双口ram和多模块存储器
乒乓ram介绍
乒乓ram简介在现在的数据采集分析系统中，随着采集数据的速度剧增，每次都对这些庞大的数据量直接进行分析，这将会占用很多的CPU，使得CPU不能及时的去做其它的事情。
我们可以在传输这些数据的时候提供适当的通道，建立一个缓冲电路，来实现数据流的无缝缓存和处理，提高系统的处理速度和性能。
输入输出缓存电路一般有三种结构和形式：①双口ram结构：双口RAM是在一个SRAM存储器上具有两套完全独立的数据线、地址线、读写控制线、并允许两个独立的系统同时对该存储器进行随机访问。
②FIFO结构：FIFO（First In First Out）是一种先进先出的数据缓存器，可以进行双端操作，但是数据必须先进先出，不能进行随机性的访问。
从容量大小来看，双口RAM比FIFO要大一些，但总的来说，这两种缓冲结构的存储容量还是相对较小，对高速图像处理系统而言，还不是特别适合。
③乒乓ram结构：这种结构是将输入数据流通过输入数据选择单元等时地将数据流分配到两个ram缓冲区。
通过两个ram读和写的切换，来实现数据的流水式传输。
综上所述，乒乓缓存结构实际上相当于一个双口RAM，但它与普通的双口RAM又有所不同。
普通双口RAM是单个存储体构成的IC，乒乓ram结构则由包含两个相互独立存储体的多片IC构成，从而使其在结构、速度、容量等方面具有更大的灵活性；若双口在访问同一地址时，普通双口SAM指向的必定是存储体内的同一存储单元，而乒乓ram结构则分别指向属于SRAM1和SRAM2的两个不同的存储单元，更易操作。
乒乓缓存结构的上述特点决定了可以相对较便宜的高速大容量SRAM、外围逻辑器件构成比双口RAM以及高速FIFO更适合视频处理的系统所需要的缓冲存储器。
乒乓ram结构的上述特点决定了可以相对较便宜的高速大容量RAM、外围逻辑器件构成比双口RAM以及高速FIFO更适合大数据传输系统所需要的缓冲存储器。
乒乓ram控制原理"乒乓操作"是一个常用的数据流控制处理技巧。
RAM分类
RAM的分类内存（RAM，随机存储器）可分为静态随机存储器SRAM和动态随机存储器DRAM两种，我们经常说的电脑内存条指的是DRAM，而SRAM接触的相对要少（像大部分的FPGA就是基于SRAM工艺的）。
根据RAM的功能和特性等可以将其归类如下表所示：SRAMStaticRAM——静态存储器DRAMDynamicRAM——动态存储器SDRAMSynchronousDRAM——同步动态存储器3DRAM3DimensionRAM——3维视频处理器专用存储器CDRAMCachedDRAM——高速缓存存储器CVRAMCachedVRAM——高速缓存视频存储器EDORAMExtendedDateOutRAM——外扩充数据模式存储器EDOSRAMExtendedDateOutSRAM——外扩充数据模式静态存储器EDOVRAMExtendedDateOutVRAM——外扩充数据模式视频存储器EDRAMEnhancedDRAM——增强型动态存储器FRAMFerroelectricRAM——铁电体存储器MDRAMMultiBankDRAM——多槽动态存储器SGRAMSignalRAM——单口存储器DPRAMDualPortRAM——双端口RAMSVRAMSynchronousVRAM——同步视频存储器VRAMVideoRAM——视频存储器WRAMWindowsRAM——视频存储器(图形处理能力优于VRAM)下面对几种常见的RAM略作描述。
SRAM：静态RAMSRAM（StaticRandomAccessMemory，静态随机存储器），它是一种具有静止存取功能的内存，不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。
优点：速度快，不必配合内存刷新电路，可提高整体的工作效率。
缺点：集成度低，功耗较大，相同的容量体积较大，而且价格较高，少量用于关键性系统以提高效率。
DRAM：动态RAMDRAM（DynamicRandomAccessMemory，动态随机存储器）是最为常见的系统内存。
半导体存储器的分类
半导体存储器的分类作者去者日期 2010-3-20 14:27:002推荐1．按制造工艺分类半导体存储器可以分为双极型和金属氧化物半导体型两类。
双极型（bipolar）由TTL晶体管逻辑电路构成。
该类存储器件的工作速度快，与CPU处在同一量级，但集成度低，功耗大，价格偏高，在微机系统中常用做高速缓冲存储器cache。
金属氧化物半导体型，简称MOS型。
该类存储器有多种制造工艺，如NMOS, HMOS, CMOS, CHMOS等，可用来制造多种半导体存储器件，如静态RAM、动态RAM、EPROM等。
该类存储器的集成度高，功耗低，价格便宜，但速度较双极型器件慢。
微机的内存主要由MOS型半导体构成。
2．按存取方式分类半导体存储器可分为只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM）两大类。
ROM是一种非易失性存储器，其特点是信息一旦写入，就固定不变，掉电后，信息也不会丢失。
在使用过程中，只能读出，一般不能修改，常用于保存无须修改就可长期使用的程序和数据，如主板上的基本输入/输出系统程序BIOS、打印机中的汉字库、外部设备的驱动程序等，也可作为I/O数据缓冲存储器、堆栈等。
RAM是一种易失性存储器，其特点是在使用过程中，信息可以随机写入或读出，使用灵活，但信息不能永久保存，一旦掉电，信息就会自动丢失，常用做内存，存放正在运行的程序和数据。
（1）ROM的类型根据不同的编程写入方式，ROM分为以下几种。
① 掩膜ROM掩膜ROM存储的信息是由生产厂家根据用户的要求，在生产过程中采用掩膜工艺（即光刻图形技术）一次性直接写入的。
掩膜ROM一旦制成后，其内容不能再改写，因此它只适合于存储永久性保存的程序和数据。
