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【计算机组成原理】计算机概论组成篇一

计算机概论组成篇一

计算机的总线

总线的概述

  • 提供了对外连接的接口
  • 不同设备可以通过USB接口进行连接
  • 连接的标准,促使外围设备接口的统一

    解决不同设备之间的通信问题


总线的分类

片内总线

  • 芯片内部的总线
  • 寄存器与寄存器之间
  • 寄存器与控制器、运算器之间

    高集成度芯片内部的信息传输线

系统总线

  • 数据总线
  • 地址总线
  • 控制总线

    CPU、主内存、IO设备、各组件之间的信息传输线

数据总线
  • 双向传输各个部件的数据信息
  • 数据总线的位数(总线宽度)是数据总线的重要参数

    一般与CPU位数相同(32位、64位)

地址总线
  • 指定源数据或目的数据在内存中的地址
  • 地址总线的位数与存储单元有关
    1
    址总线位数=n,寻址范围:0-2^n
    控制总线
  • 控制总线是用来发出各种控制信号的传输线
  • 控制信号经由控制总线从一个组件发给另外一个组件
  • 控制总线可以监视不同组件之间的状态(就绪/未就绪)

总线的仲裁(理解)

为什么需要总线仲裁

总线结构的特点是,一个传送信息的公共通路总线为多个模块共同使用。但在某一时刻,只能允许一个主模块使用总线进行数据传输。当有多个主模块要占用总线进行数据传输时,要有一个总线的请求及转交的过程,首先按一定规则进行总线使用权的仲裁,把总线的使用权交给优先级最高的请求者。

总线仲裁的方法

链式查询

  • 好处:电路复杂度低,仲裁方式简单
  • 坏处:优先级低的设备难以获得总线使用权
  • 坏处:对电路故障敏感
计时器定时查询
  • 仲裁控制器对设备编号并使用计数器累计计数
  • 接收到仲裁信号后,往所有设备发出计数值
  • 计数值与设备编号一致则获得总线使用权


独立请求
  • 每个设备均有总线独立连接仲裁器
  • 设备可单独向仲裁器发送请求和接收请求
  • 当同时收到多个请求信号,仲裁器有权按优先级分配使用权
  • 好处:响应速度快,优先顺序可动态改变
  • 设备连线多,总线控制复杂

总线分配技术

串联优先级判别

  • 优先级高的设备经常得到总线使用权限
  • 优先级低的设备长时间无法得到总线
并联优先级判别

  • 优先级高的设备经常得到总线使用权限
  • 优先级低的设备长时间无法得到总线
循环优先级判别



循环优先级判别方法类似于并联优先级判别方法,只是其中的优先级是动态分配的,原来的优先级编码器由一个更为复杂的电路代替,该电路把占用总线的优先级在发出总线请求的那些模块之间循环移动,从而使每个总线模块使用总线的机会相同

计算机的输入/输出设备

常见的输入输出设备

常见输入设备

字符输入设备

键盘

  • 薄膜键盘
  • 机械键盘(黑轴、红轴、青轴、茶轴)
  • 电容键盘

图像输入设备

鼠标
数位板

  • 输入板和压感笔
  • 常用于绘图设计创作

扫描仪

  • 将图形信息转换为数字信号

常见输出设备

图像输出设备

打印机
显示器
投影仪

输入输出接口的通用设计

数据线

  • 是I/O设备与主机之间进行数据交换的传送线
  • 单向传输数据线
  • 双向传输数据线

状态线

  • IO设备状态向主机报告的信号线
  • 查询设备是否已经正常连接并就绪
  • 查询设备是否已经被占用

命令线

  • CPU向设备发送命令的信号线
  • 发送读写信号
  • 发送启动停止信号

设备选择线

  • 主机选择I/O设备进行操作的信号线
  • 对连在总线上的设备进行选择

CPU与IO设备的通信

CPU速度与IO设备速度不一致

程序中断

  • 当外围IO设备就绪时,向CPU发出中断信号
  • CPU有专门的电路响应中断信号
  • 提供低速设备通知CPU的一种异步的方式
  • CPU可以高速运转同时兼顾低速设备的响应

DMA(直接存储器访问)

  • DMA直接连接主存与IO设备
  • DMA工作时不需要CPU的参与

  • 当主存与IO设备交换信息时,不需要中断CPU
  • 可以提高CPU的效率
  • 硬盘
  • 外置显卡

计算机的存储器概览

存储器的分类

按存储介质分类

按存取方式分类

存储器的层次结构



缓存-主存层次

  • 原理:局部性原理
  • 实现:在CPU与主存之间增加一层速度快(容量小)的Cache
  • 目的:解决主存速度不足的问题
局部性原理

局部性原理是指CPU访问存储器时,无论是存取指令
还是存取数据,所访问的存储单元都趋于聚集在一个
较小的连续区域中。

主存-辅存层次

  • 原理:局部性原理
  • 实现:主存之外增加辅助存储器(磁盘、SD卡、U盘等)
  • 目的:解决主存容量不足的问题

计算机的主存储器与辅助存储器

主存储器——内存

  • RAM(随机存取存储器:Random Access Memory)
  • RAM通过电容存储数据,必须隔一段时间刷新一次
  • 如果掉电,那么一段时间后将丢失所有数据

辅助存储器——磁盘

  • 表面是可磁化的硬磁特性材料
  • 移动磁头径向运动读取磁道信息

先来先服务算法

按顺序访问进程的磁道读写需求

1
1->4->2->3->1->5

最短寻道时间优先

与磁头当前位置有关
优先访问离磁头最近的磁道

1
4->5->3->2->1->1

扫描算法(电梯算法)

每次只往一个方向移动
到达一个方向需要服务的尽头再反方向移动

1
4->3->2->1->1->5

循环扫描算法

向一个方向循环

1
4->5->1->1->2->3
文章作者: hirak0
文章链接: https://hirak0.xyz/posts/65322/
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