完整word版計(jì)算機(jī)組成原理知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

1、計(jì)算機(jī)組成原理 （白中英）復(fù)習(xí) 第三章 內(nèi)部存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器的分類(lèi)按存儲(chǔ)介質(zhì)分類(lèi)：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器：磁表面存儲(chǔ)器、磁芯存儲(chǔ)器、易失性：非易失性 光盤(pán)存儲(chǔ)器按存取方式分類(lèi)：存取時(shí)間與物理地址無(wú)關(guān) （隨機(jī)訪問(wèn)）： 隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM 在程序的執(zhí) 行過(guò)程中可讀可寫(xiě) 只讀存儲(chǔ)器 ROM 在程序的執(zhí) 行過(guò)程中只讀（串行訪問(wèn)）： 磁帶 磁盤(pán)RAM 靜態(tài)存取時(shí)間與物理地址有關(guān) 順序存取存儲(chǔ)器 直接存取存儲(chǔ)器 按在計(jì)算機(jī)中的作用分類(lèi)： 主存儲(chǔ)器：隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM 、動(dòng)態(tài) RAM只 讀 存 儲(chǔ) 器 ROMMROM 、PROM、EPROM、EEPROMFlash Memory 高速緩沖存儲(chǔ)器（ Cache） 輔助存儲(chǔ)

2、器磁盤(pán)、磁帶、光盤(pán) 存儲(chǔ)器的分級(jí)存儲(chǔ)器三個(gè)主要特性的關(guān)系：速度、容量、 價(jià)格/位多級(jí)存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)：高速緩沖存儲(chǔ)器（cache、主存儲(chǔ)器、外存儲(chǔ)器。主存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù) MX每單元位數(shù)N 存取時(shí)間：從啟動(dòng)讀 （寫(xiě)）操作到操作完成的時(shí) 間ns。存取周期：兩次獨(dú)立的存儲(chǔ)器操作所需間隔的 最小時(shí)間 ，時(shí)間單位為存儲(chǔ)器帶寬： 單位時(shí)間里存儲(chǔ)器所存取的信息 量，位 /秒、字節(jié) /每秒，是衡量數(shù)據(jù)傳輸速率的 要技術(shù)指標(biāo)。SRAM 存儲(chǔ)器基本存儲(chǔ)元：用一個(gè)鎖存器 （觸發(fā)器）作為存儲(chǔ) 元?；镜撵o態(tài)存儲(chǔ)元陣列雙譯碼方式讀周期、寫(xiě)周期、存取周期DRAM 存儲(chǔ)器基本存儲(chǔ)元：由一個(gè) MOS 晶體

3、管和電容器組 成的記憶電路。1 或 0 由電容器上的 1；沒(méi)有電荷： 0）。 讀、刷新操作存儲(chǔ)原理：所存儲(chǔ)的信息 電荷量來(lái)體現(xiàn)（充滿電荷： 一個(gè) DRAM 存儲(chǔ)元的寫(xiě)、 DRAM 的刷新：集中式刷新和分散式刷新 （P73） 存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)充位擴(kuò)展增加存儲(chǔ)字長(zhǎng) 字?jǐn)U展增加存儲(chǔ)字的數(shù)量 字、位擴(kuò)展 例題只讀存儲(chǔ)器 ROM掩模 ROM 、可編程 ROM（PROM、EPROM 光擦除可編程可讀存儲(chǔ)器、EEP ROM 電 擦除可編程存儲(chǔ)器） 、 Flash 存儲(chǔ)器 并行存儲(chǔ)器雙端口存儲(chǔ)器：指同一個(gè)存儲(chǔ)器具有兩組相互 獨(dú)立的讀寫(xiě)控制線路。多模塊交叉存儲(chǔ)器： 連續(xù)地址分布在相鄰的不同模塊內(nèi)，同一個(gè)模塊內(nèi)的地

4、址都是不連續(xù)的。對(duì)連續(xù)字的成塊傳送可實(shí)現(xiàn)多模塊流水式并行 存取，大大提高存儲(chǔ)器的帶寬。cache基本原理避免CPU “空等”現(xiàn)象CPU 和主存（ DRAM ）的速度差異 程序訪問(wèn)的局部性原理cache由高速的SRAM組成cache的基本原理命中、未命中、命中率例題cache與主存的地址映射全相聯(lián)映像：主存中的任一塊可以映象到緩 存中的任一塊。直接映像：每個(gè)緩存塊可以和若干個(gè)主存塊 對(duì)應(yīng)；每個(gè)主存塊只能和一個(gè)緩存塊對(duì)應(yīng)。組中的 任一塊。組相聯(lián)映像：某一主存塊 j 按模 u 映射到 緩存 的第 i 替換算法先進(jìn)先出算法（FIFO）:把一組中最先調(diào)入cache 的塊替換出去，不需要隨時(shí)記錄各個(gè)塊的

