计算机组成原理之组成篇

一、计算机总线

• 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（例如USB）；

 

１、总线的分类

• 片内总线：芯片内部的总线，连接寄存器与寄存器、寄存器与控制器、运算器；
• 系统总线：连接计算机外围的各种设备的总线；

 

系统总线

• 数据总线：一般与CPU位数相同（３２位，６４位，如果是３２位的，那么一次可以传输３２个ｂｉｔ即４个字节的数据），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；
• 地址总线：地址总线位数＝５，寻址范围：０～２⁵（打印方便，读的时候把５看作ｎ），指定源数据或者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；
• 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送给另一个组件，控制总线可以监视不同组件之间的状态（就绪／未就绪）；

 

２、计算机总线的仲裁

为了解决总线使用权的冲突问题；

 

总线的仲裁方法：

• 链式查询
• 定时器定时查询
• 独立请求

 

Ⅰ、链式查询

• 好处：电路复杂度低，仲裁方式简单；
• 坏处：优先级低的设别难以获取总线使用权；对电路故障敏感；

 

Ⅱ、定时器定时查询

• 仲裁控制器对设备编号并使用计数器累计确认；
• 接收到仲裁信号后，往所有设备发出计数值；
• 计数值与设别编号一致则获取总线使用权；

相当于就是一个编号的链式查询，只不过它这种情况下不是按照优先级排列的；

 

Ⅲ、独立请求

• 每个设备均会有总线独立连接仲裁器；
• 设备可以单独向仲裁器发送请求和接收请求；
• 当同时收到多个请求时，总线仲裁器可以按照设备优先级分配使用权；

好处：响应速度快，优先顺序可动态改变；

坏处：设备连线多，总线控制复杂；

 

二、计算机的输入输出设备

 

CPU与IO设备的通信方法

• 程序中断
• DMA（直接存储器访问）

 

１、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的一种异步方式；
• CPU可以高速运转同时兼顾低速设备的响应；

但是这种方式会频繁打断CPU的运行，降低了CPU的效率；

 

 

２、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；

这样可以提高CPU的效率；

 

三、计算机存储器概览

1、存储器的分类

 

按照存储介质分类：

1. 半导体存储器（内存、U盘、固态硬盘）；
2. 磁存储器（磁带、磁盘）；

 

按照存取方式分类：

1. 随机存储器（RAM），随机读取，与位置无关；
2. 串行存储器，与位置有关，按照顺序查找；
3. 只读存储器（ROM），只读不写；

 

2、存储器的层次结构

缓存-主存层次 原理：局部性原理，即在CPU和主存之间增加一层速度快（容量小）的Cache，为了解决CPU和内存速度不匹配的问题；

 

局部性原理：在CPU访问存储器时，无论是存取指令还是读取数据，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，主存之外增加辅助存储器（磁盘、SD卡、U盘等），为了解决主存容量不足的问题；