② PROMPROM（programmable ROM）为一次编程ROM。
它的编程逻辑器件靠存储单元中熔丝的断开与接通来表示存储的信息：当熔丝被烧断时，表示信息“0”；当熔丝接通时，表示信息“1”。
由于存储单元的熔丝一旦被烧断就不能恢复，因此PROM存储的信息只能写入一次，不能擦除和改写。
双口RAM
双口ＲＡＭ1．模块功能：双口RAM模块主要采用IDT7132等器件，它是一种特殊的数据存储芯片，它既可以用于单片机存储大容量的数据，也可以以双口RAM为共享存储器来实现两个处理器之间的通信和数据传输。
双口RAM的优点是提供了两条完全独立的端口，每个端口都有完整的地址、数据和控制总线，允许两个CPU对双端口存储器的同一单元进行同时存取；具有两套完全独立的终端逻辑来实现两个CPU 之间的握手控制信号；具有两套独立的“忙”逻辑，保证两个CPU同时对同一单元进行读/写操作的正确性。
对于单个CPU而言，双口RAM同普通RAM没有什么明显的区别。
本模块原理图见图１。
图１3．主要器件：(1)IDT7132：(a)器件功能：IDT7132是高速2k*8端口静态RAM，可提供图2.1.3 IDT7132引脚图两个拥有独立的控制总线、地址总线和I/O总线端口，允许CPU独立访问内部的任何存储单元。
当/CE 引脚出现下降沿时，选中DPRAM即可通过控制OE 或R/W来访问内部存储单元。
(b) 器件引脚：IDT7132的引脚图如图2所示。
/CE、/CER：（左、右）片选控制信号。
R/WL、R/WR：（左、右）读写控制信号。
/OEL、/OER：（左、右）使能控制信号。
/BUSYL、/BUSYR：（左、右）繁忙查询控制信号。
A0L—A9L、A0R—A9R：（左、右）地址总线。
I/O0L—I/O7L、I/O0R—I/O7R：（左、右）输入/输出总线。
VCC：电源。
(c) 工作原理：IDT7132的工作时序如图3所示。
它与RAM的读写时序非常类似。
当CPU选中DPRAM时/CE引脚出现下降沿，当控制线/OE为高且R/W为低时，CPU对内部存储单元进行写操作；而当控制线OE为低且R/W为高时，CPU对内部存储单元进行读操作。
当外部CPU通过两个端口对双口RAM内部的同一个存储单元进行操作时，系统将出现竞图 2争。
这种竞争一般有如下两种模式：（1）如果两个端口的总线访问地址相同，并先于片选信号/CE有效，则片内逻辑将在CEL与CER之间发生竞争。
计算机组成原理知识强化-清单
20考研·计算机组成原理全程班【知识强化】第一章 计算机系统概述 [1]半导体存储芯片的基本结构□1.1 计算机发展历程 [2]SRAM和DRAM□[1]计算机系统简介□ [3]DRAM的刷新□[2]计算机软硬件的发展□ [4]读写周期□[3]计算机的分类与发展方向□ [5]半导体只读存储器ROM□1.2 计算机系统层次结构 [6]本结小结□[1]计算机的组织结构□ 3.4 主存储器与CPU的连接[2]存储器□ [1]主存模型与CPU的连接□[3]运算器控制器□ [2]主存地址分配□[4]计算机的层次结构□ [3]主存容量拓展□1.3 计算机的性能指标 [4]CPU和主存的连接□[1]计算机的性能指标□ 3.5 双口RAM和多模块存储器[2]第一章总结□ [1]双端口RAM□【知识强化】第二章 数据的表示和运算 [2]多模块存储器□2.1 数制与编码 3.6 高速缓冲存储器[1]进位计数法□ [1]概述□[2]进制转换□ [2]性能分析□[3]BCD码□ [3]cache工作原理□[4]字符□ [4]地址映射①□[5]奇偶校验□ [5]地址映射②□[6]本节总结□ [6]替换算法□2.2 定点数的表示与运算 [7]写策略□[1]定点数的表示□ [8]本节小结□[2]原码□ 3.7 虚拟存储器[3]补码□ [1]虚拟存储器□[4]反码□ [2]第三章总结□[5]移码□【知识强化】第四章 指令系统[6]定点移位□ 4.1 指令格式[7]定点加减和溢出判断□ [1]指令格式□[8]定点乘法□ [2]地址码□[9]定点除法□ [3]扩展操作码□[10]强制类型转换□ [4]数据类型与小结□[11]本节总结□ 4.2 指令寻址方式2.3 浮点数的表示与运算 [1]数据存放□[1]浮点数的表示□ [2]指令寻址□[2]IEEE754标准□ [3]数据寻址□[3]浮点数的加减□ [4]偏移寻址□[4]强制类型转换与运算小结□ [5]堆栈寻址□2.4 算术逻辑单元ALU 4.3 CISC和RISC的基本概念[1]ALU的功能与结构□ [1]CISC和RISC□[2]数电基础知识□ [2]第四章总结□[3]一位全加器□【知识强化】第五章 中央处理器[4]加法器□ 5.1 CPU的功能和基本结构[5]小结□ [1]CPU的功能和基本结构□[6]第二章总结□ [2]运算器的基本结构□【知识强化】第三章 存储系统 [3]控制器的基本结构□3.1 存储器的基本概念 5.2 指令执行过程[1]存储器的分类□ [1]指令周期□[2]存储器的性能指标□ [2]中央处理器2指令周期的数据流□3.2 存储器的层次化结构 [3]指令执行方案□ [1]多级存储系统□ 5.3 数据通路的功能和基本结构3.3 半导体随机存储器 [1]CPU内部单总线方式□[2]单总线例题□[3]专用数据通道□[4]专用数据通道例题□5.4 控制器的功能和工作原理[1]控制器的结构与功能□[2]硬布线□[3]微程序控制器概述□[4]控制存储器□[5]微指令的格式与编码方式□[6]微地址形成方式□[7]微程序控制器的设计□5.5 指令流水线[1]流水线的基本概念与性能指标□[2]影响流水线的因素□[3]流水线的分类□[4]第五章总结□【知识强化】第六章 总线6.1 总线概述[1]总线的基本概念□[2]总线的分类与结构□[3]总线的性能指标□6.2 总线仲裁[1]总线仲裁□6.3 总线操作和定时[1]总线操作与定时□6.4 总线标准[1]总线标准□[2]本章小结□【知识强化】第七章 输入/输出系统7.1 I/O系统基本概念[1]IO系统的基本概念□7.2 外部设备[1]输入/输出设备□[2]外存储器□7.3 I/O接口[1]I/O接口□7.4 I/O方式[1]I/O方式简介□[2]程序查询方式□[3]中断系统□[4]程序中断方式□[5]DMA方式□[6]第七章总结□。
