計算機組成原理第七章筆記記錄

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基本概念

演變過程

I/O系統基本組成

I/O軟體

包括驅動程式、使用者程式、管理程式、更新更新檔等

下面的兩種方式是用來實作CPU和I/O裝置的資訊交換的

I/O指令

CPU指令的一部分,由操作碼,指令碼,裝置碼

操作碼:識别I/O指令

指令碼:做什麼操作

裝置碼:對那個裝置進行操作

通道指令

通道自身的指令，它是放在主存中的

指出資料的首位址、傳送字數、操作指令，由CPU執行啟動I/O裝置的指令,由通道代替CPU對I/O裝置進行管理

I/O硬體

包括外部裝置(包括裝置控制器,機、電、光、磁部分)、裝置控制器和接口、I/O總線等

外部裝置

輸入裝置

用來向計算機輸入資訊的，就比如鍵盤和滑鼠

鍵盤

就是每按下一個鍵，電路接通，傳入計算機，内部有一個編碼對應表，這個我不是很清楚，我把這裡當作是了解下的

鍵盤輸入資訊可分為3個步驟:

1. 哪個鍵被按下了
2. 将鍵翻譯成主機能夠接收的編碼
3. 将編碼傳送給主機

滑鼠

機械式與光電式，原理就是滑鼠在平面上移動時，底部傳感器把運動的方向和距離檢測出來，進而控制光标做相應運動

輸出裝置

用來将計算機的處理結果以人類能夠識别的方式展現出來，就比如：列印機，顯示器，

顯示器

按照顯示裝置所用的顯示器件分類

1. 陰極射線管(CRT)顯示器

   特點:可視角度大,無壞點,色彩還原度高,色度均勻,可調節的多分辨率模式,響應時間短

   按照顯示資訊内容不同可以分為

   字元顯示器

   圖形顯示器

   圖像顯示器

   按照掃描方式不同可分為

   光栅掃描顯示器

   随機掃描顯示器

2. 液晶顯示器(LCD)

   特點:體積小,重量輕,省電,無輻射,綠色環保等等

3. LED顯示器

   按所顯示的資訊内容分類

4. 字元顯示器
5. 圖形顯示器
6. 圖像顯示器

參數

• 螢幕大小:以對角線的長度來衡量
• 分辨率:螢幕上有多少像素點，以寬，高的像素的乘積表示
• 灰階級:描述像素點的顔色的，灰階級越多，圖像層次越清楚逼真
• 重新整理:由于光點在螢幕上很快就消失，必須在消失之前重新掃描顯示一遍，稱為重新整理
• 重新整理頻率：機關時間内掃描整個螢幕内容的次數，常用的60~120Hz

• 顯示存儲器(VRAM)：顯存

  VRAM容量:分辨率×灰階級位數

  VRAM帶寬:分辨率×灰階級位數×幀頻

列印機

按照印字原理不同可以分為

擊打式列印機：拿色帶與紙向撞擊

優點:裝置成本低，印字品質好

缺點:噪聲大,速度慢

非擊打式列印機:采用實體、化學方法來印刷字元

優點：速度快，噪聲小

缺點：成本高

按照工作方式不同分為:

針式列印機

特點：成本低,列印分辨率和列印速度不夠高

噴墨式列印機

特點:噪聲小,比針式列印機要快，防水差，高品質列印的時候對紙張有要求

雷射列印機

特點:品質高,速度快,噪聲小,處理能力強,成本高,對紙張有要求

外存裝置

除了計算機記憶體及其CPU緩存等以外的存儲器。就比如硬碟，磁盤，CD光牒,CD

磁表面存儲器的優點

存儲容量大,位價格低

記錄媒體可以重複使用

記錄資訊可以長期儲存

非破壞讀出

缺點

存取速度慢

機械結構複雜

對工作環境要求高，搞不好就消磁了，完犢子

磁盤存儲器

組成

存儲區域：由若幹記錄面，每個記錄面劃分為若幹條磁盤,而每條磁道又劃分為若幹個扇區,扇區是磁盤讀寫的最小機關。

磁頭數表明有多少記錄面數

柱面數表明一面有多少磁道

扇區數：每一條磁盤上有多少扇區

磁盤存儲器的構成

磁盤驅動器、磁盤控制器和盤片組成

磁盤驅動器核心部件就是磁頭元件和盤片元件

磁盤控制器是硬碟存儲器和主機的接口

性能名額

• 磁盤容量：能存儲的位元組總數，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單元總數

  格式化容量就是按照某種特定的記錄格式所能存儲資訊的總量

• 記錄密度:盤片機關面積上記錄的二進制的資訊量

  道密度：磁盤半徑方向機關長度上的磁道數，這個乘以長度得到每個面上的磁道數

  位密度：磁道機關長度上能記錄的二進制代碼位數 乘以圓環長度得到二進制代碼位數

  面密度：位密度和道密度的乘積

• 平均存取時間=尋道時間（磁頭移動到目的磁道）+旋轉延遲時間（磁頭定位到所在扇區）+傳輸時間（傳輸資料所花費的時間）
• 資料傳輸率：的那位時間内向主機傳送資料的位元組數

