计算机组成原理

只谈情不闲聊 提交于 2020-01-03 17:34:09
  • 第一章 计算机系统概论
    • 现代计算机的组成框架中,各个部分的功能
    • 计算机的工作过程
    • 存储元件、存储元、存储单元、存储字、存储字长等的概念
  • 第三章 系统总线
    • 总线的分类
    • 总线的特性及性能指标
    • 总线结构
    • 总线控制
  • 第四章 存储器
    • 主存储器
    • 提高访存速度的措施
    • 高速缓冲存储器
    • 辅助存储器
  • 第五章 输入输出系统
    • I/O设备与主机的联系方式
    • I/O设备与主机信息传递的控制方式
    • 接口的功能和组成
    • 程序查询方式(重点)
    • 程序中断方式(重点)
    • DMA方式(重点)

第一章 计算机系统概论

现代计算机的组成框架中,各个部分的功能

计算机由运算器,存储器,控制器,输入设备和输出设备组成
现代计算机的组成:主机和 I / O设备;
主机包括:存储器和CPU;
CPU包括:ALU和CU
算术逻辑单元(ALU):用来完成算术逻辑运算
控制单元(CU):用来解释存储器中的指令,并发出各种操作命令来执行命令
I / O设备也受CU控制,用来完成相应的输入,输出操作

计算机工作过程

计算机在运行时,先从内存中取出第一条指令,通过控制器的译码,按指令的要求,从存储器中取出数据进行指定的运算和逻辑操作等加工,然后再按地址把结果送到内存中去。
接下来,再取出第二条指令,在控制器的指挥下完成规定操作。依此进行下去。直至遇到停止指令。

存储元件、存储元、存储单元、存储字、存储字长等的概念

存储单元:可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位。 
存储元件:存储一位二进制信息的物理元件,是存储器中最小的存储单位,又叫存储基元或存储元,不能单独存取
存储字:一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位。
存储字长:一个存储单元所存二进制代码的位数。 

第三章 系统总线

总线的分类

按数据传送方式:并行传输总线、串行传输总线
按使用范围:计算机总线、测控总线和网络通信总线
按连接部件不同:片内总线、系统总线和通信总线
片内总线:指芯片内部的总线,如CPU芯片内部、寄存器和寄存器之间、寄存器与算逻单元之间都有片内总线连接
系统总线:指用于CPU、主存和I/O设备各大部件之间的信息传输线
系统总线分为:数据总线、地址总线和控制总线。
数据总线:用来传输各功能部件之间的信息;双向传输总线,其位数与机器字长 、存储字长有关
地址总线:主要用来指出数据总线上的源数据或目的数据在主存单元的地址或I/O设备的地址,单向传输
控制总线:用来发出各种控制信号的传输线,单向传输

总线的特性及性能指标

 总线性能指标:总线宽度、总线带宽、时钟同步/异步、总线复用、信号线数、总线控制方式和其他指标(负载能力、电源电压和总线宽度是否扩展)

总线结构

单总线结构:是将CPU、主存、I/O设备都挂在一组总线上;允许I/O设备之间、I/O设备与主存之间和I/O设备与CPU之间直接交换信息
多总线结构:将速度较低的I/O设备从单总线上分离出来,形成主存总线与I/O总线分开的结构。

总线控制

总线判优控制(三种仲裁方式):链式查询、计数器定时查询和独立请求方式
总线通信控制(总线周期四个阶段):申请分配阶段、寻址阶段、传数阶段和结束阶段
同步通信:通信双方由统一时标控制数据传输
优点:规定明确、统一模块间的配合简单一致
缺点:必须在限定时间内完成规定的要求
异步通信:允许模块间的速度不一致
应答方式:不互锁、半互锁和全互锁
半同步通信:既保留了同步通信的基本特点,同时又像同步通信那样,允许不同速度的模块和谐的工作

第四章 存储器

按存储介质分类:半导体存储器、磁表面存储器、磁芯存储器和光盘存储器
按存取方式分类:随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、串行访问存储器。

主存储器

主存的技术指标:存储容量、存储速度、存储器带宽

提高访存速度的措施

单体多字系统
多体并行系统:高位交叉(顺序编址,每个个体并行工作)、低位交叉(各个体轮流编址,每个个体并行工作)

高速缓冲存储器

目的:解决主存与CPU速度不匹配问题。
基本结构:Cache存储体、地址映射变换机构、替换机构、Cache的读写操作
Cache-主存地址映射:直接映射、全相联映射和组相联映射

辅助存储器

磁记录原理:磁表面存储器通过磁头和记录介质的相对运动完成读、写操作
记录方式:归零制(RZ)、不归零制(NRZ)、见一就翻的不归零制(NRZ1)、调相制(PM)、调频制(FM)、改进型调频制(MFM)。

第五章 输入输出系统

I/O设备与主机的联系方式

I/O设备编址方式:统一编址和不统一编址
设备寻址:通过设备选择电路,选中要交换信息的设备
传送方式:并行传送(特点:传送速度较快,但要求数据线较多)、串行传送(传送速度较慢,但只需要一根数据线和地址线)
联络方式:立即响应方式、异步工作采用应答信号联络(异步工作方式)、同步工作采用同步时标联络

I/O设备与主机信息传递的控制方式

程序查询方式(通过程序实现数据传送、是串行工作的)
程序中断方式(通过程序,部分并行)
DMA方式(通过存储器,并行)

接口的功能和组成

选址功能(设备选择器)、传送命令的功能(命令寄存器以及命令译码器)、传送数据的功能(数据缓冲寄存器)、反应I/O设备工作状态的功能(状态标志触发器:完成触发器D、工作触发器B)

程序查询方式(重点)

程序查询方式是一种程序直接控制方式,这是主机与外设间进行信息交换的最简单的方式,输入和输出完全是通过CPU执行程序来完成的
完成查询所需要的的指令:测试指令,传送指令,转移指令

程序中断方式(重点)

程序中断是指计算机执行现行程序的过程中,出现某些急需处理的异常情况和特殊请求,cpu暂时终止现行程序,而转去对随机发生的更紧迫的事件进行处理,在处理完毕后,cpu将自动返回原来的程序继续执行。
中断服务程序流程:1.保护现场
	       2.中断服务
	       3.恢复现场
	       4.中断返回

DMA方式(重点)

DMA方式,Direct Memory Access,也称为成组数据传送方式,有时也称为直接内存操作。DMA方式在数据传送过程中,没有保存现场、恢复现场之类的工作。
为了有效地分时使用主存,DMA与主存交换数据时采用如下三种方法:
	1.停止CPU访问主存
	2.周期挪用(周期窃取)
	3.DMA与CPU交替访问

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