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文章目录
- 1、计算机组成
- 1-1、主板
- 1-2、接口卡
- 1-3、存储器（内存）
- 2、存储器
- 2-1、存储器的重要性
- 2-2、物理存储器
- 2-3、逻辑存储器
- 2-4、内存地址空间的分段
- 2-5、存储单元
- 2-6、指令和数据
- 3、总线
- 3-1、三类总线
- 3-2、CPU读数据例子
- 3-3、CPU写数据举例
- 3-4、地址总线AB（Address Bus）
- 3-5、数据总线DB（Data BUS）
- 3-6、控制总线CB（Control Bus）
1、计算机组成
1-1、主板
- 在每一台PC机中，都有一个主板，主板上有核心器件和一些主要器件，这些器件通过总线(地址总线、数据总线、控制总线)相连。这些器件有CPU、存储器、外围芯片组、扩展插槽等。扩展插槽上一般插有RAM内存条和各类接口卡。
1-2、接口卡
- 计算机系统中，所有可用程序控制其工作的设备，必须受到CPU的控制。CPU对外部设备都不能直接控制，如显示器、音箱、打印机等。直接控制这些设备进行工作的是插在扩展插槽上的接口卡。扩展插槽通过总线和CPU相连，所以接口卡也通过总线同CPU相连。CPU可以直接控制这些接口卡，从而实现CPU又对外设的间接控制。简单地讲,就是CPU通过总线向接口卡发送命令，接口卡根据CPU的命令控制外设进行工作。
1-3、存储器（内存）
- 一台PC机中，装有多个存储器芯片，这些存储器芯片从物理连接上看是独立的、不同的器件。
- 从读写属性上看分为两类：随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)
- 随机存储器可读可写，但必须带电存储，关机后存储的内容丢失
- 只读存储器只能读取不能写入（设计之初只读不可写，但是后续很多情况下都是可写的，例如刷ROM），关机后其中的内容不丢失
2、存储器
2-1、存储器的重要性
- CPU是计算机的核心部件,它控制整个计算机的运作并进行运算。要想让一个CPU工作，就必须向它提供指令和数据。
- 指令和数据在存储器中存放，也就是我们平时所说的内存。在一台PC机中内存的作用仅次于CPU。离开了内存，性能再好的CPU也无法工作。这就像再聪明的大脑，没有了记忆也无法进行思考。
- 磁盘（硬盘、闪存）不同于内存，磁盘上的数据或程序如果不读到内存中，就无法被CPU使用。
2-2、物理存储器
- 这些存储器从功能和链接上又可以分为以下几类
- 随机存储器RAM：用于存放供CPU使用的绝大部分程序和数据，主随机存储器一般由两个位置上的RAM组成，装在主板上的RAM和插在扩展插槽上的RAM
- 装有BIOS(Basic Input/Output System，基本输入/输出系统)的ROM：BIOS是由主板和各类接口卡(如显卡、网卡等)厂商提供的软件系统，可以通过它利用该硬件设备进行最基本的输入输出。在主板和某些些接口卡上插有存储相应BIOS的ROM。例如，主板上的ROM中存储着主板的BIOS(通常称为系统BIOS)；显卡上的ROM中存储着显卡的BIOS；如果网卡上装有ROM，那其中就可以存储网卡的BIOS。
- 接口卡上的RAM：某些接口卡需要对大批量输入、输出数据进行暂时存储,在其上装有RAM。最典型的是显示卡上的RAM，一般称为显存。显示卡随时将显存中的数据向显示器上输出。换句话说,我们将需要显示的内容写入显存，就会出现在显示器上。
2-3、逻辑存储器
- 上述的那些存储器,在物理上是独立的器件，但是在以下两点上相同。
- 都和CPU的总线相连。
- CPU对它们进行读或写的时候都通过控制线发出内存读写命令
- 这也就是说,CPU在操控它们的时候，把它们都当作内在存来对待，把它们总的看作一个由若干存储单元组成的逻辑存储器，这个逻辑存储器就就是我们所说的内存地址空间。
2-4、内存地址空间的分段
- 不同计算机系统的内存地址空间的分配情况是不同的，下图是8086CPU的内存地址空间的分配情况
- 8086CPU的地址总线宽度是20根，寻址能力是00000-FFFFF。
- 0 ~ 9FFFF（主存储器RAM）：从地址0~9FFFF的内存单元中读取数据，实际上就是在读取主随机存储器中的数据
- A0000 ~ BFFFF（显存地址空间）：向地址A0000~BFFFF的内存单元中写数女据，就是向显存中写入数据，这些数据会被显示卡输出到显示器上