5、使用情況，所以實(shí)現(xiàn)容易，開(kāi)銷(xiāo)小。較各特定行的近期最少使用算法（ LRU ）：將近期內(nèi)長(zhǎng)久 未被訪問(wèn)過(guò)的行 （塊）換出。每行設(shè)置一個(gè)計(jì)數(shù)器， cache 每命中一次，命中行計(jì)數(shù)器清零，其它各 行計(jì)數(shù)器增 1。當(dāng)需要替換時(shí)， 計(jì)數(shù)值，將計(jì)數(shù)值最大的行換出。最不經(jīng)常使用（ LFU ）：被訪問(wèn)的行計(jì)數(shù)器 增加 1，換值小的行，不能反映近期 cache 的訪 問(wèn)情況。隨機(jī)替換：從特定的行位置中隨機(jī)地選取一 行換出。cache的寫(xiě)操作策略寫(xiě)回法、全寫(xiě)法、寫(xiě)一次法 第六章 總線系統(tǒng) 總線的概念 總線是構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的互聯(lián)機(jī)構(gòu)， 是多個(gè) 系統(tǒng)功能部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的公共通路。 總線的分類(lèi)內(nèi)部總線 CPU 內(nèi)

6、部連接各寄存器及運(yùn) 算部件之間的總線。系統(tǒng)總線 CPU 和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中其他高 速功能部件相互連接的總線。 按系統(tǒng)傳輸信息的 不同，又可分為三類(lèi)：數(shù)據(jù)總線，地址總線和控 制總線。中、低速 I/O 設(shè)備之間互相連I/O 總線 接的總線。 總線性能指標(biāo) 總線寬度：指數(shù)據(jù)總線的根數(shù)。 尋址能力：取決于地址總線的根數(shù)。 PCI 總線 的地址總線為 32 位，尋址能力達(dá) 4GB。傳輸率： 也稱(chēng)為總線帶寬， 是衡量總線性能的 重要指標(biāo)。例題 總線的連接方式： 1.單總線結(jié)構(gòu)：在許多單處理器的計(jì)算機(jī)中， 使用單一的系統(tǒng)總線來(lái)連接CPU、主存和I/O設(shè) 備，叫做單總線結(jié)構(gòu)。 總線上信息傳送方式串行傳送： 使用一

7、條傳輸線， 采用脈沖傳送 （有脈沖為 1，無(wú)脈沖為 0）。連續(xù)幾個(gè)無(wú)脈沖的 處理方法：位時(shí)間。并行傳送： 每一數(shù)據(jù)位需要一條傳輸線， 一 般采用電位傳送（電位高為 1，電位低為 0）。分時(shí)傳送： 總線復(fù)用、 共享總線的部件分時(shí) 使用總線?？偩€接口I/O 接口，也叫適配器， 和 CPU 數(shù)據(jù)的交換一 定是并行的方式， 和外設(shè)數(shù)據(jù)的交換可以是并行 的，也可以是串行的?？偩€的仲裁 集中式仲裁：有統(tǒng)一的總線仲裁器。 鏈?zhǔn)讲樵?xún)方式、 計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢(xún)方式、 獨(dú)立請(qǐng) 求方式分布式仲裁： 不需要中央仲裁器， 每個(gè)潛在的 主方功能模塊都有自己的仲裁器和仲裁號(hào)。 總線的定時(shí)同步定時(shí)：事件出現(xiàn)在總線上的時(shí)刻由總線時(shí)

8、 鐘信號(hào)來(lái)確定。異步定時(shí)：后一事件出現(xiàn)在總線上的時(shí)刻取決 于前一事件的出現(xiàn)， 即建立在應(yīng)答式或互鎖機(jī)制 基礎(chǔ)PCI 總線PCI :外圍設(shè)備互連，PCI總線：連接各種高 速的PCI設(shè)備。PCI是一個(gè)與處理器無(wú)關(guān)的高速 外圍總線， 又是至關(guān)重要的層間總線。 它采用同步時(shí)序協(xié)議和集中式仲裁策略， 并具有自動(dòng)配置 能力。 PCI 總線支持無(wú)限的猝發(fā)式傳送。即插即 用。第七章 外圍設(shè)備 外圍設(shè)備的定義和分類(lèi)除了 CPU 和主存外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的每一部 分都可作為一個(gè)外圍設(shè)備來(lái)看待。 外圍設(shè)備可分 為輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、外存設(shè)備、數(shù)據(jù)通信設(shè) 備和過(guò)程控制設(shè)備幾大類(lèi)。 磁記錄原理計(jì)算機(jī)的外存儲(chǔ)器又稱(chēng)磁表面存儲(chǔ)

