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雙埠存儲器實驗機器周期

發布時間: 2022-12-27 23:12:22

1. 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)。

2. 雙埠存儲器的讀寫控制

當兩個埠同時存取存儲器同一存儲單元時,便發生讀寫沖突。為解決此問題,特設置了BUSY標志。由片上的判斷邏輯決定對哪個埠優先進行讀寫操作,而暫時關閉另一個被延遲的埠。
總之,當兩個埠均為開放狀態(BUSY為高電平)且存取地址相同時,發生讀寫沖突.此時判斷邏輯可以使地址匹配或片使能匹配下降至5ns,並決定對哪個埠進行存取.

3. 什麼是指令周期,機器周期和時鍾周期如何計算機器周期的確切時間

匯流排周期程序存儲器中讀取指令,對存儲器存取數據,對外設埠讀寫數據等,都須執行匯流排周期。
匯流排周期通常包含4個T狀態:T1,T2,T3,T4。所謂一個T狀態就是一個時鍾周期。它是CPU執行操作的最小時間單位。

所謂指令周期就是指執行一條指令的時間。

時鍾周期是一個時間的量,一般規定10納秒(ns)為一個時鍾周期。

匯流排周期
所謂一個T狀態就是一個時鍾周期。它是CPU執行操作的最小時間單位。 通常包含4個T狀態:T1,T2,T3,T4。

時鍾周期
是一個時間的量,一般規定10納秒(ns)為一個時鍾周期。

指令周期
指執行一條指令的時間。

希望這些對你有幫助!

4. 「51單片機時鍾周期」、「機器周期」和「指令周期」如何定義的

  1. 時鍾周期:

    時鍾周期也稱為振盪周期,定義為時鍾脈沖的倒數(可以這樣來理解,時鍾周期就是單片機外接晶振的倒數,例如12M的晶振,它的時間周期就是1/12 us),是計算機中最基本的、最小的時間單位。 在一個時鍾周期內,CPU僅完成一個最基本的動作。對於某種單片機,若採用了1MHZ的時鍾頻率,則時鍾周期為1us;若採用4MHZ的時鍾頻率,則時鍾 周期為250us。由於時鍾脈沖是計算機的基本工作脈沖,它控制著計算機的工作節奏(使計算機的每一步都統一到它的步調上來)。顯然,對同一種機型的計算 機,時鍾頻率越高,計算機的工作速度就越快。 8051單片機把一個時鍾周期定義為一個節拍(用P表示),二個節拍定義為一個狀態周期(用S表示)。

  2. 機器周期:

    在計算機中,為了便於管理,常把一條指令的執行過程劃分為若干個階段,每一階段完成一項工作。例如,取指令、存儲器讀、存儲器寫等,這每一項工作稱為一個基本操作。完成一個基本操作所需要的時間稱為機器周期。一般情況下,一個機器周期由若干個S周期(狀態周期)組成。 8051系列單片機的一個機器周期同6個 S周期(狀態周期)組成。前面已說過一個時鍾周期定義為一個節拍(用P表示),二個節拍定義為一個狀態周期(用S表示),8051單片機的機器周期由6個 狀態周期組成,也就是說一個機器周期=6個狀態周期=12個時鍾周期。 (例如外接24M晶振的單片機,他的一個機器周期=12/24M 秒)

  3. 指令周期:

    執行一條指令所需要的時間,一般由若干個機器周期組成。指令不同,所需的機器周期也不同。對於一些簡單的的單位元組指令,在取指令周期中,指令取出到指令寄存器後,立即解碼執行,不再需要其它的機器周期。對於一些比較復雜的指令,例如轉移指令、乘法指令,則需要兩個或者兩個以上的機器周期。通常含一個機器周期的指令稱為單周期指令,包含兩個機器周期的指令稱為雙周期指令。

  4. 匯流排周期:

    由於存貯器和I/O埠是掛接在匯流排上的,CPU對存貯器和I/O介面的訪問,是通過匯流排實現的。通常把CPU通過匯流排對微處理器外部(存貯器或 I/O介面)進行一次訪問所需時間稱為一個匯流排周期。

總結:

  1. 時鍾周期是最小單位,機器周期需要1個或多個時鍾周期,指令周期需要1個或多個機器周期;

  2. 機器周期指的是完成一個基本操作的時間,這個基本操作有時可能包含匯流排讀寫,因而包含匯流排周期,但是有時可能與匯流排讀寫無關,所以,並無明確的相互包含的關系;

  3. 指令周期:是CPU的關鍵指標,指取出並執行一條指令的時間。一般以機器周期為單位,分單指令執行周期、雙指令執行周期等。現在的處理器的大部分指令(ARM、DSP)均採用單指令執行周期;

  4. 機器周期:完成一個基本操作的時間單元,如取指周期、取數周期。時鍾周期:CPU的晶振的工作頻率的倒數。

5. 什麼是機器周期

機器周期是在計算機中,為了便於管理,常把一條指令的執行過程劃分為若干個階段,每一階段完成一項工作。

例如,取指令、存儲器讀、存儲器寫等,這每一項工作稱為一個基本操作。完成一個基本操作所需要的時間稱為機器周期。

一般情況下,一個機器周期由若干個S周期(狀態周期)組成。通常用內存中讀取一個指令字的最短時間來規定CPU周期,(也就是 計算機通過內部或外部匯流排進行一次信息傳輸從而完成一個或幾個微操作所需要的時間)。

