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计算机结构及标准性能

时间:2023-11-03 理论教育 版权反馈
【摘要】:计算机的结构反映了计算机各个组成部件之间的连接方式。如由冯·诺依曼在1952年研制的计算机IAS,基本上就采用了直接连接的结构。该总线标准性能先进、成本较低、可扩充性强,现已成为奔腾级以上计算机普遍采用的外设接插总线。总线结构是当今计算机普遍采用的节后,其特点是结构简单清晰、易于扩展,尤其是在I/O接口的扩展功能方面,由于采用了总线结构和I/O接口标准,几乎可以随心所欲地在计算机中加入新的I/O接口卡。

计算机结构及标准性能

计算机硬件系统的五大部件并不是孤立存在的,它们在处理信息的过程中需要互相连接以传输数据。计算机的结构反映了计算机各个组成部件之间的连接方式。

1.直接连接

最早的计算机基本上采用直接连接的方式,运算器存储器、控制器和外部设备等组成部件之中的任意两个组成部件,相互之间基本上都有单独的连接线路,这样的结构可以获得最高的连接速度,但不易扩展。如由冯·诺依曼在1952年研制的计算机IAS,基本上就采用了直接连接的结构。IAS是计算机发展史上最重要的发明之一,它是世界上第一台采用二进制的存储程序计算机,也是第一台将计算机分成运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等组成部分的计算机,后来把符合这种设计的计算机称为冯·诺依曼机。IAS是现代计算机的原型,大多数现代计算机仍在采用这样的设计。

2.总线结构

所谓总线(bus)就是系统部件之间传送信息的公共通道,各部件由总线连接通过它传递数据和控制信号。总线经常被比喻为“高速公路”,它包含了运算器、控制器、存储器和I/O部件之间进行信息交换和控制传递所需要的全部信号。按照信号的性质划分,总线一般又分为如下三部分:

(1)数据总线。一组用来在存储器、运算器、控制器和I/O部件之间传输数据信号的公共通道。一方面是用于CPU向主存储器和I/O接口传送数据,另一方面是用于主存储器和I/O接口向CPU传送数据,是双向的总线。数据总线的位数是计算机的一个重要指标,它体现了传输数据的能力,通常与CPU的位数相对应。

(2)地址总线。地址总线是CPU向主存储器和I/O接口传送地址信息的公共通路。地址总线传送地址信息,地址是识别信息存放位置的编号,地址信息可能是存储器的地址,也可能是I/O接口的地址,它是自CPU向外传输的单向总线。由于地址总线传输地址信息,所以地址总线的位数决定了CPU可以直接寻址的内存范围。

(3)控制总线。一组用来在存储器、运算器、控制器和I/O部件之间传输控制信号的公共通路。控制总线是CPU向主存储器和I/O接口发出命令信号的通道,又是外界向CPU传送状态信息的通道。

3.总线标准(www.xing528.com)

总线在发展过程中已逐步标准化,常见的总线标准有ISA总线、PCI总线、AGP总线和EISA总线等,分别简要介绍如下:

(1)ISA总线。采用了16位的总线结构,适用范围广,有一些接口卡就是根据ISA标准生产的。

(2)PCI总线。采用了32位的高性能总线结构,可扩展到64位,与ISA总线兼容。目前,高性能微型计算机主板上都设有PCI总线。该总线标准性能先进、成本较低、可扩充性强,现已成为奔腾级以上计算机普遍采用的外设接插总线。

(3)AGP总线。是随着三维图形的应用而发展起来的一种总线标准。AGP总线在图形与内存之间提供了一条直接的访问途径。

(4)EISA总线。是对ISA总线的扩展。

总线结构是当今计算机普遍采用的节后,其特点是结构简单清晰、易于扩展,尤其是在I/O接口的扩展功能方面,由于采用了总线结构和I/O接口标准,几乎可以随心所欲地在计算机中加入新的I/O接口卡。图2-13就是一个基于总线结构的计算机结构示意图。

图2-13 基于总线结构的计算机

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