计算机组成原理考点总结终结版
内部资料,转载请注明出处,谢谢合作;一、计算机系统概述（一）计算机发展历程了解知识点一：第一台计算机 ENIAC知识点二：冯诺依曼VanNeumann首次提出存储程序的概念,将数据和程序一起放在存储器中,使得编程更加方便;50多年来,虽然对冯诺依曼机进行了很多改革,但结构变化不大,仍然称为冯诺依曼机;知识点三：一般把计算机的发展分为四个阶段：第一代1946-50‘s后期：电子管计算机时代；第二代50‘s中期-60’s后期：晶体管计算机时代；第三代60‘s中期-70’s前期：集成电路计算机时代；第四代70‘s初-：大规模集成电路计算机时代;知识点四：冯·诺依曼计算机的特点冯·诺依曼体系计算机的核心思想是“存储程序”的概念;它的特点如下：1 计算机由运算器、存储器、控制器和输入设备、输出设备五大部件组成；2 指令和数据都用二进制代码表示；3 指令和数据都以同等地位存放于存储器内,并可按地址寻访；4 指令是由操作码和地址码组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数所在存储器中的位置；5 指令在存储器内是顺序存放的；6 机器以运算器为核心,输入输出设备与存储器的数据传送通过运算器;（二）计算机系统层次结构了解计算机系统的层次结构,通常可有五个以上的层次,在每一个层次上都能进行程序设计;由下自上可排序为：第一级微程序机器级,微指令由机器直接执行,第二级传统机器级,用微程序解释机器指令,第三级操作系统级,一般用机器语言程序解释作业控制语句,第四级汇编语言机器级,这一级由汇编程序支持和执行,第五级高级语言机器级,采用高级语言,由各种高级语言编译程序支持和执行;还可以有第六级应用语言机器级,采用各种面向问题的应用语言;1.计算机硬件的基本组成图中实线为控制线,虚线为反馈线,双线为数据线;图中各部件的功能是：1 运算器用来完成算术运算和逻辑运算,并将运算的中间结果暂存在运算器内；2 存储器用来存放数据和程序；3 控制器用来控制、指挥程序和数据的输入、运行及处理运算结果；4 输入设备用来将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式,常见的有键盘、鼠标等；5 输出设备可将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式如打印机输出、显示器输出等;计算机的五大部件在控制器的统一指挥下,有条不紊地自动工作;由于运算器和控制器在逻辑关系和电路结构上联系十分紧密,尤其在大规模集成电路制作工艺出现后,这两大部件往往制作在同一芯片上,因此,通常将他们合起来统称为中央处理器,简称CPU;把输入设备与输出设备简称为I/O 设备;因此,现代计算机可认为由三大部分组成：CPU、I/O设备及主存储器MM;CPU与MM合起来称为主机,I/O设备叫作外设;存储器分为主存储器MM和辅助存储器;主存可直接与CPU交换信息,辅存又叫外存;2.计算机软件的分类计算机的软件通常又分为两大类：系统软件和应用软件;系统软件又称为系统程序,主要用来管理整个计算机系统,监视服务,使系统资源得到合理调度,确保高效运行;它包括：标准程序库、语言处理程序、操作系统、服务性程序、数据库管理系统、网络软件等等;应用软件又称为应用程序,它是用户根据任务所编制的各种程序;3.计算机的工作过程1．运算器运算器包括三个寄存器和一个算逻单元ALU;其中ACC为累加器,MQ为乘商寄存器,X为操作数寄存器;这三个寄存器在完成不同运算时,所存放在操作数类别也各不相同;2．存储器主存储器包括存储体、各种逻辑部件及控制电路等;主存的工作方式就是按存储单元的地址号来实现对存储字各位的存写入、取读出;这种存取方式叫做按地址存取,也即按地址访问存储器简称访存;为了能实现按地址访问的方式,主存中还必须配置两个寄存器MAR和MDR;MAR是存储器地址寄存器,用来存放欲访问的存储单元的地址,其位数对应存储单元的个数;MDR是存储器数据寄存器,用来存放从存储体某单元取出的代码或者准备往某存储单元存入的代码,其位数与存储字长相等;要想完整地完成一个取或存操作;3．控制器控制器是计算机组成的神经中枢,由它指挥全机各部件自动、协调地工作;具体而言,它首先要命令存储器读出一条指令,这叫取指过程;接着对这条指令进行分析,指出该指令要完成什么样的操作,并按寻址特征指明操作数的地址,这叫分析指令过程;最后根据操作数所在的地址,取出操作数并完成某种操作,这叫作执行过程;以上就是通常所说的完成一条指令操作的取指、分析和执行三阶段; 控制器由程序计数器PC,指令寄存器IR以及控制单元CU几部分组成;PC 用来存放当前欲执行指令的地址, 它与主存的MAR之间有一条直接通路,且具有自动加1的功能, 即可自动形成下一条指令的地址;IR用来存放当前的指令, IR 的内容来自主存的MDR;IR中的操作码送到CU,用来分析指令；其地址码作为操作数的地址送至存储器的MAR; CU用来分析当前指令所需完成的操作,并发出各种微操作命令序列,用以控制所有被控对象;4．I/OI/O子系统包括各种外部设备及相应的接口;每一种设备都是由I/O接口与主机联系的,它接受CU发出的各种控制命令完成相应的操作;计算机的解题过程如下：首先把构成程序的有序指令和数据,通过键盘输入到主存单元中,并置PC的初值为0即令程序的首地址为0;启动机器后,计算机便自动按存储器中所存放的指令顺序,有序地逐条完成取指令、分析指令和执行指令,直至执行到程序的最后一条指令为止;（三）计算机性能指标1. 