计算机组成原理复习整理

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1、计算机组成原理 2整理复习资料第三章 多层次的存储器 P65 表 3.1 P66 SRAM (静态读写存储器)和DRAM (动态读写存储器)的比较SRAM 存取速度快,但容量不如 DRAM P71 DRAM 刷新DRAM 存储位元是给予电容器上的电荷量存储,这个电荷量随着时间和温度而减少,因此 必须定期刷新,以保持它们原来记忆的正确信息。集中式刷新:DRAM的所有行在每一个刷新中期中都被刷新。分散式刷新:每一行的刷新插入到正常的读/写周期之中。 P72 例 2 图3.9 P73 例 3 图3.10 RAM 和 ROM 的区别SRAM和DRAM都是随机读写存储器,它们的特点是数据可读可写。ROM

2、 是只读存储器,工作时只能读出,不能写入。其中存储的原始数据,必须在它工作以 前写入。只读存储器工作可靠,保密性强。 ROM PROM EPROM FLASH 优缺点 概念掩模 ROM可编程 ROMPROM 一次性编程。EPROM光擦除可编程可读存储器,根据需要写入,需要更新时将元存储内容抹去,再写 入新的内容。FLASH 高密度非失易失行的读/写存储器。高密度意味着它具有巨大比特数目的存储容量。 非易失性以为这存放的数据在没有电源的情况下可以长期保持。 模块化存储器编址方式:顺序、交叉(工作原理,概念) 图 3.26 顺序:某个模块存取时,其他模块不工作。某个模块出现故障时,其他模块可以正常

3、故障。 添加模块来扩充存储器容量也比较方便。但是各模块串行工作,存储器的带宽受到了限制。 交叉:可以实现多模块流水式并行存取,大大提高存储器的带宽。 Cache 定义、功能 和 CPU 和主存间速度、基本原理cache是一种高速缓冲存储器,是为了解决CPU和主存速度不匹配而采用的技术。原理基于程序运行中具有的空间局部性和时间局部性的特征。cache 位于 CPU 内,由全硬件组成,速度快于主存 Cache命中率、平均访问时间 访问效率P92例6Nc:cache 完成存取的总次数。Nm:主存完成存取的总次数h:命中率。Nc/(Nc+Nm) tc :命中时cache访问时间 tm :未命中时的主存

4、访问时间ta: cache/主存心态的平均访问时间。ta=h*tc+(1-h)*tm r:主存慢于cache的倍率。tm/tce:访问效率。tc/ta=tc/( h*tc+(1-h)*tm) = 1/(h+(1-h)*r)=1/(r+(1-r)*h) 映射方式 全相联、直接、组相联 P96 例 7、 8、 9cache数据块大小称为行Li (i=02H-1),主存数据块大小称为块Bi (i=02-1)。行 与块是等长的,每个行(块)由k=2w个连续字组成。全相联映射方式主存地址长度=s+w位(标记大小S,字号w),寻址单元长度=行大小=块大小=2P,主存 的块数=2s,标记大小=s, cach

5、e行数不由地址格式确定。直接映射方式主存地址长度=s+w位(标记大小=s-r,行号r,字号w),寻址单元长度=2A(s+w),行大小= 块大小=2w,主存的块数=2As,cache行数=m=2r。组相联映射方式主存地址长度=s+w位(标记大小=s-d,组号d,字号w),寻址单元长度=2A(s+w),行大小= 块大小=2w,主存的块数=2As,每组行数二k,每组的v=2Ad,cache行数=kv 写策略 P97写回法:当CPU写cache命中时,只修改cache的内容,而不立即写入主存;只有当此行被 换出时才写回主存。全写法:当写cache命中时,cache与主存同时发生写修改,因而较好地维护了

6、 cache与主存 的内容的一致性。写一次法:写命中与写未命中的处理方法与写回法基本相同,只是第一次写命中是要同时写 入主存。 3.7 虚拟存储器(实地址、虚地址) 虚地址(逻辑地址):用户编织程序时使用的地址 实地址(物理地址):计算机物理内存的访问地址。 3 种传送方式第六章 总线系统总线分类:内部总线、系统总线、I/O总线总线特性:物理特性、功能特性、电气特性、时间特性 单总线多总线优缺点、特点 单总线 所有的高速设备和低俗设备都挂在同一总线上,切总线只能分时工作,即某一时间只能 运行一对设备之间传送数据。连接到总线上的逻辑部件必须高速运行,一边在某些设备需要使用总线时,能迅速获得 总线

