把數據傳過來給它處理,這樣慢死了。所以先把硬碟上准備處理的數據傳到內存等待,最急著處理的就由內存傳到CPU緩存里,CPU可以以最高的速度讀取要處理的數據。
(6)bram存儲器的結構原理擴展閱讀
目前,快閃記憶體陣列已經逐漸普及,新埠的固態硬碟、NVMe網路架構,使存儲系統的性能有了大幅提升。未來,隨著新技術帶來的存儲效率大幅提升,將有越來越多的企業選擇快閃記憶體陣列來滿足數據實時性應用需求。
高效、易於擴展的分布式平台引領存儲架構新趨勢。分布式存儲系統採用可擴展的架構,不僅能提高存儲的效率和數據的安全性,還可以進行性能和容量的橫向擴展,解決大規模、高並發場景下的存儲訪問問題。
G. 存儲器的原理是什麼
存儲器講述工作原理及作用
介紹
存儲器(Memory)是現代信息技術中用於保存信息的記憶設備。其概念很廣,有很多層次,在數字系統中,只要能保存二進制數據的都可以是存儲器;在集成電路中,一個沒有實物形式的具有存儲功能的電路也叫存儲器,如RAM、FIFO等;在系統中,具有實物形式的存儲設備也叫存儲器,如內存條、TF卡等。計算機中全部信息,包括輸入的原始數據、計算機程序、中間運行結果和最終運行結果都保存在存儲器中。它根據控制器指定的位置存入和取出信息。有了存儲器,計算機才有記憶功能,才能保證正常工作。計算機中的存儲器按用途存儲器可分為主存儲器(內存)和輔助存儲器(外存),也有分為外部存儲器和內部存儲器的分類方法。外存通常是磁性介質或光碟等,能長期保存信息。內存指主板上的存儲部件,用來存放當前正在執行的數據和程序,但僅用於暫時存放程序和數據,關閉電源或斷電,數據會丟失。
2.按存取方式分類
(1)隨機存儲器(RAM):如果存儲器中任何存儲單元的內容都能被隨機存取,且存取時間與存儲單元的物理位置無關,則這種存儲器稱為隨機存儲器(RAM)。RAM主要用來存放各種輸入/輸出的程序、數據、中間運算結果以及存放與外界交換的信息和做堆棧用。隨機存儲器主要充當高速緩沖存儲器和主存儲器。
(2)串列訪問存儲器(SAS):如果存儲器只能按某種順序來存取,也就是說,存取時間與存儲單元的物理位置有關,則這種存儲器稱為串列訪問存儲器。串列存儲器又可分為順序存取存儲器(SAM)和直接存取存儲器(DAM)。順序存取存儲器是完全的串列訪問存儲器,如磁帶,信息以順序的方式從存儲介質的始端開始寫入(或讀出);直接存取存儲器是部分串列訪問存儲器,如磁碟存儲器,它介於順序存取和隨機存取之間。
(3)只讀存儲器(ROM):只讀存儲器是一種對其內容只能讀不能寫入的存儲器,即預先一次寫入的存儲器。通常用來存放固定不變的信息。如經常用作微程序控制存儲器。目前已有可重寫的只讀存儲器。常見的有掩模ROM(MROM),可擦除可編程ROM(EPROM),電可擦除可編程ROM(EEPROM).ROM的電路比RAM的簡單、集成度高,成本低,且是一種非易失性存儲器,計算機常把一些管理、監控程序、成熟的用戶程序放在ROM中。
3.按信息的可保存性分類
非永久記憶的存儲器:斷電後信息就消失的存儲器,如半導體讀/寫存儲器RAM。
永久性記憶的存儲器:斷電後仍能保存信息的存儲器,如磁性材料做成的存儲器以及半導體ROM。
4.按在計算機系統中的作用分
根據存儲器在計算機系統中所起的作用,可分為主存儲器、輔助存儲器、高速緩沖存儲器、控制存儲器等。為了解決對存儲器要求容量大,速度快,成本低三者之間的矛盾,目前通常採用多級存儲器體系結構,即使用高速緩沖存儲器、主存儲器和外存儲器。
能力影響
從寫命令轉換到讀命令,在某個時間訪問某個地址,以及刷新數據等操作都要求數據匯流排在一定時間內保持休止狀態,這樣就不能充分利用存儲器通道。此外,寬並行匯流排和DRAM內核預取都經常導致不必要的大數據量存取。在指定的時間段內,存儲器控制器能存取的有用數據稱為有效數據速率,這很大程度上取決於系統的特定應用。有效數據速率隨著時間而變化,常低於峰值數據速率。在某些系統中,有效數據速率可下降到峰值速率的10%以下。