吞吐量、响应时间1 吞吐量：单位时间内的数据输出数量;2 响应时间：从事件开始到事件结束的时间,也称执行时间;2. CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间1 CPU时钟周期：机器主频的倒数,Tc2主频：CPU工作主时钟的频率,机器主频Rc3CPI：执行一条指令所需要的平均时钟周期4CPU执行时间：T CPU=In×CPI×T CIn执行程序中指令的总数CPI执行每条指令所需的平均时钟周期数T C时钟周期时间的长度3. MIPS、MFLOPS1MIPS：MIPSMillion Instructions Per SecondMIPS = In/Te×106= In/In×CPI×Tc×106= Rc/CPI×106Te：执行该程序的总时间In：执行该程序的总指令数Rc：时钟周期Tc的到数MIPS只适合评价标量机,不适合评价向量机;标量机执行一条指令,得到一个运行结果;而向量机执行一条指令,可以得到多个运算结果;2 MFLOPS：MFLOPSMillion Floating Point Operations Per SecondMFLOPS=Ifn/Te×106Ifn：程序中浮点数的运算次数MFLOPS测量单位比较适合于衡量向量机的性能;一般而言,同一程序运行在不同的计算机上时往往会执行不同数量的指令数,但所执行的浮点数个数常常是相同的;二、数据的表示和运算（一）数制与编码1.进位计数制及其相互转换2.真值和机器数3.BCD码4.字符与字符串5.校验码（二）定点数的表示和运算1.定点数的表示无符号数的表示；有符号数的表示;2.定点数的运算定点数的位移运算；原码定点数的加/减运算；补码定点数的加/减运算；定点数的乘/除运算；溢出概念和判别方法;（三）浮点数的表示和运算1.浮点数的表示浮点数的表示范围；IEEE754标准2.浮点数的加/减运算（四）算术逻辑单元ALU1.串行加法器和并行加法器2.算术逻辑单元ALU的功能和机构三、存储器层次机构cache-主存-外存的层次结构、cache的三种不同映象方式、主存芯片的子扩展和位扩展方案设计以及续存相关地址转换的内容是重点（一）存储器的分类1．按存储介质分1半导体存储器;存储元件由半导体器件组成的叫半导体存储器;其优点是体积小、功耗低、存取时间短;其缺点是当电源消失时,所存信息也随即丢失,是一种易失性存储器;2磁表面存储器;按载磁体形状的不同,可分为磁盘、磁带和磁鼓;现代计算机已很少采用磁鼓;由于用具有矩形磁滞回线特性的材料作磁表面物质,它们按其剩磁状态的不同而区分“0”或“1”,而且剩磁状态不会轻易丢失,故这类存储器具有非易失性的特点;3 磁芯存储器不用了4光盘存储器;光盘存储器是应用激光在记录介质磁光材料上进行读写的存储器,具有非易失性的特点;光盘记录密度高、耐用性好、可靠性高和可互换性强等; 2．按存取方式分类按存取方式可把存储器分为随机存储器、只读存储器、顺序存储器和直接存取存储器四类;1随机存储器RAMRandom Access Memory;RAM是一种可读写存储器, 其特点是存储器的任何一个存储单元的内容都可以随机存取,而且存取时间与存储单元的物理位置无关;计算机系统中的主存都采用这种随机存储器;由于存储信息原理的不同, RAM又分为静态RAM 以触发器原理寄存信息和动态RAM以电容充放电原理寄存信息;2只读存储器ROMRead only Memory;只读存储器是能对其存储的内容读出,而不能对其重新写入的存储器;这种存储器一旦存入了原始信息后,在程序执行过程中,只能将内部信息读出,而不能随意重新写入新的信息去改变原始信息;因此,通常用它存放固定不变的程序、常数以及汉字字库,甚至用于操作系统的固化;它与随机存储器可共同作为主存的一部分,统一构成主存的地址域;只读存储器分为掩膜型只读存储器MROMMasked ROM、可编程只读存储器PROMProgrammable ROM、可擦除可编程只读存储器EPROMErasable Programmable ROM、用电可擦除可编程的只读存储器EEPROMElectrically Erasable Programmable ROM;以及近年来出现了的快擦型存储器Flash Memory,它具有EEPROM的特点,而速度比EEPROM快得多;3串行访问存储器;如果对存储单元进行读写操作时,需按其物理位置的先后顺序寻找地址,则这种存储器叫做串行访问存储器;显然这种存储器由于信息所在位置不同,使得读写时间均不相同;如磁带存储器,不论信息处在哪个位置,读写时必须从其介质的始端开始按顺序寻找,故这类串行访问的存储器又叫顺序存取存储器;还有一种属于部分串行访问的存储器,如磁盘;在对磁盘读写时,首先直接指出该存储器中的某个小区域磁道,然后再顺序寻访,直至找到位置;故其前段是直接访问,后段是串行访问,叫直接存取存储器;3．按在计算机中的作用分类按在计算机系统中的作用不同,存储器又可分为主存储器、辅助存储器、缓冲存储器;（二）存储器的层次化结构主要是为了解决速度匹配问题存储器有3个重要的指标：速度、容量和每位价格,一般来说,速度越快,位价越高；容量越大,位价越低,容量大,速度就越低;上述三者的关系用下图表示：寄存器缓存主存磁盘磁带存储系统层次结构主要体现在缓存-主存-辅存这两个存储层次上,如下图所示：（三）半导体随机存取存储器1.SRAM存储器的工作原理静态RAM由于静态RAM是触发器存储信息,因此即使信息读出后,它仍保持其原状态,不需要再生;但电源掉电时,原存信息丢失,故它属易失性半导体存储器2.DRAM存储器的工作原理（四）只读存储器（五）主存储器与CPU的连接（六）双口RAM和多模块存储器（七）高速缓冲存储器Cache1.