9、設(shè)備。 所謂 磁表面存儲(chǔ)， 是用某些磁性材料薄薄地涂在金屬 鋁或塑料表面作載磁體來(lái)存儲(chǔ)信息。磁盤(pán)存儲(chǔ) 器、磁帶存儲(chǔ)器均屬于磁表面存儲(chǔ)器。磁性材料上呈現(xiàn)剩磁狀態(tài)的地方形成了一個(gè) 磁化元或存儲(chǔ)元， 是記錄一個(gè)二進(jìn)制信息位的最 小單位。磁表面存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)原理在磁表面存儲(chǔ)器中置來(lái)形成和判別磁層中的不同磁化狀態(tài)。 通過(guò)電， 利用一種稱(chēng)為磁頭的裝-磁變換，利用磁頭寫(xiě)線圈中的脈沖電流，可把 一位二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成載磁體存儲(chǔ)元的不同剩 磁狀態(tài)；通過(guò)磁 -電變換，利用磁頭讀出線圈， 可將由存儲(chǔ)元的不同剩磁狀態(tài)表示的二進(jìn)制代 碼轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。磁盤(pán)的組成和分類(lèi) 硬磁盤(pán)是指記錄介質(zhì)為硬質(zhì)圓形盤(pán)片的磁表面存儲(chǔ)設(shè)備。

10、它主要由磁記錄介質(zhì)、磁盤(pán)控 制器、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器三大部分組成。溫徹斯特磁盤(pán)簡(jiǎn)稱(chēng)溫盤(pán)， 是一種采用先進(jìn)技 術(shù)研制的可移動(dòng)磁頭固定盤(pán)片的磁盤(pán)機(jī)。 它是一 種密封組合式的硬磁盤(pán)，即磁頭、盤(pán)片、電機(jī)等 驅(qū)動(dòng)部件乃至讀寫(xiě)電路等 組裝成一個(gè)不可隨意 拆卸的整體。磁盤(pán)上信息的分布 記錄面、磁道、扇區(qū) 磁道編號(hào) 磁盤(pán)地址由記錄面號(hào)（也稱(chēng)磁頭號(hào)） 、磁道 號(hào)和扇區(qū)號(hào)三部分組成 磁盤(pán)存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)存儲(chǔ)密度： 存儲(chǔ)密度分道密度、 位密度和面密 度。道密度：沿磁盤(pán)半徑方向單位長(zhǎng)度上的磁道 數(shù)，單位道 /英寸。位密度：磁道單位長(zhǎng)度上能記錄的二進(jìn)制代碼 位數(shù)，單位為位 /英寸。面密度：位密度和道密度的乘積，單位為位 / 平

11、方英寸。平均存儲(chǔ)時(shí)間 =尋道時(shí)間 +等待時(shí)間 +數(shù)據(jù)傳送 時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸率例題磁盤(pán) cache磁盤(pán)cache是為了彌補(bǔ)慢速磁盤(pán)和主存之間 速度上的差異。 磁盤(pán)陣列 RAIDRAID ：獨(dú)立磁盤(pán)冗余陣列（廉價(jià)冗余磁盤(pán)陣 列），或簡(jiǎn)稱(chēng)磁盤(pán)陣列。簡(jiǎn)單的說(shuō)， RAID 是一 種把多塊獨(dú)立的硬盤(pán) （物理硬盤(pán)）按不同方式組 合起來(lái)形成一個(gè)硬盤(pán)組（邏輯硬盤(pán)） ，從而提供 比單個(gè)硬盤(pán)更高的存儲(chǔ)性能和提供數(shù)據(jù)冗余的 技術(shù)。組成磁盤(pán)陣列的不同方式成為 RAID 級(jí)別。 RAID 0 提高存儲(chǔ)性能的原理是把連續(xù)的數(shù)據(jù)分性能。散到多個(gè)磁盤(pán)上存取， 這樣，系統(tǒng)有數(shù)據(jù)請(qǐng)求 就可以被多個(gè)磁盤(pán)并行的執(zhí)行， 每個(gè)磁盤(pán)執(zhí)行屬 于它

