詳解計(jì)算機(jī)組成原理

第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論www

PLCworld

cn1.1

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介硬件www

PLCworld

cn系統(tǒng)應(yīng)用1.1www

PLCworld

cn1.1www

PLCworld

cn操作系統(tǒng)虛擬機(jī)器1.1www

PLCworld

cn軟件硬件1.1www

PLCworld

cn計(jì)算機(jī)組成1.1www

PLCworld

cn計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)1.2

計(jì)算機(jī)的基本組成5.程序www

PLCworld

cn1.2www

PLCworld

cn1.2www

PLCworld

cn1.2www

PLCworld

cnCPU主機(jī)硬件I/O1.2www

PLCworld

cn全部步驟一個(gè)步驟1.2www

PLCworld

cn1.2www

PLCworld

cn1.2www

PLCworld

cn1.2

mwww

PLCworld

cn1.2www

PLCworld

cnACC1.2ALUXACCwww

PLCworld

cn1.2ACCXALUACCwww

PLCworld

cn1.2XALUACCMQwww

PLCworld

cnACC1.2ALUACCMQ余數(shù)在ACC中Xwww

PLCworld

cn字字長(zhǎng)按地址尋訪1.2單元www

PLCworld

cnMDRwww

PLCworld

cn1.2MAR1.2PCIRCUwww562

7

3

81491.2…www

PLCworld

cn562

7

3

91481.2…www

PLCworld

cn1.2wwwPLCworld

cn1.3

計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo)寄存器位數(shù)www

PLCworld

cn1.3www

PLCworld

cn1.4

本書(shū)結(jié)構(gòu)wwwPLCworld

cn第二章

計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用2.2

計(jì)算機(jī)的應(yīng)用2.3

計(jì)算機(jī)的展望2.1

計(jì)算機(jī)的發(fā)展史www

PLCworld

cn2.1

計(jì)算機(jī)的發(fā)展史一、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展1946年

ENIAC 1955年退役十進(jìn)制運(yùn)算18

0001

500150301

5005

000噸平方英尺次加法／秒用手工搬動(dòng)開(kāi)關(guān)和拔插電纜來(lái)編程多個(gè)電子管www

PLCworld

cn多個(gè)繼電器千瓦世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC(1946)2.1www

PLCworld

cn硬件技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代的影響2.1代時(shí)間硬件技術(shù)速度（次/秒）—1946~1957電子管40

000二1958~1964晶體管200

000三1965~1971www

PLCworld

cn中小規(guī)模集成電路1

000

000四1972~1977大規(guī)模集成電路10

000

0001978~現(xiàn)在超大規(guī)模集成電路100

000

000第一臺(tái)vonann

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)2.1www

PLCworld

cnIBM

System／3602.1www

PLCworld

cn最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)（截止到2003.06）

2.11.IBM:

Seaborg6

080個(gè)CPU最大平均速度7.304

TF

(1012)www

PLCworld

cn2.IBM:

ASCI

White8

192個(gè)CPU最大平均速度7.304

TF

(1012)最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)（截止到2003.06）

2.1www

PLCworld

cn3.Linux

NetworX

:

MCRLinux

Cluster最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)（截止到2003.06）

2.12

304個(gè)CPU最大平均速度7.634

TF

(1012)www

PLCworld

cn最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)（截止到2003.06）

2.14.

HP

:

ASCI

Q4

096個(gè)CPU最大平均速度13.88

TF

(1012)www

PLCworld

cn最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)（截止到2003.06）

2.15.NEC:

Earth

Simulator5

120個(gè)CPU最大平均速度35.86

TF

(1012)www

PLCworld

cn二、微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展微處理器1971年4位（4004）8位16位32位64位1970年器256位1K位4K位16K位64K位256K位1M位4M位16M位64M位2.1www

PLCworld

cnMoore

定律In

公司的締造者之一Gordon Moore

提出微

上集成的晶體管數(shù)目每三年翻兩番2.1www

PLCworld

cnIn

公司的典型微處理器產(chǎn)品80808位1974年808616位1979年2.9

萬(wàn)8028616位1982年13.4

萬(wàn)8038632位1985年27.5

萬(wàn)8048632位120.0

萬(wàn)310.0

萬(wàn)550.0

萬(wàn)550.0

萬(wàn)以上800.0

萬(wàn)以上4

200.0

萬(wàn)2.1預(yù)計(jì)2007

年2010

年上可集成上可集成3

億

5

千萬(wàn)

晶體管8

億

晶體管Pentium64位（準(zhǔn)w）ww

PLCworldc1n

993年P(guān)entium

pro64位（準(zhǔn)）1995年P(guān)entium

Ⅱ64位（準(zhǔn)）1997年P(guān)entium

Ⅲ64位（準(zhǔn)）1999年P(guān)entium

Ⅳ64位2000年匯編語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言科學(xué)計(jì)算和工程計(jì)算FORTRANPASCALC＋＋Java結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)面

象適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境三、

技術(shù)的興起和發(fā)展1.