程序访问的局部2.Cache的基本工作原理3.Cache和主存之间的映射方式4.Cache中主存块的替换算法5.Cache写策略（八）虚拟存储器1.虚拟存储器的基本概念2.页式虚拟存储器3.段式虚拟存储器4.段页式虚拟存储器5.TLB快表四、指令系统（一）指令格式1.指令的基本格式2.定长操作码指令格式3.扩展操作码指令格式（二）指令的寻址方式1.有效地址的概念2.数据寻址和指令寻址3.常见寻址方式（三）CISC和RISC的基本概念五、中央处理器CPU（一）CPU的功能和基本结构（二）指令执行过程（三）数据通路的功能和基本结构（四）控制器的功能和工作原理1.硬布线控制器2.微程序控制器微程序、微指令和微命令；微指令的编码方式；微地址的形式方式; （五）指令流水线1.指令流水线的基本概念2.超标量和动态流水线的基本概念（一）总线（二）总线概述（三）总线的基本概念总线是连接计算机内部多个部件之间的信息传输线,是各部件共享的传输介质;多个部件和总线相连,在某一时刻,只允许有一个部件向总线发送信号,而多个部件可以同时从总线上接收相同的信息;总线是由许多传输线或通路组成,每条线可传输一位二进制代码,如16条传输线组成的总线,可同时传输16位二进制代码;（四）总线的分类按数据传送方式：并行传输总线和串行传输总线按总线的适用范围：计算机总线,测控总线,网络通信总线按连接部件不同：重点片内总线：片内总线是指芯片内部的总线,如在CPU芯片内部, 寄存器与寄存器之间、寄存器与算术逻辑单元之间都有总线连接;系统总线：系统总线是指CPU、主存、I/O各大部件之间的信息传输线;按传输信息的不同,可分为三类：数据总线、地址总线和控制总线;数据总线用来传输各功能部件之间的数据信息,它是双向传输总线,其位数与机器字长、存储字长有关;数据总线的条数称为数据总线宽度,它是衡量系统性能的一个重要参数;例子：总线宽8位,指令字长16位,CPU需要两次访主存地址总线主要用来指出数据总线上的源数据或目的数据在主存单元的地址或在I/O设备上的地址;它是单向传输的;地址线的位数与存储单元的个数有关,如地址线为20根,则对应的存储单元个数为220;控制总线是用来发出各种控制信号的传输线;对单一控制线来说,传输单向；对控制总线,是双向的;对CPU而言,控制信号既有输入又有输出;通信总线：这类总线用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统如控制仪表、移动通讯等之间的通信;（五）总线的组成及性能指标总线的组成：总线组成包括信号线、总线控制器、附属电路;信号线包括数据线、地址线和控制线总线性能指标：1总线宽度：它是指数据总线的根数, 用bit位表示,如8位、16位、32位、64位;2总线带宽：总线的数据传输速率即单位时间内总线上传输数据的位数,通常用每秒传输信息的字节数来衡量,单位为MBps兆每秒;例如,总线频率33MHZ,总线宽度32位4B,则总线带宽334=132MBps;3时钟同步/异步：总线上的数据与时钟同步工作的总线称同步总线,与时钟不同步工作的总线称为异步总线;4总线复用：通常地址总线与数据总线在物理上是分开的两种总线;地址总线传输地址码,数据总线传输数据信息;为了提高总线的利用率,优化设计,特将地址总线和数据总线共用一条物理线路,只是某一时刻该总线传输地址信号,另一时刻传输数据信号或命令信号;这叫总线的多路复用;5信号线数：即地址总线、数据总线和控制总线三种总线数的总和;6总线控制方式：包括并发工作、自动配置、仲裁方式、逻辑方式、计数方式等;7 其他指标：如负载能力问题等;总线结构的三种形式：以CPU为中心的双总线结构：这种结构在I/O设备与主存交换信息时仍然要占用CPU,因此会影响CPU的工作效率;单总线结构：它是将CPU、主存、I/O设备都挂在一组总线上,允许I/O之间、I/O与主存之间直接交换信息;因为只有一组总线,当某一时刻各部件都要占用时,就会出现争夺现象;双总线结构的特点是将速度较低的I/O设备从单总线上分离出来,形成主存总线与I/O总线分开的结构;三总线结构中, 主存总线用于CPU与主存之间的传输；I/O总线供CPU与各类I/O之间传递信息；DMA总线用于高速外设磁盘、磁带等与主存之间直接交换信息;在三总线结构中,任一时刻只能使用一种总线;（六）总线仲裁总线控制总线控制主要包括判优控制和通信控制;总线判优控制可分集中式和分布式两种,前者将控制逻辑集中在一处如在CPU中,后者将控制逻辑分散在与总线连接的各个部件或设备上;集中仲裁方式常见的集中控制有三种优先权仲裁方式：1．链式查询菊花链图中控制总线中有三根线用于总线控制BS总线忙；BR总线请求、BG总线同意,其中总线同意信号BG是串行地从一个I/O接口送到下一个I/O接口;如果BG到达的接口有总线请求,BG信号就不再往下传;意味着该接口获得了总线使用权,并建立总线忙BS信号,表示它占用了总线;这种方式的特点是：只需很少几根线就能按一定优先次序实现总线控制,并且很容易扩充设备,但对电路故障很敏感;2．计数器定时查询计数器定时查询方式如下图所示;它与链式查询方式相比,多了一组设备地址线,少了一根总线同意线BG;总线控制部件接到由BR 送来的总线请求信号后,在总线未被使用BS＝0的情况下,由计数器开始计数,向各设备发出一组地址信号;当某个有总线请求的设备地址与计数值一致时,便获得总线使用权,此时终止计数查询;这种方式的特点是：计数可以从“0”开始,此时设备的优先次序是固定的；计数也可以从终止点开始,即是一种循环方法,此外,对电路故障不如链式查询方式敏感,但增加了主控制线设备地址数,控制也较复杂;3．