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  • 计算机组成原理中PC和MAR寄存器位数
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    2020-06-24 22:29:13

    1.PC和MAR寄存器的位数对应的是存储单元的个数

    eg:若MAR为10位,则对应2**10=1024个存储单元,记为1K.也即像2M,1K,3G等表示的都是存储单元的个数.当其后加上B表示的是字节个数.例如:2MB表示2M个字节.
    
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    在这里插入图片描述
    计算机的容量对于存储单元个数乘以存储字长。

    存储单元个数。就相当于存储体的行数。
    存储字长。就相当于存储体的列数。

    计算机的容量其实就是求它的总的位数。能够存放一和零的个数。

    要注意还有一个说法。
    就是容量和地址寄存器。MAR的位数以及数据寄存器MDR的位数的关系。

    总的容量等于2的mar位数的n次方乘以mdr的位数

    因为地址寄存器n位二进制代码。可以表示的地址单元的个数是二的n次方。这里就是我们存储单元的个数

    而数据寄存器的位数,就是我们存储字长的位数

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    寻址范围的概念怎么理解?

    例如,地址线20根,数据线16根,按字节寻址为什么是1MB,而不是2MB?

    按字寻址为什么是512KB,而不是1MB?

    提问如后者的考生思维方式基本都是在算寻址范围时马上将数据线的位数算进去。

    其实按字节寻址时和数据线没有任何关系

    (仅当按字寻址时才考虑数据线,通过数据线来判断字长),只和地址线有关。

    处理机字长是指处理机能同时处理(或运算)的位数,即同时处理多少位(bit)数据。处理器的字长越大,说明它的运算能力越强。比如我们的笔记本电脑,现在一般都是64位的电脑,这也就是说我们的电脑一次可以处理8个字节。

    如果讲处理器的寻址范围,则要看处理器的地址总线的位数,而不是它的字长!目前主流的64位处理器的数据总线为64位,地址总线大部分是32位,这也就是为什么有些人称现在的64位笔记本是伪64位电脑一说的来源。

    再看地址总线与寻址范围的关系。存储单元是以字节(byte)为单位,N根地址总线能访问2的N次方个存储单元。于是有32位地址总线可以访问2的32次方个存储单元,即4GB。 8086处理器字长是16位,它的地址总线是20位,所以能访问2的20次方个存储单元,即1MB。另外一点需要注意的就是,如果有些题目说:按“字”寻址,就说明是存储单元大小为字长的位数,按“字节”寻址,说明存储单元是字节的大小。

    CPU的最大寻址范围:寻找的地址是内存单元的地址。
    比如:一个地址总线由6根地址线组成,那么他的地址线的最大寻址范围是2的6次方,也就是64个内存单元。超出了这个范围的内存单元则访问不到,需要增加地址线才可以访问的到。

    地址总线宽度决定了CPU可以访问的物理地址空间,简单地说就是CPU到底能够使用多大容量的内存。

    数据总线负责整个系统的数据流量的大小,而数据总线宽度则决定了CPU与二级高速缓存、内存以及输入/输出设备之间一次数据传输的信息量。

    下面通过实例进行讲解。

    一般求寻址范围有两种题型。

    1)直接给出存储器的容量和字长,然后按字节、半字、字、双字寻址。

    2)不给出存储器的容量,只给出地址线和数据线的位数。

    【例1-2】假设CPU有20根地址线和32根数据线,试问按字节和字寻址,寻址范围分别是多少?

    解答:

    解答这类题目时,首先要清楚地址线的位数对应的都是按字节寻址,如果是按字寻址,则需要拿出地址线来做字内字节寻址。

    还有一点就是,不要一看到是按字节寻址,就马上从数据线拿出4根地址线,即,得出按字节寻址是4MB,这是错误的。寻址本身和数据线没有任何关系。

    正确解题思路:

    首先,32根数据线可以看成存储字长是32位,那么一个存储字就有4个字节,如图所示。

    假设现在按字节寻址,20根地址线的寻址范围应该是,然后因为是按字节寻址,所以每个寻址单元已经是最小的,不需要字内寻址。

    如果是按字寻址,那么还有没有20位的地址线来寻址?

    没有,因为每个字有4个字节。这4个字节的区分,如图所示,字号为0的字里面有0号、1号、2号、3号共4个字节,只能从20根地址线里拿出两根来作为字内寻址。两根地址线的信号分别为00、01、10、11,分别代表字内的0号、1号、2号、3号字节。这样,只剩18根地址线来寻址,按字寻址的寻址范围是2^18=256K。

     注意:以后遇到的寻址范围题具就是这两种情况。

    可能疑问点:

    什么是字地址?

    解析:按字节编址时,一个字可能占用几个存储单元,字地址就是这几个连续存储单元地址中的最小值,例如,假定机器中一个字为32位,按字节编址,那么字地址指具有4的倍数的那些地址,如0、4、8、12、…;对应的还有半字地址(2的倍数,如0、2、4、6、…)、双字地址(8的倍数,如0、8、16、…)。

    扩展知识点:考生可能会遇到下面这样的题目。

    一个16K×32位的存储器,其地址线和数据线总共多少根?

    相信这种题目考生都会做,地址线和数据线分别是14根和32根,共46根。

    但是如果题目是这样:已知存储器的容量为1MB,那地址线和数据线一共多少根?

    因为有无数种书写方式,写成1M×8、512K×16、256K×32,对应的数据线和地址线总和分别为28、35、50,哪个是对的?

    记住一点,只要写成nMB的形式,一律默认为nMx8,应该是28根。

    另外,在介绍存储器结构时讲过,从存储器中取出的信息要先存放在数据寄存器,因此数据寄存器的位数应该和一个存储单元的大小一致(如果小于存储单元,则放不下;如果大于存储单元,则浪费),即数据寄存器的位数和存储字长要相等。

     

     

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    这个问题已经困扰了了我好久了,终于又找到了教学视频看了才明白,这可能要怪我数字电路没有学好。下边放一张详细图解释下原理

    详细解释图

    右边是一行一行的存储单元,左下角是控制存储单元存取的译码器。要取任意一行存储单元中的地址,就要将这一行置1,其他行全部置0,但是存储单元并不能自己控制这个过程,这时候译码器就可以控制到底读取哪一行地址。假设一共有8行存储单元,从0开始编号,则3位二进制数就可以表示读取哪一行存储单元的地址(111(二进制)=7(十进制))。

    如有错误或者不当的地方,请多多指教!

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单元地址寄存器位数