各種語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言 面向機(jī)器2.1面向機(jī)器www

PLCworld

cn面向問(wèn)題2.系統(tǒng)語(yǔ)言處理程序匯編程序編譯程序解釋程序操作系統(tǒng)服務(wù)性程序數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理網(wǎng)絡(luò)2.1DOS

UNIX

Windowswww

PLCworld

cn裝配

調(diào)試

排錯(cuò)3.發(fā)展的特點(diǎn)⑴開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)⑵制作成本高是程序以及開(kāi)發(fā)、使用和程序所需要的所有文檔2.1⑶檢測(cè)www

PLCworld

cn產(chǎn)品質(zhì)量的特殊性2.2

計(jì)算機(jī)的應(yīng)用一、科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理三、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)教育敏捷制造二、工業(yè)控制和實(shí)時(shí)控制www

PLCworld

cn2.2四、虛擬現(xiàn)實(shí)五、辦公自動(dòng)化和管理信息系統(tǒng)六、CAD/CAM/七、多

技術(shù)八、人工智能2.3

計(jì)算機(jī)的展望www

PLCworld

cn第三章系統(tǒng)總線www

PLCworld

cn3.1

總線的基本概念各個(gè)部件共享的傳輸介質(zhì)www

PLCworld

cnI/O總線M總線3.1……www

PLCworld

cn單總線（系統(tǒng)總線）……3.1www

PLCworld

cn系統(tǒng)總線……總線3.1www

PLCworld

cn3.2

總線的分類(lèi)單向有出有入計(jì)算機(jī)各部件之間雙向www

PLCworldcn3.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)www

PLCworld

cn3.3

總線特性及性能指標(biāo)CPU插件板I/O插件板BUSM.M插件板www

PLCworld

cn尺寸電平功能時(shí)序3.3傳輸www方PLCworl向d

cn數(shù)據(jù)線MB／s同步、不同步www

PLCworld

cn地址線

數(shù)據(jù)線總和負(fù)載能力3.3模塊系統(tǒng)系統(tǒng)3.3模塊www

PLCworld

cn3.4

總線結(jié)構(gòu)單總線（系統(tǒng)總線）……www

PLCworld

cn主存總線I/O總線……3.4www

PLCwor

ld

cnDMA總線I/O總線……3.4www

PLCworld

cn

主om

存總線3.4系統(tǒng)總線局部總線擴(kuò)展總線www

PLCworld

cn系統(tǒng)總線局部總線高速總線擴(kuò)展總線3.4www

PLCworld

cn系統(tǒng)總線ISA

EISA…3.4www

PLCworld

cn系統(tǒng)總線VL

BUSISA

EISA……3.4www

PLCworld

cnPCI

總線系統(tǒng)總線ISA

EISAwwwPLCworld

cn3.4PCI總線2第一級(jí)橋第二級(jí)橋第三級(jí)橋PCI總線4PCI總線5PCI總線3PCI總線1PCI總線0器總線標(biāo)準(zhǔn)總線3.4www

PLCworld

cn3.5

總線控制控制權(quán)www

PLCworld

cn響應(yīng)…3.5I/O接口1www

PLCworld

cn…I/O接口13.5設(shè)備地址1www

PLCworld

cn排隊(duì)器…3.5www

PLCworld

cn請(qǐng)給出地址

命令交換數(shù)據(jù)撤銷(xiāo)有關(guān)信息協(xié)調(diào)配合3.5主模ww塊w

PLCw申orld

cn時(shí)標(biāo)應(yīng)答方式同步、異步結(jié)合挖掘

總線每瞬間

潛力3.5www

PLCworld

cnT1總線傳輸周期T2T3T43.5www

PLCworld

cnT1總線傳輸周期T2T3T43.5www

PLCworld

cn3.5www

PLCworld

cn發(fā)送方同步

異步時(shí)鐘前沿3.5“等待”響應(yīng)信號(hào)接收方時(shí)鐘后沿www

PLCworld

cnTwTw3.5www

PLCw

orld

cn3.5占用總線不占用總線占用總線www

PLCworld

cn用總線放棄總線從模塊占用總線充分挖掘系統(tǒng)總線每瞬間的潛力3.5主模塊主模塊www

PLCworld

c占n充分發(fā)揮了總線的有效占用3.5www

PLCworld

cn第四章器4.1

概述器4.3

高速緩沖4.4

輔助

器4.2

主存www

PL儲(chǔ)Cworld

cn器4.1

概述(2)

磁表面器(3)

磁芯器(4)

光盤(pán)器易失磁頭、載磁體硬磁材料、環(huán)狀元件激光、磁光材料非易失一、1.

按器分類(lèi)介質(zhì)分類(lèi)(1)

半導(dǎo)體器

Twww

TPLCwLorld

cn

、MOS4.12.

按存取方式分類(lèi)(2)

存取時(shí)間與物理地址有關(guān)（串行

）順序存取

器 磁帶直接存取

器 磁盤(pán)存取時(shí)間與物理地址無(wú)關(guān)（隨機(jī)

）隨機(jī)

器

在程序的執(zhí)行過(guò)程中可

讀

可

寫(xiě)只讀

器

執(zhí)行過(guò)程中只讀在程www序PLCwor的ld

cn磁盤(pán)磁帶光盤(pán)高速緩沖

器（Cache）Flash

Memory存儲(chǔ)器主

器輔助

器MROMPROMEPROMEEPROM3.

按在計(jì)算機(jī)中的作用分類(lèi)靜態(tài)RAMRAM動(dòng)態(tài)RAM4.1ROwwwMPLCworld

cn高低小大快慢輔存寄存器緩存主存磁盤(pán)光盤(pán)磁帶價(jià)格／位二、1.器的層次結(jié)構(gòu)器三個(gè)主要特性的關(guān)系速度

容量4.1CPUCPwwwUPLCworld

cn

主機(jī)緩存CPU主存輔存2.

緩存主存層次和主存輔存層次10

ns20

ns200

nsms器物理地址 邏輯地址主實(shí)地址4.1（速度）

（容量）緩存

主存

主存

輔存器

虛擬虛地址www

PLCworld

cn4.2

主器一、概述1.

主存的基本組成體驅(qū)動(dòng)器譯MAR控制電路MDR............地址總線數(shù)據(jù)總線讀寫(xiě)讀寫(xiě)電www路PLCworld

cn2.

