計算機組成原理知識點總結(jié)854

×××分廠產(chǎn)工職作清×××安全生單及履行動計劃表--0202)89673《計算機組成原理》（白中英）復(fù)習第三章內(nèi)部存儲器存儲器的分類按存儲介質(zhì)分類：易失性：半導(dǎo)體存儲器非易失性：磁表面存儲器、磁芯存儲器、光盤存儲器按存取方式分類：存取時間與物理地址無關(guān)（隨機訪問）：隨機存儲器RAM——在程序的執(zhí)行過程中可讀可寫只讀存儲器ROM——在程序的執(zhí)行過程中只讀存取時間與物理地址有關(guān)（串行訪問）：順序存取存儲器磁帶直接存取存儲器磁盤按在計算機中的作用分類：主存儲器：隨機存儲器RAM——靜態(tài)RAM、動態(tài)RAM只讀存儲器ROM——MROM、PROM、EPROM、EEPROMFlashMemory1×××分廠產(chǎn)工職作清×××安全生單及履行動劃計-表-0202)89673高速緩沖存儲器（Cache）輔助存儲器——磁盤、磁帶、光盤存儲器的分級存儲器三個主要特性的關(guān)系：速度、容量、價格/位多級存儲器體系結(jié)構(gòu)：高速緩沖存儲器（cache）、主存儲器、外存儲器。主存儲器的技術(shù)指標存儲容量：存儲單元個數(shù)M×每單元位數(shù)N存取時間：從啟動讀(寫)操作到操作完成的時間存取周期：兩次獨立的存儲器操作所需間隔的最小時間，時間單位為ns。存儲器帶寬：單位時間里存儲器所存取的信息量，位/秒、字節(jié)/每秒，是衡量數(shù)據(jù)傳輸速率的重要技術(shù)指標。SRAM存儲器基本存儲元：用一個鎖存器(觸發(fā)器)作為存儲元?；镜撵o態(tài)存儲元陣列雙譯碼方式讀周期、寫周期、存取周期2×××分廠產(chǎn)工職作清×××安全生單及履行動計劃表--0202)89673DRAM存儲器基本存儲元：由一個MOS晶體管和電容器組成的記憶電路。存儲原理：所存儲的信息1或0由電容器上的電荷量來體現(xiàn)（充滿電荷：1；沒有電荷：0）。一個DRAM存儲元的寫、讀、刷新操作DRAM的刷新：集中式刷新和分散式刷新（P73）存儲器容量的擴充位擴展——增加存儲字長字擴展——增加存儲字的數(shù)量字、位擴展例題只讀存儲器ROM掩模ROM、可編程ROM（PROM、EPROM——光擦除可編程可讀存儲器、EEPROM——電擦除可編程存儲器）、Flash存儲器并行存儲器雙端口存儲器：指同一個存儲器具有兩組相互獨立的讀寫控制線路。多模塊交叉存儲器：連續(xù)地址分布在相鄰的不同模塊內(nèi)，同一個模塊內(nèi)的地址都是不連續(xù)的。對連續(xù)字的成塊傳送可實現(xiàn)多模塊流水式并行3×××分廠×××安全生產(chǎn)工作履職清單及行動計劃表--0202)89673存取，大大提高存儲器的帶寬。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：每個緩存塊可以和若干個主存塊對應(yīng)；每個主存塊只能和一個緩存塊對應(yīng)。組相聯(lián)映像：某一主存塊j按模u映射到緩存的第i組中的任一塊。替換算法先進先出算法（FIFO）：把一組中最先調(diào)入cache的塊替換出去，不需要隨時記錄各個塊的使用情況，所以實現(xiàn)容易，開銷小。近期最少使用算法（LRU）：將近期內(nèi)長久未被訪問過的行(塊)換出。每行設(shè)置一個計數(shù)器，4×××分廠產(chǎn)工職作清×××安全生單及履行動劃計-表-0202)89673cache每命中一次，命中行計數(shù)器清零，其它各行計數(shù)器增1。當需要替換時，比較各特定行的計數(shù)值，將計數(shù)值最大的行換出。最不經(jīng)常使用（LFU）：被訪問的行計數(shù)器增加1，換值小的行，不能反映近期cache的訪問情況。隨機替換：從特定的行位置中隨機地選取一行換出。cache的寫操作策略寫回法、全寫法、寫一次法第六章總線系統(tǒng)總線的概念總線是構(gòu)成計算機系統(tǒng)的互聯(lián)機構(gòu)，是多個系統(tǒng)功能部件之間進行數(shù)據(jù)傳送的公共通路?？偩€的分類內(nèi)部總線——CPU內(nèi)部連接各寄存器及運算部件之間的總線。