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  • 内存寻址、计算机组成原理等~

    千次阅读 2016-09-26 11:36:38
    内存按字节编址,地址区间...(1)首先根据地址区间[90000H,CFFFFH],可以计算地址空间为:CFFFFH - 90000H + 1 = 40000H 因为10000H = 2^16B 那么 40000H = 4 * (2^16)B (2)32K = 32*(2^10)B 那么内存所需芯片数为:

    内存按字节编址,地址区间为[90000H,CFFFFH],若用32K*8bit的存储器芯片构成该内存,需要__块???

    (1)首先根据地址区间[90000H,CFFFFH],可以计算地址空间为:CFFFFH - 90000H + 1 = 40000H
    因为10000H = 2^16B 那么 40000H = 4 * (2^16)B
    (2)32K = 32*(2^10)B
    那么内存所需芯片数为: ( 4 * (2^16) )/ 32*(2^10 ) = 8;

    再来一题

    上面这题是一样的,现在看第二题。每个存储单元可以存储16位二进制数,所以排除了B和D。

    400H = 4*2^16;
    x = 4*2^16 / 16*4 ===> x = 256 , 所以这个芯片的容量是256层楼,每一楼的宽度为16bit.

    波兰式、逆波兰式是《数据结构》课程中讲解关于栈的时候提到的,栈是很简单的一种数据结构。但是这些理论的提出却是计算机早期发展领域的重大突破,值得仔细回味。

    1. 中缀表达式
      我们在数学中学到的表达式被称为中缀表达式,操作符号在操作数中间,比如 2 + 3 * (5 - 1)。对人类而言,这种表达方式显而易见,求值也很直接,先算乘除再算加减,先算括号内再算括号外。

    然而,这个表达式对于计算机而言却很费解。你可能会有疑问:这有什么难理解的嘛,在JavaScript、Python或者Ruby,甚至是Java里面都可以通过eval(“2 + 3 * (5 - 1)”)来计算这个表达式。当然,这里的计算机并不是指现而今强大的计算机和高级编程语言,而是指上个世纪中页还处于发展初期的计算机。

    1. 前缀表达式
      早在1920年,波兰科学家扬·武卡谢维奇就发明了一种不需要括号的表示法,可以用来表示一个计算表达式。即将操作符号写在操作数之前,也就是前缀表达式,即波兰式(Polish Notation, PN)。这种表达式直到1960年计算机出现后才发挥出其威力。

    比如2 + 3 * (5 - 1)这个表达式的前缀表达式为+ 2 * 3 - 5 1来表示。

    阅读这个表达式需要从左至右读入表达式,如果一个操作符后面跟着两个操作数时,则计算,然后将结果作为操作数替换这个操作符和两个操作数,重复此步骤,直至所有操作符处理完毕。从左往右依次读取,直到遇到- 5 1,做计算后,将表达式替换为+ 2 * 3 4,然后从左往右再次读取,直到遇到* 3 4,做计算后将表达式替换为+ 2 12,然后从左往右依次读取,读到+ 2 12,计算得到14,到此结束。

    可以看到,这种计算过程也相当复杂,需要多次遍历表达式,而且需要识别一个操作符后面跟着两个操作数这种模式,相比而言,下文中的逆波兰式要更为直接和简单。

    如果你熟悉各种编程语言的话,这很像Lisp语言中的表达式(如下代码)。需要注意的是,Lisp语言中的括号并不是数学意义上的的括号,Lisp中的函数是可以携带多个参数的,比如(+ 1 2 3),因此需要使用括号来标明函数参数。

    Clojure1.5.1
    user=>(+2(*3(-51)))14
    3. 后缀表达式
    后缀表达式也称为逆波兰式(Reverse Polish Notation, RPN),更加广为人知一些,和前缀表达式刚好相反,是将操作符号放置于操作数之后,比如2 + 3 * (5 - 1)用逆波兰式来表示则是:2 3 5 1 - * +。

    逆波兰式的计算也是从左往右依次读取,当读到操作符时,将之前的两个操作数做计算,然后替换这两个操作数和操作符,接着读取,重复此步骤。对于这个表达式,读到5 1 -,得到4,然后读取乘号,取出前面的3和上一步的计算结果4,并计算,到12,接着读取加号+,计算2 12 +得到14,计算结束。

