《笔记本的硬件架构以及系统运作原理.pptVIP

教育训练 总线以及工作原理 主存 外部设备 中央处理单元 硬件高速缓存 存储系统层次 物理地址空间 I/O策略 总线(Buses) 总线是用来连接计算机系统内不同组件的电子线路，在其上传输着各种各样的信号。你可以将总线想像成一条条高速公路。和高速公路有不同的车道数量一样，不同计算机系统的总线也有不同的宽度，通常是8的倍数宽，也就是有若干个字节的宽度。 通常来讲，一次总线操作(特指数据总线)所能够传输的这若干个字节组成了一个字(word)，那么其位(bits)的数量就称为字长(word size。这是字长的第一次定义)。 总线宽度是衡量计算机系统结构的重要指标，很显然，其宽度越宽，一次总线操作所能传输的信息就越多，系统的性能也就越优良。 总线频率定义了总线上不同总线操作的快慢，不同总线如果要连接在一起，就必须用一个叫做桥(Bridge)的部件来平衡其速度差异。一般来讲，在一个计算机系统内，总是存在多种不同操作频率的总线，目的是为了将使用不同时钟频率来操作的不同设备连接到CPU上。 通常的，越靠近CPU的总线，其速度就越快，而远离CPU的，其速度就越慢。比方如图一，主内存通过内存总线连接到I/O Bridge、系统总线连接到CPU。直接完成内存读写操作的内存总线总是比CPU直接操作的系统总线要慢，所以中间必须有个Bridge来转换两端的不同信号。在主板里，这里的这个Bridge就是所说的芯片组。 一般来讲，在总线上要传递三种类别的信息：控制信息(比如当前本次总线操作是要操作挂在总线上的哪一个设备？是从设备中读还是写入设备等等)、地址信息(要读写设备中的哪个寄存器？哪个地址单元等等)和数据信息{读出的数据或写入的数据等}。所以总线一般也就有控制总线、地址总线和数据总线的区分了，但是您可能经常会发信总线复用的情况。 主存(Main Memory) 主内存是用来临时存储程序和数据的设备。为什么说它是临时的？主要有两方面的原因： ⒈ 存储在主内存同一个地方中的内容其变化通常很快。也就是说其中的内容会经常的被改变，被谁改变？被操作系统和您的程序。 ⒉ 存储在其中的内容都是易失性的，也就是说如果系统断电了，那么存储在其中的内容将全部失去。这是由制造主内存的材料所决定的。 主内存在物理上是由一系列的动态随机访问内存(DRAM)所构成的；在逻辑上，则表现字节(Bytes，一个Bytes由8个bits组成)的一个线性队列，其中每一个字节都有一个编号，也就是我们说的内存物理地址，内存物理地址从0开始编号，这符合我们的思维习惯。 存储在主内存中的程序都是一条条指令所构成的。在RISC机器里面，每条指令在主内存里面占据的长度都是固定的，比方说在ARM系统里面，每条指令占据了连续的四个或两个字节。但在CISC机器里面，指令系统比较复杂，每条指令的长度也各不相同。 存储在主内存中的数据通常也有长度，具体多少得看数据类型而定，想想C语言中不同类型数据的长度吧。 外部设备 外部设备则是整个计算机系统用于和外界交流的工具。如图一示的，总共有四个外设，即键盘、鼠标、硬盘和显示器通过控制器或设配器与计算机系统的其他部分相联。 在典型计算机系统中，控制器是一系列芯片，要么位于主板上，要么嵌在外设内部；而适配器则通常是插在主板PCI插槽中的设配卡，比如网卡、声卡等。 不管是控制器，还是适配卡，其目的都是为了完成在I/O总线和外设之间完成数据的输入输出。 在这些控制器的内部，通常都会有三种类别的寄存器，用以完成输入输出功能： ⒈ 状态寄存器用以表示外设的当前状态，如是否出错等。 ⒉ 控制寄存器用以控制选择外设的不同操作模式。 ⒊ 数据寄存器用以暂存输入输出数据。 总线上每一个控制器的这些寄存器，都应该能被CPU所访问。实际上，您会明白这正是软件设备驱动程序之所以能够访问这些寄存器、继而去驱动外部设备正常工作的原因所在。 中央处理单元(CPU)，也叫做处理器，是一个计算机系统里最重要的部件，就像一个人的大脑。它执行取自主内存的不同指令，完成各种不同的运算或者逻辑操作，也就是加减乘除或者“X是否比Y大”这种逻辑操作。 如图一所示，在CPU内，有三类重要的部件需要我们作出详细说明：ALU，特殊寄存器，以及通用寄存器。请记住，这三类部件是任何一款处理器都必须包含的东西，不管是x86系列、ARM系列，还是最简单的51系列单片机等，都是如此。 1.算术逻辑单元(ALU) 实际上，所有运算和逻辑操作的执行都在CPU中，一个叫做算术逻辑单元的部件内进行的。需要注意的是，所有运算和逻辑处理都是以二进制的形式进行的。 2.程序计数器(PC) 我们要介绍的第一个特殊寄存器就是PC，即程序计数器。它是计算机系统内最重要的特殊寄存器之一。呵呵，别和Personal Compu