它一般由12個時鍾周期(振盪周期)組成,也是由6個狀態周期組成。而振盪周期=1秒/晶振頻率,因此單片機的機器周期=12秒/晶振頻率 。


(5)雙埠存儲器實驗機器周期擴展閱讀:

它們之間的關系就是,指令周期由若干個機器周期組成,匯流排周期一般由4個時鍾周期組成。

機器周期和匯流排周期並無明確的相互包含的關系。機器周期指的是完成一個基本操作的時間,這個基本操作有時可能包含匯流排讀寫,因而包含匯流排周期,但是有時可能與匯流排讀寫無關。

指令周期:是CPU的關鍵指標,指取出並執行一條指令的時間。一般以機器周期為單位,分單指令執行周期、雙指令執行周期等。處理器的大部分指令(ARM、DSP)均採用單指令執行周期。

機器周期:完成一個基本操作的時間單元,如取指周期、取數周期。

時鍾周期:CPU的晶振頻率的倒數的。(fantaxy:晶振一次需要的時間)

一個機器周期一般是一條指令花費的時間,也有些是2個機器周期的指令,DJNZ,是雙周期指令。

周期:就是時間,完成一次任務的時間。

6. 提高存儲器速度可採用哪些措施,請說出至少五種措施。

1、採用高速器件

2、採用cache

3、採用多體交叉存儲器

4、採用用雙埠存儲器

5、採用相聯存儲器,加長存儲器的字長。

(6)雙埠存儲器實驗機器周期擴展閱讀

磁碟存儲訪問時間

磁碟設備在工作時以恆定速率旋轉。

為了讀或寫,磁頭必須能移動到所要求的磁軌上,並等待所要求的扇區的開始位置旋轉到磁頭下,然後再開始讀或寫數據。故可把對磁碟的訪問時間分成以下三部分。

1)尋道時間

這是指把磁臂(磁頭)移動到指定磁軌上所經歷的時間。該時間是啟動磁臂的時間s與磁頭移動n條磁軌所花費的時間之和,即

=m×n+s

其中,m是一常數,與磁碟驅動器的速度有關。對於一般磁碟,m=0.2;對於高速磁碟,

m≤0.1,磁臂的啟動時間約為2ms。

這樣,對於一般的溫盤,其尋道時間將隨尋道距離的

增加而增大,大體上是5~30ms。

2)旋轉延遲時間

這是指定扇區移動到磁頭下面所經歷的時間。不同的磁碟類型中,旋轉速度至少相差一個數量級,如軟盤為300r/min,硬碟一般為7200~15000r/min,甚至更高。

對於磁碟旋轉延遲時間而言,如硬碟,旋轉速度為15000r/min,每轉需時4ms,平均旋轉延遲時間為2ms;而軟盤,其旋轉速度為300r/min或600r/min,這樣,平均為50~100ms。

3)傳輸時間

這是指把數據從磁碟讀出或向磁碟寫入數據所經歷的時間。Tt的大小與每次所讀/寫的位元組數b和旋轉速度有關:

其中,r 為磁碟每秒鍾的轉數;N 為一條磁軌上的位元組數,當一次讀/寫的位元組數相當於半條

磁軌上的位元組數時,與相同。因此,可將訪問時間表示為

由上式可以看出,在訪問時間中,尋道時間和旋轉延遲時間基本上都與所讀/寫數據的多少無關,而且它通常占據了訪問時間中的大頭。

例如,我們假定尋道時間和旋轉延遲時間平均為20ms,而磁碟的傳輸速率為10MB/s,如果要傳輸10KB的數據,此時總的訪問時間為21ms,可見傳輸時間所佔比例是非常小的。

當傳輸100KB數據時,其訪問時間也只是30ms,即當傳輸的數據量增大10倍時,訪問時間只增加約50%。

目前磁碟的傳輸速率已達80MB/s以上,數據傳輸時間所佔的比例更低。可見,適當地集中數據(不要太零散)傳輸,將有利於提高傳輸效率。

7. 什麼是單,雙埠存儲器

顯示存儲器按讀取數據的方式可分為單埠存儲器和雙埠存儲器。單埠存儲器就是:顯示存儲器從顯示晶元接受數據和向數/模轉換電路傳輸數據都使用同一個埠,它在同一時刻只能執行一項操作,例如當顯示晶元完成對顯存的寫操作後,數/模轉換電路才能從顯存中得到數據,這樣一來數據的寫和傳輸就無法同時進行,限定了顯存的帶寬。在高解析度和色深的環境下,就會影響加速卡的速度。雙埠存儲器就是在顯存中增加了一個埠,它可以在從顯示晶元中得到數據的同時向數/模轉換電路輸送數據,提高了顯示帶寬。這種形式的顯示存儲器價格高,多用在圖形處理工作站上。