    上面这个步骤可以很容易的用栈来实现:

    从左往右依次读取表达式,如果是数字则将该数字压栈,如果是符号,则将之前的两个数字出栈,做计算后,将计算结果压栈,直到表达式读取结束。栈中剩下的一个数就是计算结果。

    逆波兰式看起来像波兰式反过来,比如5 + 1的波兰式是+ 5 1,逆波兰式为5 1 +或者1 5 +。也很明显,逆波兰式并不是简单的将波兰式反过来,因为,减法和除法中减数和被减数、除数与被除数是不能交换的,即- 10 5和- 5 10就完全不一样。

    1. 中缀表达式到后缀表达式的转换
      因为通过后缀表达式来进行计算只需要一个栈即可,从硬件和软件上实现都是极为便利的,因此逆波兰式在计算机领域的应用更加广泛,因此将中缀表达式转换为逆波兰式非常重要。

    依然仅仅使用栈就可以将中缀表达式转换成逆波兰式,转换过程如下:

    从左往右遍历中缀表达式中的每个数字和符号,弱是数字就输出,成为逆波兰式的一部分; 如果是右括号,或者是其他符号并且比当前栈顶符号的优先级低,则栈顶元素依次出栈并输出; 然后将当前符号进栈,重复以上操作直到结束。

    还是以2 + 3 * (5 - 1)为例:

    首先读入数字2,直接将其输出,输出为2,栈为空
    接着读入加号+,由于栈为空,因此将其进栈,输出为2,栈为+
    接着读入数字3,直接将其输出,输出为2 3,栈为+
    接着读入乘号,比栈顶元素优先级高,进栈,输出为2 3,栈为+
    读入左括号(,直接进栈,输出2 3,栈为+ * (
    读入数字5,直接将其输出,输出为2 3 5,栈为+ * (
    读入减号-,栈顶元素为左括号,进栈,输出为2 3 5,栈为+ * ( -
    读入数字1,直接将其输出,输出为2 3 5 1,栈为+ * ( -
    读入右括号,依次输出栈顶元素,直到左括号,括号不输出,输出2 3 5 1 -,栈为+ *
    已经无元素可读,依次输出栈顶元素,直到栈为空,输出2 3 5 1 - * +,栈为空
    这样可以仅仅使用栈,首先将中缀表达式转换为逆波兰式,然后用本文第3节中的方法对后缀表达式进行求值,整个过程使用栈来完成即可。

    1. 表达式树与逆波兰式
      还可以通过另外一种方法来将一个表达式转换成波兰式和逆波兰式,这种方法依赖与树,首先需要根据表达式构建成树,仍然以2 + 3 * (5 - 1)为例,下图是其表达式树。

    我们发现这个树的后序遍历结果为2 3 5 1 - * +,刚好是其逆波兰式;而其先序遍历结果为+ 2 * 3 - 5 1刚好为其波兰式;中序遍历就不用说了,就是我们常见的中缀表达式。我们也可以通过这种特性来实现表达式的各种表示方法的转换。

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  • 32位的地址线最多可寻址多大的内存空间?? 内存是存储单元的集合,每个 存储单元 有一个唯一的物理地址,大多数计算机的 存储单元 都是字节(Byte)可编址的,即8个 bit 位用一个地址, 如下图所示。 8 根地址线...

    32位的地址线最多可寻址多大的内存空间??

    内存是存储单元的集合,每个 存储单元 有一个唯一的物理地址,大多数计算机的 存储单元 都是字节(Byte)可编址的,即8个 bit 位用一个地址, 如下图所示。
    8 根地址线最多可寻址(0000 0000 —— 1111 1111)的地址范围,即 282^8 个不同的地址单元(每个单元为 8 个 bit 位),总共可寻址个 282^8 个字节(Byte),也就是 256 字节大小的内存,再多了地址线访问不到。
    同理可知,32根地址总线最多可访问 232 个字节(Byte)大小的内存空间,进一步换算:232Byte = 222KB = 212 MB = 22GB,也即是4GB的内存空间。在这里插入图片描述
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  • 内存寻址

    2018-08-27 16:57:00
    内存寻址空间 32位计算机 32根总线,一根总线可以代表0,1 32根可以标识成 2^32 次方 这么多不同的0,1组合 就是4GB的大小 转载于:https://www.cnblogs.com/dzhou/p/9543221.html...