主存和CPU

的聯(lián)系MDRMARCPU主存數(shù)據(jù)總線地址總線4.2讀www

PLCworld

cn寫(xiě)字節(jié)地址為字地址低位字節(jié)地址為字地址按按字

尋址字

尋址設(shè)地址線24

根若字長(zhǎng)為

位若字長(zhǎng)為

位字地址字節(jié)地址字節(jié)地址54字地址0243.

主存中

單元地址的分配4.2按

字節(jié)

尋址

224

=

16

M8

M4

M01234567

www891011PLCworld

cn4.

主存的技術(shù)指標(biāo)(3)器的帶寬主存存放二進(jìn)制代碼的總數(shù)量(1)

容量(2)速度存取時(shí)間存取周期位/秒4.2器的

時(shí)間www

PLCworld

cn讀出時(shí)間 寫(xiě)入時(shí)間連續(xù)兩次獨(dú)立的 器操作（讀或?qū)懀┧璧淖钚￠g隔時(shí)間讀周期

寫(xiě)周期二、半導(dǎo)體簡(jiǎn)介1.

半導(dǎo)體的基本結(jié)構(gòu)譯碼驅(qū)動(dòng)讀寫(xiě)電路片選線讀/寫(xiě)控制線地址線……數(shù)據(jù)線……地址線（單向）數(shù)據(jù)線（雙向）容量1041K

×4位14116K

×1位1388K

×8位4.2存儲(chǔ)www矩PLCworld

cn陣用

16K

×

1位

的

組成64K

×

8位

的

器32片當(dāng)?shù)刂窞?5

535

時(shí)，此8

片的片選有效8片16K

×1位8片16K

×1位8片16K

×1位8片16K

×1位片選線的作用

4.2www

PLCworld

cn0,015,015,70,7讀/寫(xiě)控制電路地址譯碼器15…………位線A

3A2A

1A

0…的譯碼驅(qū)動(dòng)方式2.半導(dǎo)體(1)線選法4.200000,00,7…字線0……07D0……

D7讀/寫(xiě)選通www6×8矩陣A

3A

2A

1A0A

431,31Y

地址譯X地址譯碼器32×32矩陣…Y0Y31X

0X

31…(2)

重合法4.2A

9

0A

8

0A

7

0A

6

0A

500000031,00,31……I/OD0,0讀/寫(xiě)www

PLCworld

cn三、隨機(jī)存取 器

(

RAM)1.靜態(tài)RAM(SRAM)(1)靜態(tài)RAM

基本電路A′

觸發(fā)器非端觸發(fā)器T

1

~

T

4T

5

、T

6行開(kāi)關(guān)T

7

、T

8列開(kāi)關(guān)一列共用A

觸發(fā)器原端T5T6T7T

8A′A寫(xiě)放大器寫(xiě)放大器DIN寫(xiě)選擇讀選擇T

7

、T

8讀放

DOUT位線A位線A′列地址選擇行地址選擇4.2T1

~

T4www

PLCworld

cnA′T1

~

T4T5T6T7A寫(xiě)放大器寫(xiě)放大器DIN寫(xiě)選擇讀選擇讀放位線A位線A′列地址選擇行地址選擇①靜態(tài)RAM

基本電路的讀操作行選4.2T5、T6

開(kāi)T7、T8

開(kāi)列選VAT6讀放T8DOUTDOUTwww

PLCworld

cnT8~

T4T5T6T7T8A′T1ADIN位線A位線A

′列地址選擇行地址選擇寫(xiě)放寫(xiě)放讀放DOUT寫(xiě)選擇讀選擇②靜態(tài)RAM

基本電路的寫(xiě)操作行選DIN4.2列選T5、T6

開(kāi)T7、T8

開(kāi)兩個(gè)寫(xiě)放（左）

DIN

反相（右）

DINT7

T5

A′T8

T6

Awww

PLCworld

cn(2)

靜態(tài)

RAM

舉例①I(mǎi)n 2114

外特性容量1K×4位4.2...I/O1I/O2I/O3I/O4A

0A

9A

8WECSVCCGNDIn

2114www

PLCworld

cn②In 2114

RAM

矩陣(64×64)讀A8A7A6A5A4A348

…

636348讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路……………………01630……行地址譯碼A9A2A1A0列

地

址15譯碼I/O1I/O2I/O3I/O4WECS第一組 第二組 第三組0

…

15

16

…

31

32

…

474.2第四組www

PLCworld

cn48

…

636348讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路……………………01630……行地址譯碼列地址15譯

碼I/O1I/O2I/O3I/O4WECS第一組 第二組 第三組0

…

15

16

…

31

32

…

4700000000004.2第四組②In 2114

RAM

矩陣(64×64)讀www

PLCworld

cn第一組 第二組 第三組讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路01630……行地址譯碼列地址15譯

碼I/O1I/O2I/O3I/O4WECS00000000004.2第四組②In 2114

RAM

矩陣(64×64)讀第一組 第二組 第三組4.2第四組②In 2114

RAM

矩陣(64×64)讀6348讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路……………………01630……行地址譯碼列地址15譯

碼I/O1I/O2I/O3I/O4WECS00000000008…63www

PLCworld

cn6348讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路……………………01630……行地址譯碼列地址15譯

碼I/O1I/O2I/O3I/O40000000000第一組 第二組 第三組4.2第四組②In 2114

RAM

矩陣(64×64)讀WECSwww

PLCworld

cn第一組 第二組 第三組4.2第四組②In 2114

RAM

矩陣(64×64)讀6348讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路…………01630……列地址15譯

碼I/O1I/O2I/O3I/O4WECS1503116324…行地址譯碼016

…

32

…4748

…630000000000…………www

PLCworld

cn第一組 第二組 第三組4.2第四組②In 2114

RAM

矩陣(64×64)讀6348讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路…………01630……行地址譯碼列地址15譯