12、自己的那部分?jǐn)?shù)據(jù)請(qǐng)求。 這種數(shù)據(jù)上的并行 操作可以充分利用總線的帶寬， 顯著提高磁盤(pán)整 體存取 第八章 輸入輸出系統(tǒng) 外圍設(shè)備的速度分級(jí)在 CPU 和外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送時(shí)加以定時(shí)： 速度極慢或簡(jiǎn)單的外設(shè) ： CPU 只需要接受或 者發(fā)送數(shù)據(jù)即可。慢速或者中速的設(shè)備 ：可以采用異步定時(shí)的 方式。高速外設(shè) ：采用同步定時(shí)方式。I/O 和主機(jī)信息交換方式程序查詢(xún)方式、 程序中斷方式、 直接內(nèi)存訪問(wèn) （DMA ）方式、通道方式程序查詢(xún)方式數(shù)據(jù)在 CPU 和外圍設(shè)備之間的傳送完全靠計(jì) 算機(jī)程序控制。當(dāng)需要輸入 /輸出時(shí)， CPU 暫停 執(zhí)行主程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行設(shè)備輸入 /輸出的服務(wù)程 序，根據(jù)服務(wù)程序中的 I

13、/O 指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 這是一種最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)的輸入 /輸出方式， 只需要很少的硬件。但由于外圍設(shè)備動(dòng)作很慢， 程序進(jìn)入查詢(xún)循環(huán)時(shí)將浪費(fèi) CPU 時(shí)間。 中斷的概念中斷是指 CPU 暫時(shí)中止現(xiàn)行程序，轉(zhuǎn)去處理 隨機(jī)發(fā)生的緊急事件， 處理完后自動(dòng)返回原程序 的功能和技術(shù)。程序中斷方式的原理在程序中斷方式中， 某一外設(shè)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒 后，它“主動(dòng)”向 CPU 發(fā)出請(qǐng)求中斷的信號(hào)， 請(qǐng)求 CPU 暫時(shí)中斷目前正在執(zhí)行的程序而進(jìn)行 數(shù)據(jù)交換。當(dāng) CPU 響應(yīng)這個(gè)中斷時(shí)，便暫停運(yùn) 行主程序，并自動(dòng)轉(zhuǎn)移到該設(shè)備的中斷服務(wù)程 序。當(dāng)中斷服務(wù)程序結(jié)束以后， CPU 又回到原來(lái) 的主程序。中斷處理過(guò)程中的幾個(gè)

14、問(wèn)題CPU 只有在當(dāng)前一條指令執(zhí)行完畢后， 即轉(zhuǎn)入 公操作時(shí)才受理設(shè)備的中斷請(qǐng)求。保存現(xiàn)場(chǎng)中斷屏蔽中斷處理過(guò)程中斷請(qǐng)求時(shí)，單級(jí)中斷和多級(jí)中斷 單級(jí)中斷系統(tǒng)中，所有的中斷源都屬于同一 級(jí)，所有中斷源觸發(fā)器排成一行，其優(yōu)先次序是 離 CPU 近的優(yōu)先權(quán)高。 當(dāng)響應(yīng)某 執(zhí)行該中斷源的中斷服務(wù)程序。在此過(guò)程中，不 允許其他中斷源再打斷中斷服務(wù)程序， 既使優(yōu)先 權(quán)比它高的中斷源也不能再打斷。中斷級(jí)分配給一個(gè)優(yōu)先權(quán)。多級(jí)中斷系統(tǒng)是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有相當(dāng)多的 中斷源，根據(jù)各中斷事件的輕重緩急程度不同而 分成若干級(jí)別，每 優(yōu)先權(quán)高的中斷級(jí)可以打斷優(yōu)先權(quán)低的中斷服 務(wù)程序，以程序嵌套方式工作。一維多級(jí)中斷是指每一

15、級(jí)中斷里只有一個(gè)中 斷源，二維多級(jí)中斷是指每一級(jí)中斷里又有多個(gè)中 斷源。DMA 的基本概念直接內(nèi)存訪問(wèn) (DMA) 是一種完全由硬件執(zhí)行 I/O 交換的工作方式。 在這種方式中， DMA 控制 器從 CPU 完全接管對(duì)總線的控制，數(shù)據(jù)交換不 經(jīng)過(guò)CPU,而直接在內(nèi)存和I/O設(shè)備之間進(jìn)行。 DMA 方式一般用于高速傳送成組數(shù)據(jù)。DMA 方式的優(yōu)點(diǎn)DMA 能執(zhí)行的一些操作從外圍設(shè)備發(fā)出DMA請(qǐng)求；CPU響應(yīng)請(qǐng)求， 把 CPU 工作改成 DMA 操作方式， DMA 控制器 從 CPU 接管總線的控制；由 DMA 控制器對(duì)內(nèi) 存尋址，即決定數(shù)據(jù)傳送的內(nèi)存單元地址及數(shù)據(jù) 傳送個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)， 并執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送