独立请求方式独立请求方式如下图所示;由图可见,每一设备均有一对总线请求线BRi和总线同意线BGi;当设备要求使用总线时,便发出该设备的请求信号;总线控制部件中有一排队电路,可根据优先次序确定响应哪一设备的请求;这种方式的特点是：响应速度快,优先次序控制灵活通过程序改变,但控制线数量多,总线控制更复杂;总线通信控制没要求分布仲裁方式同集中式仲裁相比,分布式仲裁不需要中央仲裁器,而是让各个主设备功能模块都有自己的仲裁号和仲裁电路;需要使用总线时,各个设备的功能模块将自己唯一的仲裁号发送到共享的总线上,各自的仲裁电路再将从仲裁总线上获得的仲裁号和自己的仲裁号相对比,获胜的仲裁号将保留在仲裁总线上,相应设备的总线请求获得响应;分布式仲裁不需要中央仲裁器,每个潜在的主方功能模块都有自己的仲裁号和仲裁器;当它们有总线请求时,把它们唯一的仲裁号发送到共享的仲裁总线上,每个仲裁器将仲裁总线上得到的号与自己的号进行比较;如果仲裁总线上的号大,则它的总线请求不予响应,并撤消它的仲裁号;最后,获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上;显然,分布式仲裁是以优先级仲裁策略为基础（七）总线操作和定时总线操作目前在总线上的操作主要有以下几种：1读和写读是将从设备如存储器中的数据读出并经总线传输到主设备如CPU；写是主设备到从设备的数据传输过程;2块传送主设备给出要传输的数据块的起始地址后,就可以利用总线对固定长度的数据一个接一个的读出或写入;3写后读或读后写主设备给出地址一次,就可以进行先写后读或者先读后写操作,先读后写往往用于校验数据的正确性,先写后读往往用于多道程序的对共享存储资源的保护;4广播和广集主设备同时向多个从设备传输数据的操作模式称为广播;广集操作和广播操作正好相反,它将从多个从设备的数据在总线上完成AND或OR操作,常用于检测多个中断源;定时：事件出现在总线上的时序关系;1、同步定时在同步定时协议中,事件出现在总线上的时刻由总线时钟信号来确定;所以包含始终信号线由于采用了公共时钟,每个功能模块什么时候发送或接收信息都由统一时钟规定,因此,同步定时具有较高的传输频率;同步定时适用于总线长度较短、各功能模块存取时间比较接近的情况;2．异步定时在异步定时协议中,后一事件出现在总线上的时刻取决于前一事件的出现,即建立在应答式或互锁机制基础上;在这种系统中,不需要统一的共公时钟信号;总线周期的长度是可变的;（八）总线标准六、输入输出I/O系统（一）I/O系统基本概念（二）外部设备1.输入设备：键盘、鼠标2.输出设备：显示器、打印机3.外存储器：硬盘存储器、磁盘阵列、光盘存储器（三）I/O接口I/O控制器1.I/O接口的功能和基本结构2.I/O端口及其编址（四）I/O方式1.程序查询方式2.程序中断方式中断的基本概念；中断响应过程；中断处理过程；多重中断和中断屏蔽的概念;3.DMA方式DMA控制器的组成；DMA传送过程;4.通道方式七、计算机系统概述（四）计算机发展历程（五）计算机系统层次结构4.计算机硬件的基本组成5.计算机软件的分类6.计算机的工作过程（六）计算机性能指标吞吐量、响应时间；CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间；MIPS、MFLOPS;八、数据的表示和运算（五）数制与编码6.进位计数制及其相互转换7.真值和机器数8.BCD码9.字符与字符串10.校验码（六）定点数的表示和运算3.定点数的表示无符号数的表示；有符号数的表示;4.定点数的运算定点数的位移运算；原码定点数的加/减运算；补码定点数的加/减运算；定点数的乘/除运算；溢出概念和判别方法;（七）浮点数的表示和运算3.浮点数的表示浮点数的表示范围；IEEE754标准4.浮点数的加/减运算（八）算术逻辑单元ALU3.串行加法器和并行加法器4.算术逻辑单元ALU的功能和机构九、存储器层次机构（九）存储器的分类（十）存储器的层次化结构（十一）半导体随机存取存储器3.SRAM存储器的工作原理4.DRAM存储器的工作原理（十二）只读存储器（十三）主存储器与CPU的连接（十四）双口RAM和多模块存储器（十五）高速缓冲存储器Cache6.程序访问的局部7.Cache的基本工作原理8.Cache和主存之间的映射方式9.Cache中主存块的替换算法10.Cache写策略（十六）虚拟存储器6.虚拟存储器的基本概念7.页式虚拟存储器8.段式虚拟存储器9.段页式虚拟存储器10.TLB快表十、指令系统（四）指令格式4.指令的基本格式5.定长操作码指令格式6.扩展操作码指令格式（五）指令的寻址方式4.有效地址的概念5.数据寻址和指令寻址6.常见寻址方式（六）CISC和RISC的基本概念十一、中央处理器CPU（六）CPU的功能和基本结构（七）指令执行过程（八）数据通路的功能和基本结构（九）控制器的功能和工作原理3.硬布线控制器4.微程序控制器微程序、微指令和微命令；微指令的编码方式；微地址的形式方式;（十）指令流水线3.指令流水线的基本概念4.超标量和动态流水线的基本概念十二、总线（九）总线概述1.总线的基本概念2.总线的分类3.总线的组成及性能指标（十）总线仲裁1.集中仲裁方式2.分布仲裁方式（十一）总线操作和定时1.同步定时方式。
海文10年计算机大纲完全解读三组成原理
2010年计算机考研统考大纲完全解读之组成原理万学海文2010年的统考大纲对组成原理的考查目标定位为理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式，具有完整的计算机系统的整机概念；理解计算机系统层次化结构概念，熟悉硬件与软件之间的界面，掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法；能够运用计算机组成的基本原理和基本方法，对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析，并能对一些基本部件进行简单设计。
与2009年的大纲相比，2010年的大纲没有发生变化，同学们可以依据原来制定的复习计划，在已有基础上继续进行复习。
