计算机组成原理第七章笔记记录

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基本概念

演变过程

I/O系统基本组成

I/O软件

包括驱动程序、用户程序、管理程序、升级补丁等
下面的两种方式是用来实现CPU和I/O设备的信息交换的

I/O指令

CPU指令的一部分,由操作码,命令码,设备码
操作码:识别I/O指令
命令码:做什么操作
设备码:对那个设备进行操作

通道指令

通道自身的指令，它是放在主存中的
指出数据的首地址、传送字数、操作命令，由CPU执行启动I/O设备的指令,由通道代替CPU对I/O设备进行管理

I/O硬件

包括外部设备(包括设备控制器,机、电、光、磁部分)、设备控制器和接口、I/O总线等

外部设备

输入设备

用来向计算机输入信息的，就比如键盘和鼠标

键盘

就是每按下一个键，电路接通，传入计算机，内部有一个编码对应表，这个我不是很清楚，我把这里当作是了解下的
键盘输入信息可分为3个步骤:

1. 哪个键被按下了
2. 将键翻译成主机能够接收的编码
3. 将编码传送给主机

鼠标

机械式与光电式，原理就是鼠标在平面上移动时，底部传感器把运动的方向和距离检测出来，从而控制光标做相应运动

输出设备

用来将计算机的处理结果以人类能够识别的方式展现出来，就比如：打印机，显示器，

显示器

按照显示设备所用的显示器件分类

1. 阴极射线管(CRT)显示器
   特点:可视角度大,无坏点,色彩还原度高,色度均匀,可调节的多分辨率模式,响应时间短
   按照显示信息内容不同可以分为
   字符显示器
   图形显示器
   图像显示器
   按照扫描方式不同可分为
   光栅扫描显示器
   随机扫描显示器
2. 液晶显示器(LCD)
   特点:体积小,重量轻,省电,无辐射,绿色环保等等
3. LED显示器
   按所显示的信息内容分类
4. 字符显示器
5. 图形显示器
6. 图像显示器

参数

• 屏幕大小:以对角线的长度来衡量
• 分辨率:屏幕上有多少像素点，以宽，高的像素的乘积表示
• 灰度级:描述像素点的颜色的，灰度级越多，图像层次越清楚逼真
• 刷新:由于光点在屏幕上很快就消失，必须在消失之前重新扫描显示一遍，称为刷新
• 刷新频率：单位时间内扫描整个屏幕内容的次数，常用的60~120Hz
• 显示存储器(VRAM)：显存
  VRAM容量:分辨率×灰度级位数
  VRAM带宽:分辨率×灰度级位数×帧频

打印机

按照印字原理不同可以分为
击打式打印机：拿色带与纸向撞击
优点:设备成本低，印字质量好
缺点:噪声大,速度慢
非击打式打印机:采用物理、化学方法来印刷字符
优点：速度快，噪声小
缺点：成本高
按照工作方式不同分为:
针式打印机
特点：成本低,打印分辨率和打印速度不够高
喷墨式打印机
特点:噪声小,比针式打印机要快，防水差，高质量打印的时候对纸张有要求
激光打印机
特点:质量高,速度快,噪声小,处理能力强,成本高,对纸张有要求

外存设备

除了计算机内存及其CPU缓存等以外的存储器。就比如硬盘，磁盘，光盘,CD
磁表面存储器的优点
存储容量大,位价格低
记录介质可以重复使用
记录信息可以长期保存
非破坏读出
缺点
存取速度慢
机械结构复杂
对工作环境要求高，搞不好就消磁了，完犊子

磁盘存储器

组成
存储区域：由若干记录面，每个记录面划分为若干条磁盘,而每条磁道又划分为若干个扇区,扇区是磁盘读写的最小单位。
磁头数表明有多少记录面数
柱面数表明一面有多少磁道
扇区数：每一条磁盘上有多少扇区

磁盘存储器的构成
磁盘驱动器、磁盘控制器和盘片组成
磁盘驱动器核心部件就是磁头组件和盘片组件
磁盘控制器是硬盘存储器和主机的接口

性能指标

• 磁盘容量：能存储的字节总数，有非格式化容量和格式化容量之分。
  非格式化容量就是指可以利用的磁化单元总数
  格式化容量就是按照某种特定的记录格式所能存储信息的总量
• 记录密度:盘片单位面积上记录的二进制的信息量
  道密度：磁盘半径方向单位长度上的磁道数，这个乘以长度得到每个面上的磁道数
  位密度：磁道单位长度上能记录的二进制代码位数 乘以圆环长度得到二进制代码位数
  面密度：位密度和道密度的乘积
• 平均存取时间=寻道时间（磁头移动到目的磁道）+旋转延迟时间（磁头定位到所在扇区）+传输时间（传输数据所花费的时间）
• 数据传输率：的那位时间内向主机传送数据的字节数