碼I/O1I/O2I/O3I/O40000000000…………WECS1503116324…

……47…630163248www

PLCworld

cn第一組 第二組 第三組4.2第四組②In 2114

RAM

矩陣(64×64)讀6348…………01630……行地址譯碼列地址15譯

碼I/O1I/O2I/O3I/O40000000000…………WECS1503116324…

……47…630163248讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路www

PLCworld

cn第一組 第二組 第三組4.2第四組②In 2114

RAM

矩陣(64×64)讀6348…………01630……行地址譯碼列地址譯碼0…………WECS讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路1503116324…

……47…630163248I/O1I/O2I/O3I/O4www

PLCworld

cnA8A7A6A5A4A348

…

636348讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路……………………01630……行地址譯碼A9A2A1A0列

地

址15譯碼I/O1I/O2I/O3I/O4WECS第一組 第二組 第三組0

…

15

16

…

31

32

…

474.2第四組③In 2114

RAM

矩陣(64×64)寫(xiě)www

PLCworld

cn48

…

636348讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路……………………01630……行地址譯碼列地址15譯

碼I/O1I/O2I/O3I/O4WECS第一組 第二組 第三組0

…

15

16

…

31

32

…

4700000000004.2第四組③In 2114

RAM

矩陣(64×64)寫(xiě)www

PLCworld

cn第一組 第二組 第三組讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路01630……行地址譯碼列地址15譯

碼I/O1I/O2I/O3I/O4WECS00000000004.2第四組③In 2114

RAM

矩陣(64×64)寫(xiě)第一組 第二組 第三組4.2第四組③In 2114

RAM

矩陣(64×64)寫(xiě)6348讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路……………………01630……行地址譯碼列地址15譯

碼I/O1I/O2I/O3I/O400000000008…63WECSwww

PLCworld

cn第一組 第二組 第三組4.2第四組③In 2114

RAM

矩陣(64×64)寫(xiě)6348讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路……………………01630……行地址譯碼列地址譯碼08…63WECSI/O1I/O2I/O3I/O4www

PLCworld

cn第一組 第二組 第三組4.2第四組③In 2114

RAM

矩陣(64×64)寫(xiě)6348……………………01630……行地址譯碼列地址譯碼08…63WECSI/O1I/O2I/O3I/O4讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路www

PLCworld

cn第一組 第二組 第三組4.2第四組③In 2114

RAM

矩陣(64×64)寫(xiě)6348……………………01630……行地址譯碼列地址譯碼08…63WECSI/O1I/O2I/O3I/O4讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路www

PLCworld

cn第一組 第二組 第三組4.2第四組③In 2114

RAM

矩陣(64×64)寫(xiě)6348……………………01630……列地址譯碼015行地址譯碼031…1632…

…4748…63讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路I/O1I/O2I/O3I/O4WECSwww

PLCworld

cn第一組 第二組 第三組4.2第四組③In 2114

RAM

矩陣(64×64)寫(xiě)1636348……………………01630……行地址譯碼列地址譯碼015003116324…

……47…63I/O1I/O2I/O3I/O4讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路讀寫(xiě)電路WECS0163248www

PLCworld

cnACSDOUT地址有效地址失效片選失效數(shù)據(jù)有效高阻(3)靜態(tài)RAM

讀時(shí)序tAtCOtOHAtOTD數(shù)據(jù)穩(wěn)定tRC片選有效4.2C

數(shù)tOHA

地址失效后的數(shù)據(jù)維持時(shí)間www

PLCworld

cnACSWEDOUTDIN(4)靜態(tài)RAM(2114)寫(xiě)時(shí)序tWCtWtAWtDWtDHtWR4.2tDHWE

失效后的數(shù)據(jù)維持時(shí)間www

PLCworld

cn讀選擇線寫(xiě)選擇線CgT4動(dòng)態(tài)RAM(DRAM)動(dòng)態(tài)RAM

基本單元電路Cs字線VDD110寫(xiě)數(shù)據(jù)線 讀數(shù)據(jù)線讀出與原存信息相反寫(xiě)入與輸入信息相同讀出時(shí)數(shù)據(jù)線有電流為“1”寫(xiě)入時(shí)CS充電為“1”

放電為“0”4.2T3T2T1T有無(wú)電流數(shù)據(jù)線www

PLCworld

cn預(yù)充電信號(hào)列地址譯………讀選擇線寫(xiě)選擇線行地址譯碼器00113131AA131A4A3A2寫(xiě)數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線…………(2)

動(dòng)態(tài)

RAM

舉例①三管動(dòng)態(tài)RAM06

0A5

000

A

0

A1000刷新放大器D(In 1103)讀…004.2單元電路…讀寫(xiě)控制電路www

PLCworld

cnA9

0A8

0m7A9A8A7A6A5………讀選擇線寫(xiě)選擇線行地址譯碼器00113131131A4列地址譯A3

A2A1A0刷新放大器D寫(xiě)數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線……單元電路……讀寫(xiě)控制電路…0…②三管動(dòng)態(tài)RAM(In 1103)寫(xiě)4.2www

PLCworld

cn4.2②三管動(dòng)態(tài)RAM(In 1103)寫(xiě)A9

1A8

1A7

1A6

1A5

1………讀選擇線寫(xiě)選擇線行地址譯碼器00113131131A4列地址譯A3

A2A1A0刷新放大器D寫(xiě)數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線……單元電路……讀寫(xiě)控制電路…0…www

PLCworld

cnA………讀選擇線寫(xiě)選擇線行地址譯碼器00113131131A4列地址譯A3

A2A1A0刷新放大器D寫(xiě)數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線………讀寫(xiě)控制電路…0…A9