- C0000 ~ FFFFF（各类ROM地址空间）：向地址C0000~FFFFF的内存单元中写入数据的操作是无效的，因为这等于改写只读存储器中的内容。
2-5、存储单元
- 存储器被划分成若干个存储单元，每个存储单元从0开始顺序编号，例如一个存储器有128个存储单元，编号从0~127，每个存储单元存储可以存储一个字节Byte，即8个二进制。如下图所示
- 上图这个存储器一共128个存储单元，可以存储128个Byte
- 8Bit = 1B
- 1024B =1KB
- 1024KB=1MB
- 1024MB=1GB
- 1024GB=1TB
2-6、指令和数据
- 在内存或磁盘上，指令和数据没有任何区别，都是二进制信息
3、总线
3-1、三类总线
- CPU要想进行数据的读写,必须和外部器件(标准的说法是芯片)进行下面3类信息的交互。
- 存储单元的地址（地址信息）
- 器件的选择,读或写的命令（控制信息）
- 读或写的数据（数据信息）
- 那么CPU是通过什么将地址、数据和控制信息传到存储器芯片中的呢？电子计算机能处理、传输的信息都是电信号，电信号当然要用导线传送。在计算机中专门有连接CPU和其他芯片的导线，通常称为总线。总线从物理上来讲，就是一根根导线的集合。根据传送信息的不同,总线从逻辑上又分为3类，地址总线、控制总线和数据总线。
- 每个CPU芯片上都有很多管脚，这些管脚和总线相连。
- 地址总线：决定CPU的寻址能力
- 数据总线：决定CPU和其他器件进行数据传送时的一次数据传输量
- 控制总线：CPU对系统中其它器件的控制能力
3-2、CPU读数据例子
- CPU从3号存储单元读取数据的过程
1、CPU通过地址线将地址信息3发出。
2、CPU通过控制线发出内存读命令,选中存储器芯片,并通知它,将要从中读取数据
3、存储器将3号单元中的数据8通过数据线送入CPU。
- 对应的机器码+汇编指令
3-3、CPU写数据举例
- CPU向3号单元写入数据26
1、CPU通过地址线将地址信息3发出。
2、CPU通过控制线发出内存写命令,选中存储器芯片,并通知它,要向其中写入
数据。
3、CPU通过数据线将数据26送入内存的3号单元中。
3-4、地址总线AB（Address Bus）
- 下图有10根地址总线，每根都可以是高电平或者低电平。则最小寻址能力0（00-0000-0000），最大寻址能力为1023（11-1111-1111），210种可能，每个存储单元1个字节，1KB=1024Byte
- 如何这时候想访问地址11上的数据，则地址总线的10根总线的高低电平应该是（00-0000-1011=11）
- 一个CPU有N根地址线，则可以说这个CPU的地址总线的宽度为N。这样的CPU最多可以寻找2的N次方个内存单元。
- 32位操作系统最大内存RAM为什么是4G
- 32位操作系统的总线有32根，所以寻址能力是232B=222KB=212MB=22GB=4GB
- 下面是几种CPU的地址总线数量+对应的RAM内存大小
| CPU | CPU Address Bus Size 地址总线 | Maximum RAM 最大RAM |
|---|---|---|
| 8086 | 20 bit | 1MB |
| 8088 | 20 bit | 1MB |
| 80286 | 24 bit | 16MB |
| 80386DX | 32 bit | 4GB |
| Celeron | 36 bit | 64GB |
| Athlon | 40 bit | 1TB |
| Itanium | 44 bit | 16TB |
3-5、数据总线DB（Data BUS）
- 8088CPU的数据总线宽度为8，一次性最大传送1个字节(8位二进制)。传送89D8两个字节需要分两次传送
- 8086CPU的数据总线宽度为16
3-6、控制总线CB（Control Bus）
- CPU对外部器件的控制是通过控制总线来进行的。
- 有多少根控制总线，就意味着CPU提供了对外部器件的多少种控制。所以，控制总线的宽度决定了CPU对外部都器件的控制能力
- 前面所讲的内存读或写命令是由几根控制线综合发出的，其中有一根称为"读信号输出"的控制线负责由CPU向外传送读信号，CPU向该控制线上输出低电平表示将要读取数据；有一根称为"写信号输出"的控制线则负责传送写信号
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