16、的操作；發(fā)中 斷，向 CPU 報(bào)告 DMA 操作的結(jié)束。DMA 傳送方式停止CPU訪問(wèn)內(nèi)存、周期挪用、DMA與CPU 交替訪內(nèi)DMA 數(shù)據(jù)傳送過(guò)程傳送前預(yù)處理；正式傳送；傳送后處理。 通道的基本概念通道是一個(gè)特殊功能的處理器， 它有自己的指 令和程序?qū)ｉT(mén)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)輸入輸出的傳輸控制， 而 CPU 將“傳輸控制” 的功能下放給通道后只負(fù)責(zé) “數(shù)據(jù)處理”功能。這樣，通道與 CPU 分時(shí)使 用內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)了 CPU 內(nèi)部運(yùn)算與 I/O 設(shè)備的平 行工作。通道的功能通道具有兩種類(lèi)型的總線： 系統(tǒng)總線： 承擔(dān)通 道與內(nèi)存、 CPU 與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。 通 道總線即 I/O 總線，承擔(dān)外圍設(shè)備與通道間

17、的數(shù) 據(jù)傳送任務(wù)。從邏輯結(jié)構(gòu)上講， I/O 系統(tǒng)一般具有四級(jí)連接： CPU 與內(nèi)存 通道 設(shè)備控制器 外圍設(shè)備 優(yōu)先級(jí)別： 由于大多數(shù) I/O 設(shè)備的讀寫(xiě)信號(hào)具 有實(shí)時(shí)性， 不及時(shí)處理會(huì)丟失數(shù)據(jù)；所以通道與 CPU 同時(shí)要求訪內(nèi)時(shí)，通道優(yōu)先權(quán)高于 CPU。 CPU 對(duì)通道的管理CPU是通過(guò)執(zhí)行I/O指令以及處理來(lái)自通道的 中斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)通道的管理來(lái)自通道的中斷有兩種， 一種是數(shù)據(jù)傳送結(jié)束 中斷，另一種是故障中斷。 通道對(duì) I/O 模塊的管理通道通過(guò)使用通道指令控制 I/O 模塊進(jìn)行數(shù)據(jù) 傳送操作，并以通道狀態(tài)字接收 I/O 模塊反映的 外圍設(shè)備的狀態(tài)。通道的類(lèi)型選擇通道、數(shù)組多路通道、字節(jié)多路通

18、道 第九章 操作系統(tǒng)支持虛擬存儲(chǔ)器的概念 虛擬存儲(chǔ)器是借助于磁盤(pán)等輔助存儲(chǔ)器來(lái)擴(kuò) 大主存容量，使之為更大或更多的程序所使用。 是一個(gè)容量非常大的存儲(chǔ)器的邏輯模型， 不是任 何實(shí)際的物理存儲(chǔ)器。它指的是主存 -外存層次。 以透明的方式給用戶提供了一個(gè)比實(shí)際主存空 間大得多的程序地址空間。實(shí)地址： 或物理地址， 計(jì)算機(jī)物理內(nèi)存的訪問(wèn) 地址，由 CPU 引腳送出，是用于訪問(wèn)主存的地 址，對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)空間物理存儲(chǔ)空間或主存空 間。虛存空間或邏虛地址：或邏輯地址，在編制程序時(shí)獨(dú)立編址， 使用的地址， 對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)空間 輯地址空間。虛地址到實(shí)地址的轉(zhuǎn)換過(guò)程程序的再定 位。虛存的訪問(wèn)過(guò)程 虛擬存儲(chǔ)器的用戶程序以虛擬地址編址并存 放在輔存中；程序運(yùn)行時(shí) CPU 以虛地址訪問(wèn)主 存，由輔助硬件找出虛地址和物理地址的對(duì)應(yīng)關(guān) 系，判斷這個(gè)虛地址指示的存儲(chǔ)單元是否已裝入 主存：如果在主存， CPU 就直接執(zhí)行已在主存的程序；如果不在，要進(jìn)行輔存向主存的調(diào)度。虛存與 cache的異同 幾種虛擬存儲(chǔ)器段式、頁(yè)式、段頁(yè)式 頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器中，虛地址空間頁(yè)、頁(yè)表：頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)應(yīng)地，虛低字段口號(hào)，被分成