1A8

1A7

16

1A5

1單元電路…4.2②三管動(dòng)態(tài)RAM(In 1103)寫(xiě)www

PLCworld

cnA列地址譯………讀選擇線寫(xiě)選擇線行地址譯碼器00113131131A4A3A2刷新放大器D寫(xiě)數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線………讀寫(xiě)控制電路…0…單元電路…00

A

1

A1000A9

1A8

1A7

16

1A5

14.2②三管動(dòng)態(tài)RAM(In 1103)寫(xiě)www

PLCworld

cnA列地址譯………讀選擇線寫(xiě)選擇線行地址譯碼器00113131A4A3A2刷新放大器D寫(xiě)數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線………讀寫(xiě)控制電路……單元電路…A9

1A8

1A7

16

1A5

100

A

1

A100001314.2②三管動(dòng)態(tài)RAM(In 1103)寫(xiě)www

PLCworld

cnA列地址譯………讀選擇線寫(xiě)選擇線行地址譯碼器00113131A4A3A2寫(xiě)數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線………讀寫(xiě)控制電路……單元電路…刷新放大器DA9

1A8

1A7

16

1A5

100

A

1

A100001314.2②三管動(dòng)態(tài)RAM(In 1103)寫(xiě)www

PLCworld

cnA列地址譯………讀選擇線寫(xiě)選擇線行地址譯碼器00113131A4A3A2寫(xiě)數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線…………單元電路…刷新放大器DA9

1A8

1A7

16

1A5

100

A

1

A10004.2②三管動(dòng)態(tài)RAM(In 1103)寫(xiě)讀寫(xiě)控制電路01…

31www

PLCworld

cnA列地址譯………讀選擇線寫(xiě)選擇線行地址譯碼器00113131A4A3A2寫(xiě)數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線…………單元電路…刷新放大器DA9

1A8

1A7

16

1A5

100

A

1

A10004.2②三管動(dòng)態(tài)RAM(In 1103)寫(xiě)讀寫(xiě)控制電路01…

31www

PLCworld

cnA列地址譯………讀選擇線寫(xiě)選擇線行地址譯碼器00113131A4A3A2寫(xiě)數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線…………單元電路…刷新放大器DA9

1A8

1A7

16

1A5

100

A

1

A10004.2②三管動(dòng)態(tài)RAM(In 1103)寫(xiě)讀寫(xiě)控制電路01…

31www

PLCworld

cn③單管動(dòng)態(tài)RAM

4116

(16K×1位)外特性4.2時(shí)序與控制行時(shí)鐘列時(shí)鐘寫(xiě)時(shí)鐘RASCASWE行緩地存址器列緩地存址器I/O緩存器數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)輸入寄存器DINDOUTA'6A'0~行譯碼單元陣列基準(zhǔn)ww單w

PLC元world

cn讀出放大列譯再生放大器列譯行譯碼基準(zhǔn)單元單元陣列讀出放大器…………………064127CS1271128列選擇讀/寫(xiě)線128

根行線數(shù)據(jù)輸入DINCS④4116

(16K×1位)讀原理讀出放大器讀出放大器讀出放大器………4.2630I/O緩沖輸出驅(qū)動(dòng)DOUTwww

PLCworld

cno讀出放大器讀出放大器………………………064127128

根行線CS1271128列選擇讀/寫(xiě)線輸出驅(qū)動(dòng)DOUTCS…⑤4116(16K×1位)寫(xiě)原理數(shù)據(jù)輸入I/O緩沖DIN出讀出放大器4.2630www

PLCworld

cno(3)

動(dòng)態(tài)RAM

時(shí)序行、列地址分開(kāi)傳送寫(xiě)時(shí)序行地址

RAS

有效DOUT數(shù)據(jù)

有效DIN數(shù)據(jù)

有效讀時(shí)序4.2行地址RAS有效寫(xiě)允許

WE

有效(低)寫(xiě)允許

WE

有效(高)列地址

CAS

有效列地址CAS有效www

PLCworld

cn(4)

動(dòng)態(tài)RAM

刷新“死區(qū)”為“死時(shí)間率”為0.5

μs

×32

=

16μs32/4000

×100%=

0.8%周期序號(hào)地址序號(hào)tc0

1

2tc

t

c31）刷新序號(hào)????3967

3968

???

3999

0

13968個(gè)周期（1984μs）32個(gè)周期（16μs刷新時(shí)間間隔（

2m）st

c

t

cX

Y????

?

?4.2刷新與行地址有關(guān)①集中刷新（存取周期為0.5μs）以32×32

矩陣為例讀/寫(xiě)或維持 刷新

讀/寫(xiě)或維持www

PLCworld

cnt

c

t

cV

W

0

1tC

=

tM

+

tR讀寫(xiě)刷新無(wú)“死區(qū)”(存取周期為0.5

μs+0.5

μs)REF126REF127REFW/R

W/R

W/RREF0t

M

t

RW/RW/RW/RtC刷新間隔128

個(gè)讀寫(xiě)周期4.2②分散刷新（存取周期為1μs）以128

×128

矩陣為例www

PLCworld

cn③分散刷新與集中刷新相結(jié)合4.2對(duì)于

128

×128

的

（存取周期為

0.5μs）若每隔

2

ms

集中刷新一次

“死區(qū)”

為

64

μswww

PLCworld

cn若每隔15.6

μs

刷新一行而且每行每隔

2

ms

刷新一次

“死區(qū)”

為

0.5

μs將刷新安排在指令譯碼階段，不會(huì)出現(xiàn)“死區(qū)”3.動(dòng)態(tài)RAM

和靜態(tài)RAM

的比較原理集成度引腳DRAM電容SRAM觸發(fā)器高低多功耗小大價(jià)格低高速度慢快刷新有無(wú)主存緩存4.2www

PL少Cworld

cn四、只讀

器（ROM）1.

