计算机组成原理总结

总线的分类：

• 按数据传送方式：并行传输总线和串行传输总线。
• 在并行传输总线中又可分为：
  8位，16位，32位，64位等传输总线。
• 片内总线： 是指芯片内部的总线。
• CPU芯片内部
• 寄存器与寄存器之间
• 寄存器与运算逻辑单元ALU之间
  以上均由片内总线连接。
• 系统总线：是指计算机各大部件（CPU，I/O，主存……）之间的的信息传输线。也称为板间总线，和板级总线。
• 按传输信息的不同，又可分为三类：
• 数据总线
• 地址总线
• 控制总线

总线的特征：

• 总线的特征：
• 机械特征：几何形状，引脚数……
• 电气特征：信号的传递方向和有效的电平范围。
• 功能特性：是指总线中每根数据线的功能。
• 时间特性：是指总线在什么时间内有效。

总线结构 ：

总线结构通常可分为单总线结构和多总线结构。

总线的判优控制

• 链式查询
  ：连线简单，易于扩充，对电路故障最敏感。

• 计数器定时查询：
  采用查询方式的集中式总线控制方式。查询方式的原理是在总线控制器中设置一个查询计数器。由控制器轮流地对各部件进行测试，看其是否发出总线请求。当总线控制器收到申请总线的信号后，计数器开始计数，如果申请部件编号与计数器输出一致，则计数器停止计数，该部件可以获得总线使用权，并建立总线忙信号，然后开始总线操作。使用完毕后，撤消总线忙信号，释放总线，若此时还有总线请求信号，控制器继续进行轮流查询，开始下一个总线分配过程。

  
  
  

  计数器定时查询
  
  

  优先级设置灵活，对故障不敏感。连线及控制过程较为复杂。

• 独立请求：
  每个部件都有各自的一对总线请求和总线允许线，各部件可以独立地向控制器发出总线请求，总线已被分配信号线是所有部件公用的，如图所示。当部件要申请使用总线时，送总线请求信号到总线控制器，如果总线已被分配信号线还未建立，即总线空闲时，总线控制器按照某种算法对同时送来的请求进行裁决，确定响应哪个部件发来的总线请求，然后返回这个部件相应的总线允许信号，部件得到总线允许信号后，去除其请求，建立总线已被分配信号，这次的总线分配结束，直至该部件传输完数据，撤消总线已被分配信号，经总线控制器去除总线准许信号，可以接受新的申请信号，开始下一次的总线分配。

  
  
  

  独立请求
  
  

  独立请求速度最快，但硬件器件用量最大，连线多，成本较高。
  其中第一种最不稳定。

总线通信控制

• 同步通信：
  要求发收双方具有同频同相的同步时钟信号，只需在传送报文的最前面附加特定的同步字符，使发收双方建立同步，此后便在同步时钟的控制下逐位发送/接收。
• 异步通信：
  异步通信克服了同步通信的缺点，允许各模块速度的不一致性，给设计者充 分的灵活性和选择余地。它没有公共的时钟标准，不要求所有部件严格的统一操作时间，而是采用应答方式（又称握手方式），即当主模块发出请求信号时，一直等待从模块反馈回来“响应”信号后，才开始通信。当然，这就要求主、从模块之间增加两条应答线。
• 不互锁
• 半互锁
• 全互锁
• 半同步通信
• 分离式通信

总线复用：

一条信号线上分时传送两种信号。例如，通常地址总线与数据总线在物理上 是分开的两种总线，地址总线传输地址码，数据总线传输数据信息。为了提高总线的利用率，优化设计，特将地址总线和数据总线共用一组物理线路，在这组物理线路上分时传输地址信号和数据信号，即为总线的多路复用。

存储器

• 存储器的分类：
  1.按存储器介质分类：半导体，磁面，磁芯，光盘。
  2.按存取方式分类： 随机存储器RAM，只读存储器ROM，串行访问存储器。
  3.按在计算机中的作用分类：主存，辅助存储器，缓冲存储器。

• 层次结构：
  存储系统层次结构主要体现在缓存-主存和主存-辅存这两个存储层次上。

SRAM和DRAM的读写原理：

• 静态存储单元（SRAM）

●存储原理：由触发器存储数据
●单元结构：六管NMOS或OS构成
●优点：速度快、使用简单、不需刷新、静态功耗极低；常用作Cache
●缺点：元件数多、集成度低、运行功耗大
●常用的SRAM集成芯片：6116(2K×8位)，6264(8K×8位)，62256(32K×8位)，2114(1K×4位)

• 动态存储单元（DRAM）

●存贮原理：利用MOS管栅极电容可以存储电荷的原理，需刷新（早期：三管基本单元；现在：单管基本单元）
●刷新(再生)：为及时补充漏掉的电荷以避免存储的信息丢失，必须定时给栅极电容补充电荷的操作
●刷新时间：定期进行刷新操作的时间。该时间必须小于栅极电容自然保持信息的时间（小于2ms）。
●优点： 集成度远高于SRAM、功耗低，价格也低
●缺点：因需刷新而使外围电路复杂；刷新也使存取速度较SRAM慢，所以在计算机中，SRAM常用于作主存储器。
尽管如此，由于DRAM[1]存储单元的结构简单，所用元件少，集成度高，功耗低，所以目前已成为大容量RAM的主流产品。

DRAM的刷新方式（集中，分散，异步）：

• 集中刷新：是在规定的一个刷新周期内，对全部存储单元集中一段时间逐行进行刷新，此 刻必须停止读/写操作。
• 分散刷新：是指对每行存储单元的刷新分散到每个存取周期内完成。在每个存取操作后绑定一个刷新操作。
• 异步刷新: 上述两种刷新方式的结合。个人理解就是赶在每次电荷丢失之前，进行一次分散刷新。每行以电荷丢失时间为刷新周期。

MROM、PROM、EPROM、EEPROM、FlashROM

1. 掩模ROM（MROM）：用户无法改变原始状态。
2. PROM：是可以实现一次性编程的只读存储器，不得再修改。
3. EPROM：是一种可擦除可编程的只读存储器。（紫外线照射只能一次全部擦除或者用电 气方法可局部擦写）。
4. EEPROM：电可擦除只读存储器。
5. FlashROM：闪存。

存储器与CPU的连接（会设计与画图）

……

存储器的校验（奇偶校验，CRC校验）

……

输入与输出系统

• I/O设备的编址方式：
  通常将I/O设备码看作是地址码，对I/O地址码的编址方式可采用两种形式：
• 统一编址：统一编址就是将I/O设备看做是存储器的一部分。
• 不统一编址 ：就是将I/O地址与存储器地址分开，所以对I/O设备的访问必须要有专用的I/O指令。
• 设备寻址：每台设备都被赋予一个设备号，当要启动某一设备时直接由I/O指令的设备码字段直接给出要启动的设备号，通过接口电路中的设备选择电路，便可选中要交换信息的设备。