    内存寻址空间

    32位计算机

    32根总线,一根总线可以代表0,1

    32根可以标识成 2^32 次方 这么多不同的0,1组合 就是4GB的大小

     

    转载于:https://www.cnblogs.com/dzhou/p/9543221.html

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  • 计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的,因此内存的性能对计算机的影响非常大。 内存(Memory)也被称为内存储器,其作用是用于暂时存放CPU中的运算数据,以及与硬盘等外部存储器交换的数据...

    参考资料:https://baike.baidu.com/item/%E5%86%85%E5%AD%98/103614?fr=aladdin


    内存
    内存是计算机中重要的部件之一,它是与CPU进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的,因此内存的性能对计算机的影响非常大。
    内存(Memory)也被称为内存储器,其作用是用于暂时存放CPU中的运算数据,以及与硬盘等外部存储器交换的数据。只要计算机在运行中,
    CPU就会把需要运算的数据调到内存中进行运算,当运算完成后CPU再将结果传送出来,内存的运行也决定了计算机的稳定运行。


    ●物理存储器和地址空间
    物理存储器和存储地址空间是两个不同的概念。但是由于这两者有十分密切的关系,而且两者都用B、KB、MB、GB来度量其容量大小,因此容易产生认识上的混淆。
    初学者弄清这两个不同的概念,有助于进一步认识内存储器和用好内存储器。

    物理存储器是指实际存在的具体存储器芯片。如主板上装插的内存条和装载有系统的BIOS的ROM芯片,显示卡上的显示RAM芯片和装载显示BIOS的ROM芯片,
    以及各种适配卡上的RAM芯片和ROM芯片都是物理存储器。

    存储地址空间是指对存储器编码(编码地址)的范围。所谓编码就是对每一个物理存储单元(一个字节)分配一个号码,通常叫作“编址”。
    分配一个号码给一个存储单元的目的是为了便于找到它,完成数据的读写,这就是所谓的“寻址”(所以,有人也把地址空间称为寻址空间)。
    地址空间的大小和物理存储器的大小并不一定相等。举个例子来说明这个问题:某层楼共有17个房间,其编号为801~817。这17个房间是物理的,
    而其地址空间采用了三位编码,其范围是800~899共100个地址,可见地址空间是大于实际房间数量的。

    对于386以上档次的微机,其地址总线为32位,因此地址空间可达2的32次方,即4GB。(虽然如此,但是我们一般使用的一些操作系统例如windows xp、
    却最多只能识别或者使用3.25G的内存,64位的操作系统能识别并使用4G和4G以上的的内存。)

    好了,现在可以解释为什么会产生诸如:常规内存、保留内存、上位内存、高端内存、扩充内存和扩展内存等不同内存类型。


    ●各种内存:这里需要明确的是,我们讨论的不同内存的概念是建立在寻址空间上的。

    IBM推出的第一台PC机采用的CPU是8088芯片,它只有20根地址线,也就是说,它的地址空间是1MB。
    PC机的设计师将1MB中的低端640KB用作RAM,供DOS及应用程序使用,高端的384KB则保留给ROM、视频适配卡等系统使用。从此,这个界限便被确定了下来并且沿用至今。
    低端的640KB就被称为常规内存即PC机的基本RAM区。保留内存中的低128KB是显示缓冲区,高64KB是系统BIOS(基本输入/输出系统)空间,其余192KB空间留用。
    从对应的物理存储器来看,基本内存区只使用了512KB芯片,占用0000至7FFFF这512KB地址。
    显示内存区虽有128KB空间,但对单色显示器(MDA卡)只需4KB就足够了,因此只安装4KB的物理存储器芯片,占用了B0000至B0FFF这4KB的空间,
    如果使用彩色显示器(CGA卡)需要安装16KB的物理存储器,占用B8000至BBFFF这16KB的空间,可见实际使用的地址范围都小于允许使用的地址空间。
    在当时(1980年末至1981年初)这么“大”容量的内存对PC机使用者来说似乎已经足够了,但是随着程序的不断增大,图象和声音的不断丰富,
    以及能访问更大内存空间的新型CPU相继出现,最初的PC机和MS-DOS设计的局限性变得越来越明显。