掩膜ROM(MROM)行列選擇線交叉處有MOS

管為“1”行列選擇線交叉處無(wú)MOS

管為“0”VCC行線列線熔絲為“0”為“1”熔絲斷

熔絲未斷4.2編www

PLC程world2. PROM

(cn

)3.EPROM(多次性編程)(1)

N型溝道浮動(dòng)?xùn)臡OS

電路G

柵極D

漏紫外線全部擦洗形成浮動(dòng)?xùn)臘

端加正電壓D

端不加正電壓不形成浮動(dòng)?xùn)臩

與D

不導(dǎo)通為“0”S

與D

導(dǎo)通為“1”S

G

DN+N+P基片DS

源S浮動(dòng)?xùn)臩iO2_

_

_+

+

+

+

+4.2www

PLCworld

cnG…控制邏輯Y

譯碼X譯碼數(shù)據(jù)緩沖區(qū)128

×

128矩陣CSA10A7…A6A0……DO0

DO7112A7A1A0VSSDO2DO0DO1……………………27162413VCCA8A9VCSPP

A10DO3PD/ProgrDO7…………………(2)2716

EPROM

的邏輯圖和引腳4.2PD/ProgrPD/Progr

功率下降/編程輸入端讀出時(shí)為低電平……Y

控制www

PLCworld

cn..……4.EEPROM(多次性編程)電可擦寫(xiě)比E2PROM快4.2EEPROM電可擦洗重寫(xiě)具備RAM

功能局部擦寫(xiě)全部擦寫(xiě)www

PLCworld

cn5.

Flash

Memory

(快擦型

器)EPROM

價(jià)格便宜集成度高五、1.器與CPU

的連接器容量的擴(kuò)展(1)

位擴(kuò)展（增加用2片1K×4位字長(zhǎng)）

10根地址線組成

1K×

8位

的

器8根數(shù)據(jù)線????A9A0???21142114D7D4D0

CS

WE4.2www

PLCworld

cn(2)字?jǐn)U展（增加字的數(shù)量）用2片1K×8位11根地址線組成

2K

×8位

的

器8根數(shù)據(jù)線1K×8位1K×8位D7?????????????????D0WEA1A0???4.2CS0A10A91CS1www

PLCworld

cn(3)字、位擴(kuò)展用8片1K×4位組成

4K×

8位

的

器8根數(shù)據(jù)線12根地址線...D7D0WE……A11A10A9A8A0CS0CS1CS2CS3片選譯碼................4.21K×41K×41K×41K×41K×41K×41K×41K×4www

PLCworld

cn2.4.2器與CPU

的連接(1)地址線的連接(2)數(shù)據(jù)線的連接(3)讀/寫(xiě)線的連www

PLCw接orld

cn(4)片選線的連接(5)合理選用(6)其他

時(shí)序、負(fù)載例4.1

解:(2)

確定

的數(shù)量及類(lèi)型0

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0A15A14A13

A11

A10…

A7

…

A4

A3

…

A0…0

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

10

1

1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0…0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

11K×8位RAM2片1K×4位ROM2K×8位(1)

寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制地址碼4.21片2K×8位ww1w

PLCwo1rld

cn(3)分配地址線C

B

AA10~

A0A9

~

A0接2K×8位ROM

的地址線接1K×4位RAM

的地址線(4)確定片選信號(hào)A15

A13

A11

A10…

A7

…

A4

A3

…

A0…0

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

00

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

10

1

1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0…0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

11片ROM2K×8位2片RAM1K×4位4.2w0ww

PLCw0orld

cn1K

×4位……&…PD/Progr

2K

×8位Y5Y4G2BCBAG1G2A……MREQA14A15A13A12A11A10A9A0…D7D4D3D0WR…例

4.1

CPU

與器的連接圖4.2ROM…1K

×4位RAM…RAM…www

PLCworld

cn例4.2假設(shè)同前，要求最小4K為系統(tǒng)程序區(qū)，相鄰8K為用戶程序區(qū)。(1)

寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制地址碼4.2(2)

確定的數(shù)量及類(lèi)型www

PLCworld

cn1片

4K×8位

ROM

2片

4K×8位

RAM分配地址線A11~A0

接ROM

和RAM

的地址線確定片選信號(hào)例4.3設(shè)CPU

有20

根地址線，8

根數(shù)據(jù)線。并用IO/M

作訪存控制信號(hào)。RD

為讀命令，WR

為寫(xiě)命令?，F(xiàn)有

2764

EPROM

(

8K×

8位

),外特性如下：CEOECE片選信號(hào)OE允許輸出PGM可編程端PGM…A0A12…D7D0用138

譯及其他門(mén)電路（門(mén)電路自定）畫(huà)出CPU和2764

的連接圖。要求地址為F0000H~FFFFFH,并寫(xiě)出每片2764

的地址范圍。4.2www

PLCworld

cn六、

器的校驗(yàn)4.21.編碼的最小距離任意兩組合法代碼之間二進(jìn)制位數(shù)的最少差異編碼的糾錯(cuò)、檢錯(cuò)能力與編碼的最小距離有關(guān)L

1

=

D

+

C

(

Dww≥w

PLCwoCrld

cn

)L—

編碼的最小距離

L

=

3D

—

檢測(cè)錯(cuò)誤的位數(shù)

具有一位糾錯(cuò)能力C

—

糾正錯(cuò)誤的位數(shù)海明碼是具有一位糾錯(cuò)能力的編碼海明碼的組成需增添？位檢測(cè)位2k

≥

n

+

k+

1檢測(cè)位的位置？2i(i

=0、1、2

、3……)檢測(cè)位的取值？檢測(cè)位的取值與該位所在的檢測(cè)“小組”中承擔(dān)的奇偶校驗(yàn)任務(wù)有關(guān)4.22.海明碼的組成組成海明碼的三要素www