系統(tǒng)總線——CPU和計算機系統(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：數(shù)據(jù)總線，地址總線和控制總線。I/O總線——中、低速I/O設(shè)備之間互相連接5×××分廠×××安全生產(chǎn)工作履職清單及行動劃計-表-0202)89673的總線?？偩€性能指標總線寬度：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4GB。傳輸率：也稱為總線帶寬，是衡量總線性能的重要指標。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算機中，使用單一的系統(tǒng)總線來連接CPU、主存和I/O設(shè)備，叫做單總線結(jié)構(gòu)?？偩€上信息傳送方式串行傳送：使用一條傳輸線，采用脈沖傳送（有脈沖為1，無脈沖為0）。連續(xù)幾個無脈沖的處理方法：位時間。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）。分時傳送：總線復(fù)用、共享總線的部件分時使用總線?？偩€接口I/O接口，也叫適配器，和CPU數(shù)據(jù)的交換一6×××分廠×××安全生產(chǎn)工作履職清單及行動計劃表--0202)89673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。鏈式查詢方式、計數(shù)器定時查詢方式、獨立請求方式分布式仲裁：不需要中央仲裁器，每個潛在的主方功能模塊都有自己的仲裁器和仲裁號?？偩€的定時同步定時：事件出現(xiàn)在總線上的時刻由總線時鐘信號來確定。異步定時：后一事件出現(xiàn)在總線上的時刻取決于前一事件的出現(xiàn)，即建立在應(yīng)答式或互鎖機制基礎(chǔ)上。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是一個與處理器無關(guān)的高速外圍總線，又是至關(guān)重要的層間總線。它采用同步時序協(xié)議和集中式仲裁策略，并具有自動配置能力。PCI總線支持無限的猝發(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7×××分廠×××安全生產(chǎn)工作履職清單及行動劃計-表-0202)89673除了CPU和主存外，計算機系統(tǒng)的每一部分都可作為一個外圍設(shè)備來看待。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)備和過程控制設(shè)備幾大類。磁記錄原理計算機的外存儲器又稱磁表面存儲設(shè)備。所謂磁表面存儲，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存儲信息。磁盤存儲器、磁帶存儲器均屬于磁表面存儲器。磁性材料上呈現(xiàn)剩磁狀態(tài)的地方形成了一個磁化元或存儲元，是記錄一個二進制信息位的最小單位。磁表面存儲器的讀寫原理在磁表面存儲器中，利用一種稱為磁頭的裝置來形成和判別磁層中的不同磁化狀態(tài)。通過電-磁變換，利用磁頭寫線圈中的脈沖電流，可把一位二進制代碼轉(zhuǎn)換成載磁體存儲元的不同剩磁狀態(tài)；通過磁-電變換，利用磁頭讀出線圈，可將由存儲元的不同剩磁狀態(tài)表示的二進制代碼轉(zhuǎn)換成電信號輸出。磁盤的組成和分類硬磁盤是指記錄介質(zhì)為硬質(zhì)圓形盤片的磁8×××分廠×××安全生產(chǎn)工作履職清單及行動劃計-表-0202)89673表面存儲設(shè)備。它主要由磁記錄介質(zhì)、磁盤控制器、磁盤驅(qū)動器三大部分組成。溫徹斯特磁盤簡稱溫盤，是一種采用先進技術(shù)研制的可移動磁頭固定盤片的磁盤機。它是一種密封組合式的硬磁盤，即磁頭、盤片、電機等驅(qū)動部件乃至讀寫電路等組裝成一個不可隨意拆卸的整體。磁盤上信息的分布記錄面、磁道、扇區(qū)磁道編號磁盤地址由記錄面號（也稱磁頭號）、磁道號和扇區(qū)號三部分組成。磁盤存儲器的技術(shù)指標存儲密度：存儲密度分道密度、位密度和面密度。道密度：沿磁盤半徑方向單位長度上的磁道數(shù)，單位道/英寸。