磁盤位址

硬碟的工作過程

尋址、讀盤、寫盤

另外硬碟的讀寫操作是串行的

RAID(廉價備援磁盤陣列):多個獨立的實體磁盤組成一個獨立的邏輯盤,資料在多個實體盤分割交叉存儲，并行通路，具有更好的存儲性能，可靠性和安全性

RAID0:無備援和無校驗的磁盤整列，這個沒有容錯能力，把多個磁盤當成一個磁盤來用

RAID1:鏡像磁盤陣列，就是備援存儲

RAID2:采用糾錯的海明碼的磁盤陣列

RAID3:位交叉奇偶校驗的磁盤陣列

RAID4:塊交叉奇偶校驗的磁盤陣列

RAID5:無獨立校驗的奇偶磁盤整列

CD光牒存儲器

特點:存儲密度高，便攜性好，容量大，成本低，存儲期限長

CD光牒的類型，看到名字知道是幹嘛的就行

CD-ROM:隻讀

CD-R:隻能寫入一次，之後不能修改

CD-RW:可反複讀寫

DVD-ROM:高容量的CD-ROM

固态硬碟

基于閃存的。可靠性高

I/O方式

程式查詢方式

CPU查詢等待并傳輸I/O資料，在此期間，CPU不能做任何事情

程式查詢方式流程圖

程式查詢方式接口結構

例題

程式中斷方式

I/O裝置的資料準備好了，和CPU說聲，CPU知道I/O裝置資料準備好了，開始傳送，傳送期間,CPU需要進行中斷服務程式，實作I/O與主機之間的傳送

DMA方式

這種方式進一步的解放了CPU，CPU隻需要處理一下DMA請求，主存和I/O交換資訊時由DMA控制器控制

這個了解一下

DMA控制器

DMA傳送過程

DMA傳送方式

DMA方式的特點

DMA與中斷方式的對比

例題

I/O接口

接口的功能

I/O接口的基本結構

接口與端口的差別

I/O接口及其編址

I/O接口的類型

按資料傳送方式(外設與接口)可分為

并行接口：一個位元組或一個字所有位同時傳送

串行接口：一位一位地傳送

主機和接口地一側資料總是并行傳送地。接口要完成資料格式轉換

按主機通路I/O裝置地控制方式可分為

程式查詢接口

中斷接口

DMA接口

按功能選擇地靈活性可分為

可程式設計接口

不可程式設計接口

中斷系統

概念

執行現行程式地過程中,出現特殊請求和急需處理地異常情況,CPU暫時中止先行程式,處理上面提到地特殊請求，處理完成後CPU自動傳回線性程式地斷電處,繼續執行源程式

中斷地工作流程

1. 中斷請求:中斷源向CPU發送中斷請求信号
2. 中斷響應:響應中斷地條件。中斷判優:多個中斷源同時提出請求時通過中斷判優邏輯響應一個中斷源

3. 中斷處理

   中斷隐指令

   中斷服務程式

中斷請求地分類

中斷請求标記

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，并且你回來之後會記得原先打斷得位置，從打斷的位置繼續。

中斷請求标記就是讓計算機知道是誰發出中斷的，設定一個中斷請求标記觸發器INTR，當其狀态為1時,表示中斷源有請求。這些觸發器可以組成中斷請求标記寄存器，該寄存器可集中在CPU中,也可分散在各個中斷源中

對于外中斷,CPU在統一的時刻(每條指令執行階段結束前)向接口發出中斷查詢信号以擷取I/O的中斷請求,CPU響應中斷的時間是在每條指令執行階段的結束時刻

CPU響應中斷需要滿足3個條件

中斷源有中斷請求。CPU允許中斷即開中斷。一條指令執行完畢，并且沒有更緊迫的任務

中斷判優

硬體實作 硬體排隊器

軟體實作 查詢程式

中斷判優-優先級設定

1. 硬體故障中斷屬于最進階,其次是軟體中斷
2. 非屏蔽中斷優于可屏蔽中斷
3. DMA請求優于I/O裝置傳送的中斷請求
4. 告訴裝置優于低速裝置
5. 輸入裝置優于輸出裝置
6. 實時裝置優于普通裝置

中斷處理過程

硬體向量法

中斷隐指令的主要任務

1. 關中斷，防止被新的中斷所打斷
2. 儲存斷點，儲存原來程式的斷點 就是PC(程式計數器）的内容
3. 引出中斷程式 将中斷服務程式的入口位址并傳送給程式計數器PC

軟體查詢法

這個了解

單重中斷與多重中斷

中斷屏蔽技術

這個主要是用于多重中斷,CPU要具有多重中斷的功能，須滿足下列條件

①在中斷服務程式中提前設定開中斷指令

②優先級别搞得中斷源有權中斷優先級别低的中斷源

每個中斷源都有一個屏蔽觸發器，1表示屏蔽該中斷源的請求，0表示可以正常盛情。所有屏蔽觸發器組合在一起便構成一個屏蔽字寄存器，屏蔽字寄存器的内容稱為屏蔽字

屏蔽字設定的規律

1. 每個中斷源對應一個屏蔽字(在處理該中斷源的中斷服務程式時，屏蔽寄存器中的内容為該中斷源對應的屏蔽字)
2. 屏蔽字中1越多，優先級越高，每個屏蔽字中至少有一個1（要能屏蔽自身的中斷)

中斷練習

1)給定的處理次序為D>A>C>B

則D的優先級最高，全一

能屏蔽A的隻有D,除了A(行)D(列)為0其餘全部為1

能屏蔽C的隻有DA,除了C(行)D(列)和C行A列為0，其餘全部為1

B的優先級最低，隻有B行B列為1其餘全部為0

中斷系統小結

結束了，也是開始了。