PLCworld

cngi

小組獨(dú)占第2i－1

位gi

和gj

小組共同占第2i－1

+2j－1

位gi、gj

和gl小組共同占第2i－1

+2j－1

+2l－1

位各檢測(cè)位Ci

所承擔(dān)的檢測(cè)小組為C1

檢測(cè)的g1

小組包含第1，3，5，7，9，11…C2

檢測(cè)的g2

小組包含第2，3，6，7，10，11……C8

檢測(cè)的g4

小組包含第8，9，10，11，12，13，14，15，24…4.2C4

檢測(cè)的g3

小組包含第4，5，6，7，12，13www

PLCworld

cn二進(jìn)制序號(hào)名稱(chēng)1

2

3

4

5

6

7∴0101的海明碼為010010101

0

1例4.4

求

0101

按

“偶校驗(yàn)”

配置的海明碼

4.2解：∵n

=4根據(jù)2k

≥n

+k

+1得k

=3海明碼排序如下:C1

C20

1C40www

PLCworld

cn按配偶原則配置0011

的海明碼二進(jìn)制序號(hào)名稱(chēng)1

2

3

4

5

6

7C4

0

1

10解：∵n

=4

根據(jù)2k

≥n

+k

+1取k

=3C1=

3

5 7

=

1C2=

3

6 7

=

0C4=

5

6 7

=

0∴0011

的海明碼為1000011練4.2C1

Cwww

P2LCworld

cn

01

03.

海明碼的糾錯(cuò)過(guò)程形成新的檢測(cè)位Pi如增添3

位（k

=3）新的檢測(cè)位為P4

P2

P1以k

=3

為例，Pi

的取值為對(duì)于按

“偶校驗(yàn)”

配置的海明碼不出錯(cuò)時(shí)

P1=

0，P2

=

0，P4

=

0C1P1=

1

3C2P2=

2

3

6

7P4

=

4

5

6

7C4其位數(shù)與增添的檢測(cè)位有關(guān)4.25

www無(wú)錯(cuò)2P1=

1

3

5 7

=

0P

=

2

3

6有錯(cuò)P4=

4

5

6 7

=

1有錯(cuò)∴

P4P2P1

=110第6

位出錯(cuò)，可糾正為0100101，故要求傳送的信息為0101。例4.5已知接收到的海明碼為0100111（按配偶原則配置）試問(wèn)要求傳送的信息是什么?解：糾錯(cuò)過(guò)程如下4.2

www

PLCw7orld

cn

=

1P4

=

4P2

=

2P1

=

15

6 7

=

13

6 7

=

03

5∴

P4

P2

P1

=

100練習(xí)2

寫(xiě)出按偶校驗(yàn)配置的海明碼0101101

的糾錯(cuò)過(guò)程練習(xí)3

按配奇原則配置

0011

的海明碼配奇的海明碼為

01010114.2www

PLCw7orld

cn

=

0第4

位錯(cuò)，可不糾七、提高訪存速度的措施采用高速器件W位W位W位W位地址寄存器主存控制部件..

..

..數(shù)據(jù)寄存器體..

..

..增加

器的帶寬單字長(zhǎng)寄存器4.2采用層次結(jié)構(gòu)

Cache

主存調(diào)整主存結(jié)構(gòu)1.單體多字系統(tǒng)www

PLCworld

cnW位2.多體并行系統(tǒng)(1)

交叉地址01……n－1M0M1nn+1……2n－1各并行工作M22n2n+13n－1M33n3n+14n－1…………地址譯碼體內(nèi)地址體號(hào)4.2www

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cn(2)

低位交叉地址04……4n－4M0

M115……4n－3M2264n－2M3374n－1…………地址譯碼體號(hào)體內(nèi)地址各輪流編址4.2www

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cn低位交叉的特點(diǎn)在不改變存取周期的前提下，增加存儲(chǔ)器的帶寬時(shí)間單體訪存周期單體訪存周期4.2啟動(dòng)存儲(chǔ)體0啟動(dòng)存儲(chǔ)體1啟動(dòng)存儲(chǔ)體2www

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cn(3)器控制部件（簡(jiǎn)稱(chēng)存控）易發(fā)生代碼丟失的請(qǐng)求源，優(yōu)先級(jí)最高嚴(yán)重影響CPU工作的請(qǐng)求源，給予次高優(yōu)先級(jí)4.2排隊(duì)器節(jié)拍發(fā)生器CM來(lái)自各個(gè)請(qǐng)求源……控制線路主脈沖存控標(biāo)記觸發(fā)器www

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cn4.3

高速緩沖器一、概述1.問(wèn)題的提出避免CPU“空等”現(xiàn)象CPU

和主存（DRAM）的速度差異CPU緩存容量小速度高主存容量大速度低程序的局部性原理www

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cn主存和緩存按塊~

~2.

Cache

的工作原理(1)

主存和緩存的編址主

器 主存塊號(hào)012m－1字塊0字塊1字塊M－1n位m位b位主存塊號(hào)塊內(nèi)地址M塊B個(gè)字c位b位緩存塊號(hào)塊內(nèi)地址C塊

B個(gè)字塊的大小相同

B

為塊長(zhǎng)~

~字塊0字塊1字塊C－1012c－1標(biāo)記Cache4.3緩存塊號(hào)www

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cn(2)

命中與未命中緩存共有C塊主存共有M

塊M

>>

C主存塊調(diào)入緩存命中主存塊與緩存塊建立了對(duì)應(yīng)關(guān)系用

標(biāo)記記錄

與某緩存塊建立了對(duì)應(yīng)關(guān)系的

主存塊塊號(hào)未命中

主存塊未調(diào)入緩存主存塊與緩存塊未建立對(duì)應(yīng)關(guān)系4.3www

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cn(3)

Cache中率CRAY_1IBM

370/16816體交叉4體交叉塊長(zhǎng)取16

個(gè)塊長(zhǎng)取

4

個(gè)字字（64位×4=256位）4.3CPU

欲

的信息在

Cache

中的

比率與

Cache

的

容量

與

塊長(zhǎng)

有關(guān)一般每塊可取

4

至www

P8LCworld個(gè)cn

字塊長(zhǎng)取一個(gè)存取周期內(nèi)從主存調(diào)出的信息長(zhǎng)度數(shù)據(jù)總線Cache命中？存主存替換主Cache塊號(hào)塊內(nèi)地址直接通路主存裝入CacheN

NYY塊號(hào)塊內(nèi)地址CPU主存地址地址總線Cache地址3.