这门课对于很多计算机的考生都是难点，对于跨专业考生来说更是如此，建议大家在理解课本的基础上，多做习题，对一些典型的题目要做到烂熟于心。
至于参考书，推荐使用高教版哈工大唐朔飞老师的书，这本书有配套的习题，讲得也比较细，是比较适合作为备考用书的。
在这里就组成原理的考点来进行解析一下。
计算机系统概述一章几乎没有出综合应用题的可能，大部分知识点只要了解就可以了。
计算机发展历程了解了解计算机系统的层次结构1．计算机硬件的基本组成2．计算机软件的分类3．计算机的工作过程理解计算机的性能指标吞吐量等要注意，这些概念在后续章节中会经常出现，需要熟练掌握数据的表示与运算一章可考的点多，但单独出现在综合应用题中的可能性不大。
数在机器中的不同表示方法及其相互转换时选择题的一个常考点。
掌握数制与编码1．进位计数制及其相互转换2．真值和机器数3．BCD编码4．字符与字符串5．校验码熟练掌握定点数的表示与运算1．定点数的表示无符号数的表示和有符号数的表示2．定点数的运算定点数的移位运算（注意算术移位右移时最高位的确定）；原码定点数加减运算；补码定点数加减法运算；定点数乘除运算；溢出概念和判别方法（识记）掌握浮点数的表示与运算1．浮点数的表示浮点数的表示范围；IEEE754标准2．浮点数的加减运算要能够描述出浮点数加减运算的步骤，注意浮点数的规格化算术逻辑单元ALU 理解1.串行加法器和并行加法器2.算术逻辑单元ALU的功能与结构要理解串行加法器和并行加法器原理和区别，要掌握ALU的功能与结构，这是后续相关章节的基础。
813计算机学科专业基础综合
2017年考研计算机学科专业基础综合考试大纲计算机组成原理【考查目标】1.理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式，具有完整的计算机系统的整机概念。
2.理解计算机系统层次化结构概念，熟悉硬件与软件之间的界面，掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法。
3.能够综合运用计算机组成的基本原理和基本方法，对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析，对一些基本部件进行简单设计。
一、计算机系统概述（一）计算机发展历程1. 熟悉计算机更新换代的标志和主要推动力2. 了解未来计算机发展趋势（二）计算机系统层次结构1.掌握计算机系统的基本组成2.掌握计算机硬件的基本组成3.熟悉计算机软件和硬件的关系4.了解计算机的工作过程（三）计算机性能指标1. 掌握吞吐量、响应时间、CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间、MIPS、MFLOPS 等计算机性能指标的计算方法2. 了解GFLOPS、TFLOPS、PFLOPS.等指标计算方法二、数据的表示和运算（一）数制与编码1.掌握进位计数制及其相互转换2.掌握真值和机器数3.熟悉BCD码4.熟悉字符与字符串5.了解校验码（二）定点数的表示和运算1. 掌握无符号数、有符号整数的表示方法。
2. 掌握定点数的位移运算；3. 掌握原码定点数的加减运算；4. 掌握补码定点数的加/减运算；5. 熟悉溢出概念和判别方法。
（三）算术逻辑单元ALU1. 熟悉串行加法器和并行加法器的功能和结构2. 掌握算术逻辑单元ALU的功能和结构三、存储器层次结构（一）存储器概述1. 掌握层次化存储结构的原理及特点2. 了解SRAM、DRAM、ROM、Flash等半导体存储器原理及特点3. 掌握主存储器和CPU之间的连接方法4. 熟悉双口RAM和多模块存储器原理及结构（二）高速缓冲存储器（Cache）1.掌握Cache的基本工作原理2.掌握Cache和主存之间的映射方式3.掌握Cache中主存块的替换算法4.了解Cache写策略5.掌握Cache性能分析方法（三）虚拟存储器1.掌握虚拟存储器的基本概念2.掌握页式虚拟存储器原理及结构3.熟悉段式虚拟存储器原理及结构4.熟悉段页式虚拟存储器原理及结构5.熟悉TLB（快表）原理及结构四、指令系统（一）掌握指令的基本格式（二）指令的寻址方式1.掌握有效地址的概念2.掌握数据寻址和指令寻址的区别及联系3.熟悉常见寻址方式（三）掌握CISC和RISC的基本概念五、中央处理器（CPU）（一）掌握CPU的功能和基本结构（二）掌握指令执行过程（三）掌握数据通路的功能和基本结构（四）掌握控制器的功能和工作原理1. 掌握硬布线控制器的功能和工作原理2. 掌握微程序控制器的功能和工作原理3. 熟悉微程序、微指令和微命令的概念。
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3.6 双口RAM和多模块存储器
CPU和主存储器的速度不匹配问题一直以来都是计算机系统发展的障碍，到现在，这个问题变得越来越严重，以至于主存的存储速度成为了计算机系统的瓶颈。
为了解决这一瓶颈，尝试了多种办法，除通过寻找高速元件来提高访问速度外，还可以通过采用双口RAM和多模块存储器，使在一个存取周期内可以并行地读写多个字，从而提高存储器的访问速度。
1．双口RAM
双口RAM是因同一个RAM具有两组相对独立的读写控制线路而得名，它可以进行并行的独立操作。
可以说双口RAM是具有两个独立端口的存储器，而每个端口又具有各自的地址线、数据线和控制线，可以对存储器中任何位置上的数据进行独立的存取操作。
双口RAM是常见的共享式多端口存储器，其最大的特点是存储数据共享。
它允许两个独立的CPU或控制器同时异步访问存储单元。
既然数据共享，就必须存在访问仲裁控制，否则就会出现错误或冲突。
两个端口对同一内存操作有4种情况：
① 两个端口不同时对同一地址单元存取数据；
② 两个端口同时对同一地址单元读出数据；
③ 两个端口同时对同一地址单元写入数据；
