计算机组成原理基础

2018-12-19 22:55

? P1~ 计算机系统的层次结构

高级语言机器-->汇编语言机器-->操作系统机器-->机器语言机器-->微指令系统

? P7~ 计算机体系结构

计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性,即概念性的结构和功能特性。

计算机系统的属性通常是指用机器语言编程的程序员所看到的传统机器的属性,包括指令集、数据类型、存储器寻址技术、I/O机理等,大都属于抽象属性。

? P7~ 计算机组成

计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性,它包含对程序员来说是透明的硬件细节。例如,指令系统体现了机器的属性,这是属于计算机结构的问题。但指令的实现,即如何取指令、分析指令、取操作数、运算、送结果等,这些都属于计算机组成问题。 ? P16~ 计算机硬件的主要技术指标

计算机硬件的主要技术指标包括:机器字长、存储容量、运算速度。

第三章

? P41~ 部件互连方式

计算机系统的五大部件之间的互连方式有两种,即:分散连接和总线连接。 ? P43~ 系统总线分类及其作用

总线按数据传送方式可分为并行传输总线和串行传输总线。 片类总线:芯片内部的总线。

系统总线:CPU、主存、I/O设备各大部件之间的信息传输线。按系统总线传输信息的不同,又可分为数据总线、地址总线和控制总线。 ? P44~ 通信总线传输方式

通信总线:用于计算机系统之间或计算机系统与其它系统之间的通信。按传输方式可分为串行通信和并行通信。 ? P45~ 总线特性

总线特性包括:机械特性、电气特性、功能特性和时间特性。 ? P46~ 总线主要性能指标

总线宽度(数据总线根数)、总线宽带(总线的数据传输率)、时钟同步/异步、总线复用(一条信号线上分时传送的两种信号)、信号线数(数据总线、地址总线和控制总线)、总线控制方式(突发工作、自动配置、仲裁方式、逻辑方式、计数方式)、其它指标。 ? P47~ 总线标准(自己看书)。 ? P57~ 集中控制仲裁方式

集中控制仲裁方式分为链式查询、计数器定时查询、独立请求方式。 链式查询中用2根确定总线使用权属于哪个设备,计数器查询用log2n根线,其中n是允许接纳的最大设备数,而独立请求方式需采用2n根线。 ? P59~ 总线周期的四个阶段

总线周期的四个阶段:申请分配阶段、寻址阶段、传数阶段和结束阶段。 ? P59~ 通信控制的四种方式及其各自特点

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通信控制分为同步通信、异步通信(又可分为不互锁方式、半互锁方式、全互锁方式)、半同步通信和分离式通信。

第四章

? P68~ 存储器的三种分类及其具体内容

按存储介质分类:半导体存储器、磁表明存储器、磁芯存储器和光盘存储器。 按存取方式分类:随机存储器、只读存储器、串行访问存储器。 按在计算机中的作用分类:主存储器、辅助存储器和缓冲存储器。 ? P70~ 存储器的层次结构

存储器的层次结构主要体现在缓存-主存(解决CPU和主存速度不匹配的问题)和主存-辅存(解决存储系统的容量问题)这两个存储层次上。 ? P73~ 主存的主要技术指标

主存的主要技术指标:存储容量、存储速度(由存取时间和存取周期表示)。 ? P86~ 刷新原因、怎样刷新、刷新方式

动态RAM靠电容存储电荷,电容上的电荷一般只能维持1~2ms,因此必须在2ms内对所有存储单元恢复一次原状态,即刷新。

刷新过程实质是先将原存信息读出,再由刷新放大器形成原信息并重新写入的再生过程。

刷新方式有:集中刷新、分散刷新和异步刷新。 ? P87~ 动态RAM和静态RAM比较

1. 在同样大小的芯片中,动态RAM的集成度远高于静态RAM;

2. 动态RAM行、列地址按先后顺序传送,减少了芯片引脚,封装尺寸也减

少。

3. 动态RAM的功耗比静态RAM小。 4. 动态RAM的价格比静态RAM价格便宜。 ? P91~ 存储容量的扩展

位扩展:指增加存储字长。 字扩展:指增加存储器字的数量。

字、位扩展:指既增加存储字的数量,又增加存储字长。 ? P103~ 提高访存速度的措施

提高访存速度的措施:单体多字系统、多体并行系统(采用多体模块组成的存储器)。

? P109~ 程序访问局部性

CPU从主存取指令或取数据,在一定时间内,只是对主存局部地址区域的访问,由于指令和数据在主存内都是连续存放的,并且有些指令和数据往往会

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被多次调用,使得CPU在执行程序是,访存具有相对的局部性,这就称为程序访问的局部性。 ? P117~ 地址映射