磁盘地址

硬盘的工作过程
寻址、读盘、写盘
另外硬盘的读写操作是串行的

RAID(廉价冗余磁盘阵列):多个独立的物理磁盘组成一个独立的逻辑盘,数据在多个物理盘分割交叉存储，并行访问，具有更好的存储性能，可靠性和安全性
RAID0:无冗余和无校验的磁盘整列，这个没有容错能力，把多个磁盘当成一个磁盘来用
RAID1:镜像磁盘阵列，就是冗余存储
RAID2:采用纠错的海明码的磁盘阵列
RAID3:位交叉奇偶校验的磁盘阵列
RAID4:块交叉奇偶校验的磁盘阵列
RAID5:无独立校验的奇偶磁盘整列

光盘存储器

特点:存储密度高，便携性好，容量大，成本低，存储期限长
光盘的类型，看到名字知道是干嘛的就行
CD-ROM:只读
CD-R:只能写入一次，之后不能修改
CD-RW:可反复读写
DVD-ROM:高容量的CD-ROM

固态硬盘

基于闪存的。可靠性高

I/O方式

程序查询方式

CPU查询等待并传输I/O数据，在此期间，CPU不能做任何事情

程序查询方式流程图

程序查询方式接口结构

例题

程序中断方式

I/O设备的数据准备好了，和CPU说声，CPU知道I/O设备数据准备好了，开始传送，传送期间,CPU需要处理中断服务程序，实现I/O与主机之间的传送

DMA方式

这种方式进一步的解放了CPU，CPU只需要处理一下DMA请求，主存和I/O交换信息时由DMA控制器控制
这个了解一下

DMA控制器

DMA传送过程

DMA传送方式

DMA方式的特点

DMA与中断方式的对比

例题

I/O接口

接口的功能

I/O接口的基本结构

接口与端口的区别

I/O接口及其编址

I/O接口的类型

按数据传送方式(外设与接口)可分为
并行接口：一个字节或一个字所有位同时传送
串行接口：一位一位地传送
主机和接口地一侧数据总是并行传送地。接口要完成数据格式转换
按主机访问I/O设备地控制方式可分为
程序查询接口
中断接口
DMA接口
按功能选择地灵活性可分为
可编程接口
不可编程接口

中断系统

概念

执行现行程序地过程中,出现特殊请求和急需处理地异常情况,CPU暂时中止先行程序,处理上面提到地特殊请求，处理完成后CPU自动返回线性程序地断电处,继续执行源程序

中断地工作流程

1. 中断请求:中断源向CPU发送中断请求信号
2. 中断响应:响应中断地条件。中断判优:多个中断源同时提出请求时通过中断判优逻辑响应一个中断源
3. 中断处理
   中断隐指令
   中断服务程序

中断请求地分类

中断请求标记

就比如你在做一件事情，你家人叫你去做某件事情，你是知道是你家人叫你去的，并且你回来之后会记得原先打断得位置，从打断的位置继续。
中断请求标记就是让计算机知道是谁发出中断的，设置一个中断请求标记触发器INTR，当其状态为1时,表示中断源有请求。这些触发器可以组成中断请求标记寄存器，该寄存器可集中在CPU中,也可分散在各个中断源中

对于外中断,CPU在统一的时刻(每条指令执行阶段结束前)向接口发出中断查询信号以获取I/O的中断请求,CPU响应中断的时间是在每条指令执行阶段的结束时刻

CPU响应中断需要满足3个条件
中断源有中断请求。CPU允许中断即开中断。一条指令执行完毕，并且没有更紧迫的任务

中断判优

硬件实现 硬件排队器

软件实现 查询程序

中断判优-优先级设置

1. 硬件故障中断属于最高级,其次是软件中断
2. 非屏蔽中断优于可屏蔽中断
3. DMA请求优于I/O设备传送的中断请求
4. 告诉设备优于低速设备
5. 输入设备优于输出设备
6. 实时设备优于普通设备

中断处理过程

硬件向量法

中断隐指令的主要任务

1. 关中断，防止被新的中断所打断
2. 保存断点，保存原来程序的断点 就是PC(程序计数器）的内容
3. 引出中断程序 将中断服务程序的入口地址并传送给程序计数器PC

软件查询法

这个了解

单重中断与多重中断

中断屏蔽技术

这个主要是用于多重中断,CPU要具有多重中断的功能，须满足下列条件
①在中断服务程序中提前设置开中断指令
②优先级别搞得中断源有权中断优先级别低的中断源
每个中断源都有一个屏蔽触发器，1表示屏蔽该中断源的请求，0表示可以正常盛情。所有屏蔽触发器组合在一起便构成一个屏蔽字寄存器，屏蔽字寄存器的内容称为屏蔽字

屏蔽字设置的规律

1. 每个中断源对应一个屏蔽字(在处理该中断源的中断服务程序时，屏蔽寄存器中的内容为该中断源对应的屏蔽字)
2. 屏蔽字中1越多，优先级越高，每个屏蔽字中至少有一个1（要能屏蔽自身的中断)

中断练习

1)给定的处理次序为D>A>C>B
则D的优先级最高，全一
能屏蔽A的只有D,除了A(行)D(列)为0其余全部为1
能屏蔽C的只有DA,除了C(行)D(列)和C行A列为0，其余全部为1
B的优先级最低，只有B行B列为1其余全部为0

中断系统小结

结束了，也是开始了。