④ 两个端口同时对同一地址单元，一个写入数据，另一个读出数据。
在第①、第②种情况时，两个端口的存取不会出现错误，第③种情况会出现写入错误，第④种情况会出现读出错误。
为避免第③、第④种错误情况的出现，
双口RAM设计有硬件“”功能输出，其工作原理如下。
当左、右端口不对同一地址单元存取时，可正常存取；当左、右端口对同一地址单元存取时，有一个端口的禁止数据的存取。
此时，两个端口中，哪个存取请求信号出现在前，则其对应的允许存取；哪个存取请求信号出现在后，则其对应的禁止其写入数据。
需要注意的是，两端口间的存取请求信号出现时间要相差在5ns以上，否则仲裁逻辑无法判定哪一个端口的存取请求信号在前；在无法判定哪个端口先出现存取
请求信号时，控制线和只有一个为低电平，不会同时为低电平。
这样，就能保证对应于的端口能进行正常存取，对应于的端
口不存取，从而避免双端口存取出现错误。
2．多模块存储器
顾名思义，多模块存储器是指由多个模块组成的存储器，不过这些模块具有相同的容量和存取速度，各模块都有独立的地址寄存器、数据寄存器、地址译码、驱动电路和读/写电路，它们既能并行工作，又能交叉工作。
多模块存储器一般采用线性编制方式。
对地址在各模块中有两种安排方式，分别是顺序方式和交叉方式。
假设一个存储器容量为16个字，分成M0～M3这4个模块。
在顺序方式中，访问地址是按一个个模块顺序分配的，即先将1到4顺序分配给M0模块的4个字，然后再接着给模块M1的4个字分配访问地址5到8，以此类推完成地址分配。
这样，存储16个字可由4位地址寄存器指示，高2位用于选择模块，低2位用于选择模块中的字，这样连续的地址分配在同一模块内。
因此，在对顺序存储方式中某模块进行存取操作时，其他模块不工作，当该模块出现故障时，其他模块也能正常工作。
使用这种方式易于扩充存储器容量，其缺点是各模块间只能进行串行工作，限制了存储器的带宽。
在交叉方式中，如果将16个字分成4个模块，其地址分配方案不同，它先将4个线性地址（0、1、2、3）依次分配给M0～M3，再将线性地址（4、5、6、7）依次分配给M0～M3，以此类推完成地址分配。
这样，存储16个字也可由4位地址寄存器指示，不过其高2位用于选择模块中的字，而低2位用于选择模块，由此可见连续的地址分配在相邻的不同模块内，而同一模块内的地址是不连续的。
因此，对连续字的成块传送，交叉方式的存储器可以实现多模块流水式并行存取，提高了存储器的带宽，从而提高了存储器的存取速度。
采用多模块交叉方式的存储器称为多模块交叉存储器。
这种存储器采用分时启动的方法，可以在不改变每个模块存取周期的前提下，提高整个主存的速度。
在第一个存储周期的开始时刻启动模块M0，在时刻分别启动模块M1、M2、M3，如图3-12所示示意了模4交叉存取的时间关系。
在4个模块完全并行的理想情况下，整个主存的有效周期缩小到原来模块存
取周期的，数据传送的平均速度提高到原来的4倍。
但是，在实际应用中，当出现数据相关和程序转移时，将破坏并行性，不可能达到上述理想值，但比顺序方式还是提高了不少。
简介
双口RAM 是在一个SRAM 存储器上具有两套完全独立的数据线、地址线和读写控制线，并允许两个独立的系统同时对该存储器进行随机性的访问。
即共享式多端口存储器。
双口RAM最大的特点是存储数据共享。
一个存储器配备两套独立的地址、数据和控制线，允许两个独立的CPU或控制器同时异步地访问存储单元。
因为数据共享，就必须存在访问仲裁控制。
内部仲裁逻辑控制提供以下功能：对同一地址单元访问的时序控制；存储单元数据块的访问权限分配；信令交换逻辑（例如中断信号）等。
双口RAM可用于提高RAM的吞吐率，适用于作于实时的数据缓存。
编辑本段特点
（1）对同一地址单元访问的竞争控制
如果同时访问双口RAM的同一存储单元，势必造成数据访问失真。
为了防止冲突的发生，采用Busy逻辑控制，也称硬件地址仲裁逻辑。
图2给出了地址总线发生匹配时的竞争时序。
此处只给出了地址总线选通信信号先于片选脉冲信号的情况，而且，两端的片选信号至少相差tAPS——仲裁最小时间间隔（IDT7132为5ns），内部仲裁逻辑控制才可给后访问的一方输出Busy闭锁信号，将访问权交给另一方直至结束对该地址单元的访问，才撤消Busy闭锁信号，将访问权交给另一方直至结束对该地址单元的访问，才撤消Busy闭锁信号。
即使在极限情况，两个CPU几乎同时访问同一单元——地址匹配时片选信号低跳变之差少于tAPS，Busy闭锁信号也仅输出给其中任一CPU，只允许一个CPU访问该地址单元。
仲裁控制不会同时向两个CPU发Busy闭锁信号。
（2）存储单元数据块的访问权限分配
存储单元数据块的访问权限分配只允许在某一时间段内由1个CPU对自定义的某一数据块进行读写操作，这将有助于存储数据的保护，更有效地避免地址冲突。
信号量（Semaphore，简称SEM）仲裁闭锁就是一种硬件电路结合软件实现访问权限分配方法。
SEM单元是与存储单元无关的独立标志单元，图3给出了一个信号量闭锁逻辑框图。
两个触发器在初始化时均使SEM允许输出为高电平，等待双方申请SEM。
如果收到一方写入的SEM信号（通常低电平写入），如图3所示，仲裁电路将使其中一个触发器的SEM允许输出端为低电平，而闭锁另一个SEM允许输出端使其继续保持高电平。
只有当先请求的一方撤消SEM信号，即写入高电平，才使另一SEM允许输出端的闭锁得到解除，恢复等待新的SEM申请。
（3）信令交换逻辑（signaling logic）
为了提高数据的交换能力，有些双口RAM采用信令交换逻辑来通知对方。
IDT7130（1K容量）就是采用中断方式交换信令。
利用两个特殊的单元（3FFH 和3FEH）作为信令字和中断源。
假设左端CPU向3FFH写入信令，将由写信号和地址选通信号触发右端的中断输出，只有当右端的CPU响应中断并读取3FFH信令字单元，其中断才被双口RAM撤消。