通常,這些系統受益於那些能產生更高有效數據速率的存儲器技術的變化。在CPU方面存在類似的現象,最近幾年諸如AMD和 TRANSMETA等公司已經指出,在測量基於CPU的系統的性能時,時鍾頻率不是唯一的要素。存儲器技術已經很成熟,峰值速率和有效數據速率或許並不比以前匹配的更好。盡管峰值速率依然是存儲器技術最重要的參數之一,但其他結構參數也可以極大地影響存儲器系統的性能。
影響有效數據速率的參數
有幾類影響有效數據速率的參數,其一是導致數據匯流排進入若干周期的停止狀態。在這類參數中,匯流排轉換、行周期時間、CAS延時以及RAS到CAS的延時(tRCD)引發系統結構中的大部分延遲問題。
匯流排轉換本身會在數據通道上產生非常長的停止時間。以GDDR3系統為例,該系統對存儲器的開放頁不斷寫入數據。在這期間,存儲器系統的有效數據速率與其峰值速率相當。不過,假設100個時鍾周期中,存儲器控制器從讀轉換到寫。由於這個轉換需要6個時鍾周期,有效的數據速率下降到峰值速率的 94%。在這100個時鍾周期中,如果存儲器控制器將匯流排從寫轉換到讀的話,將會丟失更多的時鍾周期。這種存儲器技術在從寫轉換到讀時需要15個空閑周期,這會將有效數據速率進一步降低到峰值速率的79%。表1顯示出針幾種高性能存儲器技術類似的計算結果。
顯然,所有的存儲器技術並不相同。需要很多匯流排轉換的系統設計師可以選用諸如XDR、RDRAM或者DDR2這些更高效的技術來提升性能。另一方面,如果系統能將處理事務分組成非常長的讀寫序列,那麼匯流排轉換對有效帶寬的影響最小。不過,其他的增加延遲現象,例如庫(bank)沖突會降低有效帶寬,對性能產生負面影響。
DRAM技術要求庫的頁或行在存取之前開放。一旦開放,在一個最小周期時間,即行周期時間(tRC)結束之前,同一個庫中的不同頁不能開放。對存儲器開放庫的不同頁存取被稱為分頁遺漏,這會導致與任何tRC間隔未滿足部分相關的延遲。對於還沒有開放足夠周期以滿足tRC間隙的庫而言,分頁遺漏被稱為庫沖突。而tRC決定了庫沖突延遲時間的長短,在給定的DRAM上可用的庫數量直接影響庫沖突產生的頻率。
大多數存儲器技術有4個或者8個庫,在數十個時鍾周期具有tRC值。在隨機負載情況下,那些具有8個庫的內核比具有4個庫的內核所發生的庫沖突更少。盡管tRC與庫數量之間的相互影響很復雜,但是其累計影響可用多種方法量化。
存儲器讀事務處理
考慮三種簡單的存儲器讀事務處理情況。第一種情況,存儲器控制器發出每個事務處理,該事務處理與前一個事務處理產生一個庫沖突。控制器必須在打開一個頁和打開後續頁之間等待一個tRC時間,這樣增加了與頁循環相關的最大延遲時間。在這種情況下的有效數據速率很大程度上決定於I/O,並主要受限於DRAM內核電路。最大的庫沖突頻率將有效帶寬削減到當前最高端存儲器技術峰值的20%到30%。
在第二種情況下,每個事務處理都以隨機產生的地址為目標。此時,產生庫沖突的機會取決於很多因素,包括tRC和存儲器內核中庫數量之間的相互作用。tRC值越小,開放頁循環地越快,導致庫沖突的損失越小。此外,存儲器技術具有的庫越多,隨機地址存取庫沖突的機率就越小。
第三種情況,每個事務處理就是一次頁命中,在開放頁中定址不同的列地址。控制器不必訪問關閉頁,允許完全利用匯流排,這樣就得到一種理想的情況,即有效數據速率等於峰值速率。
第一種和第三種情況都涉及到簡單的計算,隨機情況受其他的特性影響,這些特性沒有包括在DRAM或者存儲器介面中。存儲器控制器仲裁和排隊會極大地改善庫沖突頻率,因為更有可能出現不產生沖突的事務處理,而不是那些導致庫沖突的事務處理。