Cache

的基本結(jié)構(gòu)Cache替換機(jī)構(gòu)由CPU

完成4.3Cache體主存Cache地址映象變換機(jī)構(gòu)可裝進(jìn)www

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cn4.

Cache

的讀寫(xiě)操作Cache取出信息送CPU主存取出信息送CPU執(zhí)行替換算法騰出空位結(jié)束命中？CPU發(fā)出地址開(kāi)始YNYCache滿？N將新的主存塊調(diào)入Cache中寫(xiě)Cache

和主存的一致性讀4.3www

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cn5. Cache

的改進(jìn)(1)增加Cache

的級(jí)數(shù)片載（片內(nèi)）Cache片外Cache是否流水PentiumPowerPC6208K

指令Cache32K

指令Cache8K

數(shù)據(jù)Cache32K

數(shù)據(jù)Cache4.3(2)緩存和分開(kāi)緩存www

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cn指令Cache

數(shù)據(jù)Cache與主存結(jié)構(gòu)有關(guān)與指令執(zhí)行的控制方式有關(guān)字塊2m－1字塊2c+1－1字塊2c

+1字塊2c－1字塊1………主

體字塊1標(biāo)記標(biāo)記字塊2c－1C－1標(biāo)記…主存字塊標(biāo)記t

位比較器（t位）=≠不命中0*

1Cache字塊地址c

位m位字塊內(nèi)地址b

位主存地址否有效位=1？是命中二、Cache主存的地址映象t位

Cache

體1.

直接映象每個(gè)緩存塊

i

可以和

若干

個(gè)

主存塊

對(duì)應(yīng)每個(gè)主存塊

j

只能和

一

個(gè)

緩存塊

對(duì)應(yīng)i

=

j

mod

C4.3字塊2c+1字塊2c字塊0字塊0www

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cn字

0標(biāo)記字塊0標(biāo)記字塊1…標(biāo)記字塊2c－1主存地址主存字塊標(biāo)記 字塊內(nèi)地址m

=

t

+

c

位

b位主存中的任一塊可以映象到緩存中的任一塊2.全相聯(lián)映象Cache

器m

=

t+c主器字塊0字塊1…字塊2c－1…字塊2m－14.3www

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cn塊2c-r2c-r－1主存地址組

Cache主存字塊標(biāo)記組地址字塊內(nèi)地址s

=

t

+

r

位

q

=

c－r位m

位b

位共Q

組，每組內(nèi)兩塊（r=1)01到緩存的第i

組中的任一塊i

=

j

mod

Q某一主存塊j

按模Q直接全映相象聯(lián)映象3.組相聯(lián)映象主4.3器字塊0字塊1…字塊2c-r

－1字塊2c-r字塊2c-r

+1…字塊2c-r+1…字塊2m－1標(biāo)記

字塊

0標(biāo)記標(biāo)記字塊1標(biāo)記字塊2字塊3…………標(biāo)記字塊2c－2標(biāo)ww記w

PLCwor塊2c－1三、替換算法1.

先進(jìn)先出（

FIFO

）算法2.

近期最少使用法（

LRU）算法小結(jié)直接組相聯(lián)某一

主存塊

只能固定

到

某一

緩存塊全相聯(lián)

某一

主存塊

能

到

任一

緩存塊某一

主存塊

能

到

某一

緩存

組

中的

任一塊成本不高靈活4.3www

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cn4.4

輔助器一、概述特點(diǎn)磁表面不直接與CPU

交換信息器的技術(shù)指標(biāo)道密度

Dt

位密度

Db記錄密度容量平均尋址時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸率誤碼率輔存的速度C=

n

×

k

×

s尋道時(shí)間+等待時(shí)間尋址時(shí)間磁頭讀寫(xiě)時(shí)間Dr

=

D

×

V出錯(cuò)信息位數(shù)與讀出信息的總位數(shù)之比www

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cn二、磁記錄原理和記錄方式1.磁記錄原理寫(xiě)4.4局部磁化單元載磁體寫(xiě)線圈SNI局部磁化單元寫(xiě)線圈

S

N

磁層寫(xiě)入“0”寫(xiě)入“1”I鐵芯www

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cn磁通磁記錄原理讀線圈N

S讀線圈SN鐵芯磁通磁層運(yùn)動(dòng)方向stt運(yùn)動(dòng)方向

see讀出“0”讀出“1”4.4讀www

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cn010數(shù)據(jù)序列RZNRZNRZ1PMFMMFMT011100器的記錄方式2.磁表面位周期4.4www

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cn例NRZ1

的讀出代碼波形0110010數(shù)據(jù)序列驅(qū)動(dòng)電流磁通變化感應(yīng)電勢(shì)同步脈沖讀出代碼4.4www

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cn三、硬磁盤(pán)1.硬磁盤(pán)器器的類(lèi)型(1)固定磁頭和移動(dòng)磁頭磁盤(pán)控制器磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器盤(pán)片主機(jī)4.4(2)

可換盤(pán)和固定盤(pán)www

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cn2.硬磁盤(pán)

器