位密度：磁道單位長度上能記錄的二進制代碼位數(shù)，單位為位/英寸。面密度：位密度和道密度的乘積，單位為位/平方英寸。平均存儲時間=尋道時間+等待時間+數(shù)據(jù)傳送9×××分廠×××安全生產(chǎn)工作履職清單及行動劃計-表-0202)89673時間數(shù)據(jù)傳輸率例題磁盤cache磁盤cache是為了彌補慢速磁盤和主存之間速度上的差異。磁盤陣列RAIDRAID：獨立磁盤冗余陣列（廉價冗余磁盤陣列），或簡稱磁盤陣列。簡單的說，RAID是一種把多塊獨立的硬盤（物理硬盤）按不同方式組合起來形成一個硬盤組（邏輯硬盤），從而提供比單個硬盤更高的存儲性能和提供數(shù)據(jù)冗余的技術(shù)。組成磁盤陣列的不同方式成為RAID級別。RAID0提高存儲性能的原理是把連續(xù)的數(shù)據(jù)分散到多個磁盤上存取，這樣，系統(tǒng)有數(shù)據(jù)請求就可以被多個磁盤并行的執(zhí)行，每個磁盤執(zhí)行屬于它自己的那部分數(shù)據(jù)請求。這種數(shù)據(jù)上的并行操作可以充分利用總線的帶寬，顯著提高磁盤整體存取性能。第八章輸入輸出系統(tǒng)外圍設(shè)備的速度分級10×××分廠×××安全生產(chǎn)工作履職清單及行動計劃表--0202)89673在CPU和外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送時加以定時：速度極慢或簡單的外設(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：可以采用異步定時的方式。高速外設(shè)：采用同步定時方式。I/O和主機信息交換方式程序查詢方式、程序中斷方式、直接內(nèi)存訪問（DMA）方式、通道方式程序查詢方式數(shù)據(jù)在CPU和外圍設(shè)備之間的傳送完全靠計算機程序控制。當需要輸入/輸出時，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/O指令進行數(shù)據(jù)傳送。這是一種最簡單、最經(jīng)濟的輸入/輸出方式，只需要很少的硬件。但由于外圍設(shè)備動作很慢，程序進入查詢循環(huán)時將浪費CPU時間。中斷的概念中斷是指CPU暫時中止現(xiàn)行程序，轉(zhuǎn)去處理隨機發(fā)生的緊急事件，處理完后自動返回原程序的功能和技術(shù)。程序中斷方式的原理11×××分廠×××安全生產(chǎn)工作履職清單及行動計劃表--0202)89673在程序中斷方式中，某一外設(shè)的數(shù)據(jù)準備就緒后，它“主動”向CPU發(fā)出請求中斷的信號，請求CPU暫時中斷目前正在執(zhí)行的程序而進行數(shù)據(jù)交換。當CPU響應(yīng)這個中斷時，便暫停運行主程序，并自動轉(zhuǎn)移到該設(shè)備的中斷服務(wù)程序。當中斷服務(wù)程序結(jié)束以后，CPU又回到原來的主程序。中斷處理過程中的幾個問題CPU只有在當前一條指令執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入公操作時才受理設(shè)備的中斷請求。保存現(xiàn)場中斷屏蔽中斷處理過程單級中斷和多級中斷單級中斷系統(tǒng)中，所有的中斷源都屬于同一級，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。當響應(yīng)某一中斷請求時，執(zhí)行該中斷源的中斷服務(wù)程序。在此過程中，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。多級中斷系統(tǒng)是指計算機系統(tǒng)中有相當多的中斷源，根據(jù)各中斷事件的輕重緩急程度不同而分成若干級別，每一中斷級分配給一個優(yōu)先權(quán)。12×××分廠×××安全生產(chǎn)工作履職清單及行動計劃表--0202)89673優(yōu)先權(quán)高的中斷級可以打斷優(yōu)先權(quán)低的中斷服務(wù)程序，以程序嵌套方式工作。一維多級中斷是指每一級中斷里只有一個中斷源，二維多級中斷是指每一級中斷里又有多個中斷源。