然而,增加存儲器隊列深度未必增加不同存儲器技術之間的相對有效數據速率。例如,即使增加存儲器控制隊列深度,XDR的有效數據速率也比 GDDR3高20%。存在這種增量主要是因為XDR具有更高的庫數量以及更低的tRC值。一般而言,更短的tRC間隔、更多的庫數量以及更大的控制器隊列能產生更高的有效帶寬。
實際上,很多效率限制現象是與行存取粒度相關的問題。tRC約束本質上要求存儲器控制器從新開放的行中存取一定量的數據,以確保數據管線保持充滿。事實上,為保持數據匯流排無中斷地運行,在開放一個行之後,只須讀取很少量的數據,即使不需要額外的數據。
另外一種減少存儲器系統有效帶寬的主要特性被歸類到列存取粒度范疇,它規定了每次讀寫操作必須傳輸的數據量。與之相反,行存取粒度規定每個行激活(一般指每個RAS的CAS操作)需要多少單獨的讀寫操作。列存取粒度對有效數據速率具有不易於量化的巨大影響。因為它規定一個讀或寫操作中需要傳輸的最小數據量,列存取粒度給那些一次只需要很少數據量的系統帶來了問題。例如,一個需要來自兩列各8位元組的16位元組存取粒度系統,必須讀取總共32位元組以存取兩個位置。因為只需要32個位元組中的16個位元組,系統的有效數據速率降低到峰值速率的50%。匯流排帶寬和脈沖時間長度這兩個結構參數規定了存儲器系統的存取粒度。
匯流排帶寬是指連接存儲器控制器和存儲器件之間的數據線數量。它設定最小的存取粒度,因為對於一個指定的存儲器事務處理,每條數據線必須至少傳遞一個數據位。而脈沖時間長度則規定對於指定的事務處理,每條數據線必須傳遞的位數量。每個事務處理中的每條數據線只傳一個數據位的存儲技術,其脈沖時間長度為1。總的列存取粒度很簡單:列存取粒度=匯流排寬度×脈沖時間長度。
很多系統架構僅僅通過增加DRAM器件和存儲匯流排帶寬就能增加存儲系統的可用帶寬。畢竟,如果4個400MHz數據速率的連接可實現 1.6GHz的總峰值帶寬,那麼8個連接將得到3.2GHz。增加一個DRAM器件,電路板上的連線以及ASIC的管腳就會增多,總峰值帶寬相應地倍增。
首要的是,架構師希望完全利用峰值帶寬,這已經達到他們通過物理設計存儲器匯流排所能達到的最大值。具有256位甚或512位存儲匯流排的圖形控制器已並不鮮見,這種控制器需要1,000個,甚至更多的管腳。封裝設計師、ASIC底層規劃工程師以及電路板設計工程師不能找到採用便宜的、商業上可行的方法來對這么多信號進行布線的矽片區域。僅僅增加匯流排寬度來獲得更高的峰值數據速率,會導致因為列存取粒度限制而降低有效帶寬。
假設某個特定存儲技術的脈沖時間長度等於1,對於一個存儲器處理,512位寬系統的存取粒度為512位(或者64位元組)。如果控制器只需要一小段數據,那麼剩下的數據就被浪費掉,這就降低了系統的有效數據速率。例如,只需要存儲系統32位元組數據的控制器將浪費剩餘的32位元組,進而導致有效的數據速率等於50%的峰值速率。這些計算都假定脈沖時間長度為1。隨著存儲器介面數據速率增加的趨勢,大多數新技術的最低脈沖時間長度都大於1。
選擇技巧
存儲器的類型將決定整個嵌入式系統的操作和性能,因此存儲器的選擇是一個非常重要的決策。無論系統是採用電池供電還是由市電供電,應用需求將決定存儲器的類型(易失性或非易失性)以及使用目的(存儲代碼、數據或者兩者兼有)。另外,在選擇過程中,存儲器的尺寸和成本也是需要考慮的重要因素。對於較小的系統,微控制器自帶的存儲器就有可能滿足系統要求,而較大的系統可能要求增加外部存儲器。為嵌入式系統選擇存儲器類型時,需要考慮一些設計參數,包括微控制器的選擇、電壓范圍、電池壽命、讀寫速度、存儲器尺寸、存儲器的特性、擦除/寫入的耐久性以及系統總成本。
選擇存儲器時應遵循的基本原則
1、內部存儲器與外部存儲器