由主存地址映射到Cache地址称为地址映射。地址映射分为:直接映射、全相连映射、组相连映射。 ? P123~ 替换策略

常用替换算法有先进先出算法、近期最少使用算法和随机法。 ? P124~ 磁表面存储器的主要技术指标

主要技术指标有:记录密度、存储容量、平均寻址时间、数据传输率和误码率。

? P128~ 评价记录方式的主要指标

平均一种记录方式的优劣标准主要反映在编码效率和自同步能力等方面。 ? P130~ 硬盘存储器的组成

硬盘存储器由磁盘驱动器、磁盘控制器和盘片3大部分组成。

第五章

? P156~ 输入输出系统的发展阶段

输入输出系统的发展阶段有:早期阶段、接口模块和DMA阶段、具有通道结构的阶段和具有I/O处理机的阶段。 ? P157~ 接口中数据通路和控制通路及其作用

数据经过接口即起到缓冲作用,又可完成串--并转换。

控制通路用以传送CPU向I/O设备发出的各种控制命令,或使CPU接受来自I/O设备的反馈信号。 ? P157~ DMA及其作用

DMA(直接存储器)存储技术,其特点是I/O设备与主存之间有一条直接数据通路,I/O设备可以与主存直接交换信息,使CPU在I/O设备与主存直接交换信息时能继续完成自身的工作,故资源利用率得到了进一步提高。 ? P158~ 输入输出系统的组成

输入输出系统的组成由I/O软件和I/O硬件两部分组成。 ? P158~ I/O软件的主要任务

1. 将用户编制的程序(或数据)输入主机内; 2. 将运算结果输送给用户;

3. 实现输入蔬菜系统与主机工作的协调等。 ? P158~ I/O指令组成部分及其各自作用

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I/O指令由操作码、命令码和设备码组成,操作码字段可作为I/O指令与其它指令的判别代码,命令码体现I/O设备的具体操作,设备码是多台I/O设备的选择码(相当于设备的地址)。 ? P159~ 通道指令及其作用

通道指令是对具有通道的I/O系统专门设置的指令,这类指令一般用以指明参与传送(写入或读取)的数据组在主存中的首地址;指明需要传送的字节数或所传送数据组的末地址;指明所选设备的设备码及完成的某种操作的命令码。

? P159~ 通道控制字、通道程序

通道控制字是通道用于执行I/O操作的指令,可以由管理程序存放在主存的任何地方,由通道从主存中取出并执行。通道程序即由通道指令组成,它完成某种外围设备与主存之间传送信息的操作。 ? P159~ I/O硬件的组成

在带有接口的I/O系统中,一般包括接口模块及I/O设备两大部分。 ? P160~ I/O设备编址方式及其特点

1. 统一编址:将I/O地址看做是存储器地址的一部分,特点是占用了存储

空间,减少了主存容量,但无须专用的I/O指令;

2. 不统一编址:I/O指令和存储器地址是分开的,所有对I/O设备的访问必

须有专用的I/O指令,特点是由于不占主存空间,故不影响主存容量,但需设I/O专用指令。

? P161~ I/O设备的三种联络方式

立即响应方式、异步工作采用应答信号联络、同步工作采用同步时标联络。 ? P162~ I/O设备与主机交换信息的5种控制方式

程序查询方式、程序中断方式、直接存储器存储方式(DMA)、I/O通道方式、I/O处理机方式。 ? P166~ I/O设备分类

人机交互设备、计算机信息的存储设备、机-机通信设备。 ? P186~ 接口;为什么需要接口?

接口可以看做 两个系统或两个部件之间的交接部分,它既可以是两种设备之间的连接电路,也可以是两个软件之间的共同逻辑边界。主机与I/O设备间设置接口的理由如下:

1. 一台机器通常配有多台I/O设备,它们各自有其设备号(地址),通过接

口可实现I/O设备的选择;

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2. I/O设备种类繁多,速度不一,与CPU速度相差可能很大,通过接口可实

现数据缓冲,达到速度匹配;

3. 有些I/O设备可能串行传送数据,而CPU一般为并行传送,通过接口可

实现数据串-并格式的转换;

4. I/O设备的输入输出电平可能与CPU的输入输出电平不同,通过接口可实

现电平转换;

5. CPU启动I/O设备工作,要向I/O设备发各种控制信号,通过接口可传送

控制命令;

6. I/O设备需将其工作状态及时向CPU报告,通过接口可监视设备的工作状

态,并可保存状态信息,供CPU查询。

? P187~ I/O总线组成

数据线、设备选择线、命令线和状态线。 ? P188~ 接口功能

地址功能、传送命令的功能、传送数据的功能和反映I/O设备工作状态的功能。

? P189~ 接口分类

1. 按数据传送方式分类,有并行接口和串行接口两类;

2. 按功能选择的灵活性分类,有可编程接口和不可编程接口两种; 3. 按通用性分类通用接口和专用接口;

4. 按数据传送的控制方式分类,有程序型接口和DMA接口。 ? P194~ 中断

计算机在执行程序的过程中,当出现异常情况或特殊请求时,计算机停止现行程序的运行,转向这些异常情况或特殊请求的处理,处理介绍后再返回到现行程序的间断处,继续执行原程序,这就是“中断”。 ? P199~ 中断处理过程的5个阶段

中断请求、中断判优、中断响应、中断服务和中断返回。 ? P199~ 中断服务程序流程的四大部分

保护现场、中断服务、恢复现场和中断返回。 ? P203~ DMA与主存交换数据的三种方式

停止CPU访问主存、周期挪用、DMA与CPU交替访问。 ? P204~ DMA接口的功能

1. 向CPU申请DMA传送;

2. 在CPU允许DMA工作时,处理总线控制权的转交,避免因进入DMA工作

而影响CPU正常活动或引起总线竞争;

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