    扩展内存
    我们知道,286有24位地址线,它可寻址16MB的地址空间,而386有32位地址线,它可寻址高达4GB的地址空间,为了区别起见,我们把1MB以上的地址空间称为扩展内存XMS(eXtend memory)。
    在386以上档次的微机中,有两种存储器工作方式,一种称为实地址方式或实方式,另一种称为保护方式。在实方式下,物理地址仍使用20位,所以最大寻址空间为1MB,以便与8086兼容。
    保护方式采用32位物理地址,寻址范围可达4GB。DOS系统在实方式下工作,它管理的内存空间仍为1MB,因此它不能直接使用扩展存储器。
    为此,Lotus、Intel、AST及Microsoft公司建立了MS-DOS下扩展内存的使用标准,即扩展内存规范XMS。
    我们常在Config.sys文件中看到的Himem.sys就是管理扩展内存的驱动程序。


    高端内存区
    在实方式下,内存单元的地址可记为:段地址:段内偏移;通常用十六进制写为XXXX:XXXX。实际的物理地址由段地址左移4位再和段内偏移相加而成。
    若地址各位均为1时,即为FFFF:FFFF。其实际物理地址为:FFF0+FFFF=10FFEF,约为1088KB(少16字节),这已超过1MB范围进入扩展内存了。
    这个进入扩展内存的区域约为64KB,是1MB以上空间的第一个64KB。我们把它称为高端内存区HMA(High Memory Area)。
    HMA的物理存储器是由扩展存储器取得的。因此要使用HMA,必须要有物理的扩展存储器存在。
    此外HMA的建立和使用还需要XMS驱动程序HIMEM.SYS的支持,因此只有装入了HIMEM.SYS之后才能使用HMA。


    上位内存
    为了解释上位内存的概念,我们还得回过头看看保留内存区。保留内存区是指640KB~1024KB(共384KB)区域。
    这部分区域在PC诞生之初就明确是保留给系统使用的,用户程序无法插足。但这部分空间并没有充分使用,因此大家都想对剩余的部分打主意,
    分一块地址空间(注意:是地址空间,而不是物理存储器)来使用。于是就得到了又一块内存区域UMB。
    UMB(Upper Memory Blocks)称为上位内存或上位内存块。它是由挤占保留内存中剩余未用的空间而产生的,它的物理存储器仍然取自物理的扩展存储器,它的管理驱动程序是EMS驱动程序。


    影子内存(shadow RAM):
    因为BIOS使用的ROM比我们使用的普通内存RAM要慢很多,所以人们就想出在启动后把BIOS的ROM里面的信息拷贝到我们插的内存条(RAM)里来,
    提高读取速度,而在RAM里的这些BIOS的信息就叫做BIOS影子内存。
    影子内存(shadow RAM)是基本输入输出操作系统(BIOS)程序在随机访问存储器(RAM)中的一个备份,它们能被更快的访问。
    影子内存中的访问通常在60-100纳秒范围,而ROM访问在125-250纳米范围。

    Shadow RAM也称为“影子”内存。它是为了提高系统效率而采用的一种专门技术。 Shadow RAM所使用的物理芯片仍然是CMOS DRAM(动态随机存取存储器)芯片。
    Shadow RAM 占据了系统主存的一部分地址空间。其编址范围为C0000~FFFFF,即为1MB主存中的 768KB~1024KB区域。这个区域通常也称为内存保留区,用户程序不能直接访问。 
    Shadow RAM的功能是用来存放各种ROM BIOS的内容。或者说Shadow RAM中的内容是ROM BIOS的拷贝。因此也把它称为ROM Shadow(即Shadow RAM的内容是ROM BIOS的“影 子”)。 
    在机器上电时,将自动地把系统BIOS、显示BIOS及其它适配器的BIOS装载到Shadow RAM 的指定区域中。由于Shadow RAM的物理编址与对应的ROM相同,
    所以当需要访问BIOS时,只需访问Shadow RAM即可,而不必再访问ROM。