一般情況下,當確定了存儲程序代碼和數據所需要的存儲空間之後,設計工程師將決定是採用內部存儲器還是外部存儲器。通常情況下,內部存儲器的性價比最高但靈活性最低,因此設計工程師必須確定對存儲的需求將來是否會增長,以及是否有某種途徑可以升級到代碼空間更大的微控制器。基於成本考慮,人們通常選擇能滿足應用要求的存儲器容量最小的微控制器,因此在預測代碼規模的時候要必須特別小心,因為代碼規模增大可能要求更換微控制器。目前市場上存在各種規模的外部存儲器器件,我們很容易通過增加存儲器來適應代碼規模的增加。有時這意味著以封裝尺寸相同但容量更大的存儲器替代現有的存儲器,或者在匯流排上增加存儲器。即使微控制器帶有內部存儲器,也可以通過增加外部串列EEPROM或快閃記憶體來滿足系統對非易失性存儲器的需求。
2、引導存儲器
在較大的微控制器系統或基於處理器的系統中,設計工程師可以利用引導代碼進行初始化。應用本身通常決定了是否需要引導代碼,以及是否需要專門的引導存儲器。例如,如果沒有外部的定址匯流排或串列引導介面,通常使用內部存儲器,而不需要專門的引導器件。但在一些沒有內部程序存儲器的系統中,初始化是操作代碼的一部分,因此所有代碼都將駐留在同一個外部程序存儲器中。某些微控制器既有內部存儲器也有外部定址匯流排,在這種情況下,引導代碼將駐留在內部存儲器中,而操作代碼在外部存儲器中。這很可能是最安全的方法,因為改變操作代碼時不會出現意外地修改引導代碼。在所有情況下,引導存儲器都必須是非易失性存儲器。
可以使用任何類型的存儲器來滿足嵌入式系統的要求,但終端應用和總成本要求通常是影響我們做出決策的主要因素。有時,把幾個類型的存儲器結合起來使用能更好地滿足應用系統的要求。例如,一些PDA設計同時使用易失性存儲器和非易失性存儲器作為程序存儲器和數據存儲器。把永久的程序保存在非易失性ROM中,而把由用戶下載的程序和數據存儲在有電池支持的易失性DRAM中。不管選擇哪種存儲器類型,在確定將被用於最終應用系統的存儲器之前,設計工程師必須仔細折中考慮各種設計因素。
H. 馮·諾依曼原理
美籍匈牙利數學家馮·諾依曼於1946年存儲程序原理,把程序本身當作數據來對待,程序和該程序處理的數據用同樣的方式儲存,馮·諾依曼和同事們設計出了一個完整的現代計算機雛形,並確定了存儲程序計算機的五大組成部分和基本工作方法。馮·諾依曼的這一設計思想被譽為計算機發展史上的里程碑,標志著計算機時代的真正開始。 雖然計算機技術發展很快,但「存儲程序原理」至今仍然是計算機內在的基本工作原理。自計算機誕生的那一天起,這一原理就決定了人們使用計算機的主要方式——編寫程序和運行程序。科學家們一直致力於提高程序設計的自動化水平,改進用戶的操作界面,提供各種開發工具、環境與平台,其目的都是為了讓人們更加方便地使用計算機,可以少編程甚至不編程來使用計算機,因為計算機編程畢竟是一項復雜的腦力勞動。但不管用戶的開發與使用界面如何演變,「存儲程序原理」沒有變,它仍然是我們理解計算機系統功能與特徵的基礎。
I. 馮·諾依曼原理是什麼
馮.諾依曼的三大原理是:
1、計算機由控制器、運算器、存儲器、輸入設備、輸出設備五大部分組成。
2、程序和數據以二進制代碼形式不加區別地存放在存儲器中,存放位置由地址確定。
3、控制器根據存放在存儲器中地指令序列(程序)進行工作,並由一個程序計數器控制指令地執行。控制器具有判斷能力,能根據計算結果選擇不同的工作流程。
(9)bram存儲器的結構原理擴展閱讀:
根據馮諾依曼體系結構構成的計算機,必須具有如下功能:
1、把需要的程序和數據送至計算機中。
2、必須具有長期記憶程序、數據、中間結果及最終運算結果的能力。
3、能夠完成各種算術、邏輯運算和數據傳送等數據加工處理的能力。
4、能夠根據需要控製程序走向,並能根據指令控制機器的各部件協調操作。
5、能夠按照要求將處理結果輸出給用戶。