DMA的基本概念直接內(nèi)存訪問(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完全接管對總線的控制，數(shù)據(jù)交換不經(jīng)過CPU，而直接在內(nèi)存和I/O設(shè)備之間進行。DMA方式一般用于高速傳送成組數(shù)據(jù)。DMA方式的優(yōu)點DMA能執(zhí)行的一些操作從外圍設(shè)備發(fā)出DMA請求；CPU響應(yīng)請求，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)傳送個數(shù)的計數(shù)，并執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送的操作；發(fā)中斷，向CPU報告DMA操作的結(jié)束。DMA傳送方式停止CPU訪問內(nèi)存、周期挪用、DMA與CPU交13×××分廠×××安全生產(chǎn)工作履職清單及行動劃計-表-0202)89673替訪內(nèi)DMA數(shù)據(jù)傳送過程傳送前預(yù)處理；正式傳送；傳送后處理。通道的基本概念通道是一個特殊功能的處理器，它有自己的指令和程序?qū)ｉT負責數(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責“數(shù)據(jù)處理”功能。這樣，通道與CPU分時使用內(nèi)存，實現(xiàn)了CPU內(nèi)部運算與I/O設(shè)備的平行工作。通道的功能通道具有兩種類型的總線：系統(tǒng)總線：承擔通道與內(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，承擔外圍設(shè)備與通道間的數(shù)據(jù)傳送任務(wù)。從邏輯結(jié)構(gòu)上講，I/O系統(tǒng)一般具有四級連接：CPU與內(nèi)存通道設(shè)備控制器外圍設(shè)備優(yōu)先級別：由于大多數(shù)I/O設(shè)備的讀寫信號具有實時性，不及時處理會丟失數(shù)據(jù)；所以通道與CPU同時要求訪內(nèi)時，通道優(yōu)先權(quán)高于CPU。CPU對通道的管理CPU是通過執(zhí)行I/O指令以及處理來自通道的14×××分廠產(chǎn)工職作清×××安全生單及履行動劃計-表-0202)89673中斷，實現(xiàn)對通道的管理。來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I/O模塊的管理通道通過使用通道指令控制I/O模塊進行數(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)。通道的類型選擇通道、數(shù)組多路通道、字節(jié)多路通道第九章操作系統(tǒng)支持虛擬存儲器的概念虛擬存儲器是借助于磁盤等輔助存儲器來擴大主存容量，使之為更大或更多的程序所使用。是一個容量非常大的存儲器的邏輯模型，不是任何實際的物理存儲器。它指的是主存-外存層次。以透明的方式給用戶提供了一個比實際主存空間大得多的程序地址空間。實地址：或物理地址，計算機物理內(nèi)存的訪問地址，由CPU引腳送出，是用于訪問主存的地址，對應(yīng)的存儲空間——物理存儲空間或主存空間。虛地址：或邏輯地址，在編制程序時獨立編址，使用的地址，對應(yīng)的存儲空間——虛存空間或邏輯15×××分廠產(chǎn)工職作清×××安全生單及履行動劃計-表-0202)89673地址空間。虛地址到實地址的轉(zhuǎn)換過程——程序的再定位。虛存的訪問過程虛擬存儲器的用戶程序以虛擬地址編址并存放在輔存中；程序運行時CPU以虛地址訪問主存，由輔助硬件找出虛地址和物理地址的對應(yīng)關(guān)系，判斷這個虛地址指示的存儲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，要進行輔存向主存的調(diào)度。虛存與cache的異同幾種虛擬存儲器段式、頁式、段頁式頁式虛擬存儲器頁、頁表：頁式虛擬存儲系統(tǒng)中，虛地址空間被分成等長大小的頁，稱為邏輯頁；主存空間也被分成同樣大小的頁，稱為物