计算机组成原理（2）复习提纲

本来想自己做整理的，偶然间想起曾经有先人给我们留下的遗产，在此做一个备份

计算机组成原理2整理复习资料

第三章多层次的存储器

l  P65 表3.1

 

l  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

 

l  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。

 

l  P72 例2图3.9

l  P73 例3图3.10

 

l  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。

 

l  ROM PROM EPROM FLASH优缺点概念

掩模ROM

可编程ROM

PROM 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。

 

l  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。

 

l  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

l  Cache 命中率、平均访问时间访问效率 P92 例6

Nc：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/tc

e：访问效率。tc/ta=tc/(h*tc+(1-h)*tm)=1/(h+(1-h)*r)=1/(r+(1-r)*h)

 

 

l  映射方式全相联、直接、组相联 P96 例 7、8、9

cache数据块大小称为行Li（i=0——2^r-1），主存数据块大小称为块Bi（i=0——2^s-1）。行与块是等长的，每个行（块）由k=2^w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=2^w，主存的块数=2^s，标记大小=s，cache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=2^(s+w)，行大小=块大小=2^w，主存的块数=2^s，cache行数=m=2^r。

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=2^(s+w)，行大小=块大小=2^w，主存的块数=2^s，每组行数=k，每组的v=2^d，cache行数=kv

l  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。

l  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。

l  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

 

l  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。

l  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。

l  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

l  外围设备

组成：存储介质 驱动装置 控制电路

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

l  磁盘上的信息分布

l  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

l  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、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

l  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（DMA）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。

l  P240 中断方式

 

 

 

 

 

 

 

 

l  P242 图8.6

BS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1

EI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1

IM中断屏蔽触发器1CPU不受理外界的中断

 

 

 

 

 

 

 

 

l  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。

 

 

l  P251 DMA传送方式原理、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

l  P258 通道

l  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。