實踐證明了諾伊曼預言的正確性。如今,邏輯代數的應用已成為設計電子計算機的重要手段,在EDVAC中採用的主要邏輯線路也一直沿用著,只是對實現邏輯線路的工程方法和分析方法作了改進。
J. 簡述SRAM,DRAM型存儲器的工作原理
個人電腦的主要結構:
顯示器
主機板
CPU
(微處理器)
主要儲存器
(記憶體)
擴充卡
電源供應器
光碟機
次要儲存器
(硬碟)
鍵盤
滑鼠
盡管計算機技術自20世紀40年代第一台電子通用計算機誕生以來以來有了令人目眩的飛速發展,但是今天計算機仍然基本上採用的是存儲程序結構,即馮·諾伊曼結構。這個結構實現了實用化的通用計算機。
存儲程序結構間將一台計算機描述成四個主要部分:算術邏輯單元(ALU),控制電路,存儲器,以及輸入輸出設備(I/O)。這些部件通過一組一組的排線連接(特別地,當一組線被用於多種不同意圖的數據傳輸時又被稱為匯流排),並且由一個時鍾來驅動(當然某些其他事件也可能驅動控制電路)。
概念上講,一部計算機的存儲器可以被視為一組「細胞」單元。每一個「細胞」都有一個編號,稱為地址;又都可以存儲一個較小的定長信息。這個信息既可以是指令(告訴計算機去做什麼),也可以是數據(指令的處理對象)。原則上,每一個「細胞」都是可以存儲二者之任一的。
算術邏輯單元(ALU)可以被稱作計算機的大腦。它可以做兩類運算:第一類是算術運算,比如對兩個數字進行加減法。算術運算部件的功能在ALU中是十分有限的,事實上,一些ALU根本不支持電路級的乘法和除法運算(由是使用者只能通過編程進行乘除法運算)。第二類是比較運算,即給定兩個數,ALU對其進行比較以確定哪個更大一些。
輸入輸出系統是計算機從外部世界接收信息和向外部世界反饋運算結果的手段。對於一台標準的個人電腦,輸入設備主要有鍵盤和滑鼠,輸出設備則是顯示器,列印機以及其他許多後文將要討論的可連接到計算機上的I/O設備。
控制系統將以上計算機各部分聯系起來。它的功能是從存儲器和輸入輸出設備中讀取指令和數據,對指令進行解碼,並向ALU交付符合指令要求的正確輸入,告知ALU對這些數據做那些運算並將結果數據返回到何處。控制系統中一個重要組件就是一個用來保持跟蹤當前指令所在地址的計數器。通常這個計數器隨著指令的執行而累加,但有時如果指令指示進行跳轉則不依此規則。
20世紀80年代以來ALU和控制單元(二者合成中央處理器,CPU)逐漸被整合到一塊集成電路上,稱作微處理器。這類計算機的工作模式十分直觀:在一個時鍾周期內,計算機先從存儲器中獲取指令和數據,然後執行指令,存儲數據,再獲取下一條指令。這個過程被反復執行,直至得到一個終止指令。
由控制器解釋,運算器執行的指令集是一個精心定義的數目十分有限的簡單指令集合。一般可以分為四類:1)、數據移動(如:將一個數值從存儲單元A拷貝到存儲單元B)2)、數邏運算(如:計算存儲單元A與存儲單元B之和,結果返回存儲單元C)3)、條件驗證(如:如果存儲單元A內數值為100,則下一條指令地址為存儲單元F)4)、指令序列改易(如:下一條指令地址為存儲單元F)
指令如同數據一樣在計算機內部是以二進制來表示的。比如說,10110000就是一條Intel
x86系列微處理器的拷貝指令代碼。某一個計算機所支持的指令集就是該計算機的機器語言。因此,使用流行的機器語言將會使既成軟體在一台新計算機上運行得更加容易。所以對於那些機型商業化軟體開發的人來說,它們通常只會關注一種或幾種不同的機器語言。
更加強大的小型計算機,大型計算機和伺服器可能會與上述計算機有所不同。它們通常將任務分擔給不同的CPU來執行。今天,微處理器和多核個人電腦也在朝這個方向發展。
超級計算機通常有著與基本的存儲程序計算機顯著區別的體系結構。它們通常由者數以千計的CPU,不過這些設計似乎只對特定任務有用。在各種計算機中,還有一些微控制器採用令程序和數據分離的哈佛架構(Harvard
architecture)。