7、控制权;而当不再使用总线时,能迅速放弃总线控制权。否则,由于一条总线由多 种功能部件共用,可能导致很大的时间延迟。结构简单,容易扩展多CPU系统。多总线 多总线结构体现了高速、中速、低俗设备连接到不同的总线上同时进行工作,以提高总 线的效率和吞吐量,而且处理器结构的变化不影响高速总线。总线仲裁方式:集中式 分布式特点集中式仲裁:链式查询方式 优点:只用很少几根线就能按一定优先次序实现总线仲裁,并且这种链式结构很容 易扩充设备。缺点:对询问链的电路故障很敏感。优先级固定,如果优先级高的设 备出现频繁的请求时,那么优先级低的设备可能长期不能使用总线。计数器定时查询方式 优先级的顺序是固定的,如果从

8、中止点开始,优先级相等。这样可以方便改变有线 次序,但是是以增加线数为代价。独立请求方式优点 响应时间快,对优先次序的控制相当灵活,可以通过程序来改变优先次序, 可以用屏蔽某个请求的办法,不响应来自无效设备的请求。分布式仲裁: 每个功能模块都有自己的仲裁号和仲裁器,有总线请求时,把唯一的仲裁号发送到 共享的仲裁总线上,每个仲裁器讲中拆总线上得到的号与自己的号进行比较,如果仲裁 总线上的号大,则他的总线请求不予响应,并撤销仲裁号。获胜者的仲裁号保留在仲裁 总线上。 PCI 总线 P200同步时序协议 集中式仲裁策略 支持无线的猝发式传送第七章外存与I/O设备 外围设备组成:存储介质 驱动装置 控

9、制电路分类:输入设备 输出设备 外村设备 数据通信设备 过程控制设备 磁盘上的信息分布 信息指标(道密度 位密度)例 1存储密度 道密度:眼磁盘半径方向单位长度上的磁道数。道/英寸。 位密度:刺刀单位长度上能记录的二进制代码位数。位/英寸。面密度:位密度和到密度的乘积。位/平方英寸Ta 平均存取时间Ts平均找道时间1/2r平均等待时间r磁盘旋转速率N每磁道字节数b传送的字 节数Ta=Ts+1/(2*r)+b/(r*N)Dr 数据传输率D位密度v磁盘旋转的线速度 磁盘选择速度n转/秒 磁道容量N个字节 Dr=nN=Dv 显示P224 分辨率是指显示器所能表示的像素个数。取决于显像管荧光粉的粒度、

10、荧光屏的尺寸和 CRT电子束的聚焦能力。像素越高,分辨率越高,图像越清晰。 灰度级是指黑白显示器中所显示的像素点的亮暗差别,在彩色显示器中表现为颜色的不 同。取决于每个像素对应刷新存储器单元的位数和CRT本身的性能。灰度级越多,图像层次越清楚逼真。第八章 输入输出系统 P236 信息交换方式 软/硬件 实行 适用于。 程序查询方式 软件CPU的操作和外围设备的操作能够同步,而且硬件结构比较简单。CPU浪费很大。仅 适用于单片机和数字处理机DSP。程序中断方式 软件外围设备通知CPU送出输入数据或接受输出数据的一种方式。适用于随机出现的服务, 并且一旦提出要求,应立即进行。微机。直接内存访问(D

11、MA)方式硬件 适用于内存和告诉外围设备之间大批数据交换的场合,微机。通道方式 硬件大型计算机。 P240 中断方式P242 图 8.6BS 工作标志触发器RD中断触发器准备就绪的标准做好一次数据的接受或传送1EI允许中断触发器 某设备可以向CPU发出中断请求1 (软件控制是否允许设备发出 中断请求)IR 中断请求触发器 某设备发出了中断请求1IM中断屏蔽触发器1 CPU不受理外界的中断P243 单级中断 多级中断 保护现场信息堆栈 好处:控制逻辑简单,保存和回复限产的过程按先进后出顺序进行;每一级中断不必单 独设置现场保护区,各级中断限产可按顺序放在同一个栈里。P251 DMA 传送方式 原

12、理、优点DMA控制器从CPU完全接管对总线的控制,数据交换不经过CPU,而直接在内存和 I/O 设备之间进行。DMA和CPU分时使用内存:1、停止CPU访内2、周期挪用3、DMA与CPU交替访 内P258 通道P260 工作方式 选择、多路 基本思路 选择通道 用于连接高速外围设备(磁盘磁带),以数据块方式船速。由于传输率很高,所有职位 一台设备符文是合理的。但是这类设备的辅助操作时间很长。多路通道数组多路通道当某设备进行数据传送时,通道只为改设备服务。当设备执行寻址,通道暂时断开与这 个设备的连接,挂起该设备的通道程序,去为其他设备服务。优点:保留了选择通道高速传送数据的优点,又充分利用了控制性操作的时间间隔为其 他设备服务,是通道效率得到充分发挥。字节多路通道 用于连接大量的低速设备(键盘打印机)。这些设备的数据传输率很低, 传送两个字节之间有很多空闲时间,字节多路通道利用这个空闲时间为其他设备服务 共同点:都是多路通道,在一段时间内能交替执行多个设备的通道程序,社这些设备同 时工作。

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