    开机-- 一般按DEL 进入BIOS查看。
    BIOS Shadowed (BIOS映射分为 系统BIOS映射、视频BIOS映射、还有视频内存缓冲!)将Video BIOS Shadow设为Enabled。使显卡上的BIOS映射到内存中,提高显示速度。
    将System BIOS Shadow设为Enabled。使系统BIOS映射内存中,改善性能。
    将Video BIOS Cacheable设为Enable。使显卡上的BIOS映射到高速缓存。
    将System BIOS Cacheable设为Enbaled。使主板的BIOS映射到高速缓存。
    一般在主选单Advanced BIOS Features 回车进入即可找到。当然有的主板BIOS这项目,不在这里面。也有可能在Integrated Peripherals 整体周边设定中找到。


    经过上面分析,寻址空间的内存划分可归纳如下:
    ●基本内存占据0~640KB地址空间。
    ●保留内存占据640KB~1024KB地址空间。分配给显示缓冲存储器、各适配卡上的ROM和系统ROM BIOS,剩余空间可作上位内存UMB。
    UMB的物理存储器取自物理扩展存储器。此范围的物理RAM可作为Shadow RAM使用。
    ●上位内存(UMB)利用保留内存中未分配使用的地址空间建立,其物理存储器由物理扩展存储器取得。UMB由EMS管理,其大小可由EMS驱动程序设定。
    ●高端内存(HMA)扩展内存中的第一个64KB区域(1024KB~1088KB)。由HIMEM.SYS建立和管理。
    ●XMS内存符合XMS规范管理的扩展内存区。其驱动程序为HIMEM.SYS。
    ●EMS内存符合EMS规范管理的扩充内存区。其驱动程序为EMM386.EXE等。

     

    DOS下的“常规内存”只有640K,这640K就是从0--A0000H这段地址空间;

    所谓“上位内存区”,指的就是20位地址线所能寻址到的1M地址空间的上面384K空间,就是从A0001H--100000H这段地址空间,也就是我们说的用于ROM和系统设备的地址区域,这384K空间和常规内存的640K空间加起来就是20位地址线所能寻址的完整空间1024KB;

    由于80286和80386的出现使PC机的地址线从20位变成24位又变成32位,寻址能力极大地增加,1M以上的内存寻址
    空间,我们统称为“扩展内存”;

    这里面绝大部分内存区域只能在保护模式下才能寻址到,但有一部分既可以在保护模式下,也可以在实模式下寻址,这就是我们前面提到过的地址100000h--10ffefh之间的这块内存,为了表明其特殊性,我们把这块有趣的内存区叫做“高端内存”。

    前面我们提过由于IBM的愚蠢设计给PC机的内存结构埋下了麻烦的伏笔,现在我们来说说这个麻烦。我们都见过PC机上的内存条,但是由于上位内存区的存在,这个内存条上的地址居然不能连续,就是说,这个内存条上要有0--A0000H的地址空间,还要有100000h--最大内存容量的地址空间,中间的384K地址空间必须留出来给ROM用,在现如今一个芯片就好几兆的情况下,你说这个内存条应该怎么做,当然我相信一定是可以做出来的,但肯定很麻烦,如果当初IBM把这个“上位内存区”放在地址低端,就是0--6000h这一部分,岂不是这个麻烦就没有了?!

        但是,实际的内存条上地址都是连续的,并没有人把这段地址空间留出来给ROM使用,原因很简单,采用技术手段把这段地址空间空出来,比浪费这384K内存的成本还要高,所以在这个地址区域就出现了很奇怪的现象,ROM和RAM的地址重叠。 实际上,往往ROM并不能完全覆盖整个384K区域,这样就会有一些地址没有被ROM占用,那么这部分地址上的RAM仍然是可以使用的。实际上,和ROM重叠的这384K RAM一般也不会被浪费,说到这里,不得不说所谓的ROM Shadowing了,RAM和ROM的性能是有很大差异的,RAM的存取速度要远远大于ROM,而且RAM可以32位存取,ROM通常只能16位,

    所以目前的PC机对这块RAM和ROM重叠的区域的处理采用一种ROM Shadowing的技术方式,当机器加电后,先让ROM有效,RAM无效,然后读出ROM内容,再让ROM无效,RAM有效,把读出的ROM内容放到相同地址的RAM中,并把相应位置的RAM设定为只读,这样就把ROM搬到了RAM中,地址完全一样,只是性能比使用ROM要高些,这块RAM就好像ROM的Shadow一样。
     

     

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空空如也

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内存寻址空间计算