计算机系统结构笔记第三章

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3.1 存储系统的基本要求和并行主存系统
存储器三个指标：容量，速度，价格
要求 大 快 低
矛盾：1. 速度越快，每位价格就越高
2.容量越大，每位价格就越低
2.容量越大，速度就越慢

提高存储器性能三种方法：时间重叠，资源重复，资源共享

一般用前两种：时间重叠，资源重复

单体单字：
一个存储体一次读出一个字到寄存器
过程：地址寄存器——(定位)——>存储体——（读出一个W位）——寄存器
单体多字
一个存储体一次读出多个字到寄存器
过程：地址寄存器——(定位)——>存储体——（读出多个W位挑出需要的）——单字长寄存器
多体单字交叉存储体（并行存储结构）：
例如：
存储体1 存储体2 存储体3
1 2 3
4 5 6
7 8 9
10
CPU先发信号存储体1（地址寄存器）再发信号存储体2再发给存储体3
【注】：（时间间隔和不能超过存储体1一次接受结果时间）
寄存器接收到的结果：1，2，3 （
此时存储体1再发信号以此类推）4，5，6
（此时存储体1再发信号以此类推）7，8，9
（此时存储体1再发信号以此类推）10

3.2 中断系统
中断服务程序：ISR
大概运行流程：

中断服务/处理程序 ISR
void ISRname(void) interrupt [using name]
函数类型 ——无参数，无返回值 //由于不知道中断什么时候发生，所以中断无参也无返回值，可以通过全局变量赋值，或改变值
ISRname ——中断服务函数名称，由用户自定义
interrupt ——n是中断编号，指示中断向量
例如： 定时器0地中断服务函数
void time0ISR(void) interrupt 1
{
tnOsTimeTick();
}

中断向量：
CPU响应中断时跳转到一个特定地地址开始执行中断服务程序
这个地址就是中断向量 （保存在中断向量表中）

几个中断的基本概念：
中断源：引起中断的事件
五类：1）机器故障中断
2）“异常”（软件中断）一是程序性错误，二是产生特殊运算结果
3）输入-输出设备中断
4）外中断来自控制台的中断开关，定时器，计时器，时钟等其他设备，这类中断处理比较简单，实时性强
5）调用管理程序，用户利用专用指令实现中断
中断请求：中断源向中断系统发出中断服务的申请
中断响应：中断主程序，转去执行中断程序，这个过程被成为中断响应
中断使能：默认中断程序是关闭的，使能就是将他有效（开启）
中断屏蔽：关闭不用的中断程序
中断优先级：请求的紧迫程度不同，优先执行优先级高的
中断嵌套：低优先级中断正在处理时，高优先级中断请求有效

轮询通信流程图（可以代替中断）
请求服务：在处理任务4的外围部件请求服务

缺点：只能在轮询到有请求的时候再提供服务，时间不确定，有时候反应快，有时候慢，导致响应时间不稳定实时性不强

中断系统软硬件分配：
中断请求由硬件做
中断程序软件做

总线系统：
总线系统（Bus）：一组信号线的集合，定义了各个引线的信号，电气，机械特性，是计算机系统的内各部件之间以及部外各系统之间建立联系，进行数据传递和通信
【注：】
同一时间只能有一个信号源（模块和设备）发送信息；
多模块传输信息采用分时操作

总线分类1：根据传递的内容划分(4类）
数据总线：双向，有8根（字节），16根（字），32根（双字）
地址总线：单向，由CPU发出，指定信息源或目的地的地址
有20根（8086），24根（80286），32根
控制总线：单双向都有，控制读写，数据传输，联络，总线判决和中断控制等功能（有时还能读回状态信息）
电源总线：供电
总线分类2：（3类）根据在系统结构中的层次位置划分
片内总线：集成电路内部，用于连接各功能单元的信息通路
内部总线：用于计算机内部
外部总线：用于计算机之间或计算机与其他设备之间

总线控制方式：
集中式控制
分布式总线控制
同步总线
异步总线：必须采用握手协议

I/O系统软件层次结构

总线性能指标：
总线频率：MHz （次/秒）
总线位宽 bit
总线带宽：总线传输率 MB/S

总线带宽 = 总线位宽总线频率 Mb/S
总线带宽=1/8 总线位宽总线频率 MB/S

I/O系统
I/O设备（除计算机管理系统中的所有外部设备）：
1.
存储设备：软盘，硬盘，光盘，磁带等
2.
2.I/O设备：投影，键盘，鼠标，显示器，打印机等

CPU对I/O设备的编址有两种方式：
1.
存储器映射I/O（也称统一编址）：在主存中分配地址
2.
给I/O设备独立编址：通过专门的指令访问外设

CPU与外部设备进行输入/输出的方式
1.
程序轮询
2.
中断 应用：适用中低速的一些设备
3.
DMA（Direct memory access）：直接读入，存取（除了数据传输都需要cpu干预）
4.
通道： 通道是一种特殊的处理机，它有自己的指令和程序，直接传输数据（处理数据不需要CPU干预）

        通道的功能：1）接受CPU发来的I/O指令，并根据指令要求选择指定的外设与通道相连接
                            2）执行通道程序：从主存中逐条取出通道指令，对通道指令进行译码，并根据需要向被选中的设备控制器发出各种各样的操作命令。
                            3）对外设中要进行读写操作的数据所在的地址：比如磁盘存储器的柱面号，磁头号，扇区号等
                            4）给出主存缓存区首地址
                            5）控制外设与主存缓冲区之间的数据传送的长度：对传送的数据个数进行计数，并判断数据传送是否结束
                            6）指定传送工作结束时要进行的操作：列如：发出中断请求及通道的中断请求送往CPU等
                            7）检查外设工作状态是否正常，并将该状态信息送往主存指定单元保存
                            8）在数据传输过程中完成必要的格式变换：例如：把把字拆分为字节，或者把字节装配成字等；

根据信息传送的方式不同，将通道分为三种类型
1.
字节多路通道：为多台低速或中速的外设服务（交叉的方式分时轮流的为多个设备进行服务）
2.
选择通道：为多台高速外围设备服务（挂着多个通道，但每次只给一个设备进行服务）
3.
数组多路通道：适用于高速设备（给一个每个设备每次只传送一个数组，以此类推）

通道吞吐率或者说通道数据传输速率等：单位时间内能够传输的数据量 单位：Bps（字节/秒）
通道最大流量：一个通道在满负荷状态下每秒能够传输的最大流量

通道流量分析：参数定义
Ts：设备选择时间（准备时间）
Td：传送一个字节所用的时间
p: 在一个通道上连接的设备台数，且这些设备同时都在工作。
n: 每台设备需要传输的字节数，这里假设每台设备传输字节数都一样
K；数组多路通道传输一个数据块中所包含的字节数
T: 通道完成全部数据传送工作所需要的时间
通道流量分析：字节多路通道
数据传送过程：（准备一下传，再准备一下传另一个设备…)（每次只传送一个字节） Ts准备时间，Td传送一个字节的时间

总共所需时间：

最大流量：

实际流量是连接在这个通道上所有设备数据传输率： //fi第i台设备的实际数据传输率

通道流量分析：选择通道
数据传输过程：

总共所需时间：

最大流量：

实际流量是连接在这个通道上最大设备数据传输率： //fi第i台设备的实际数据传输率，j为通道号；

通道流量分析：数组的多路通道
数据传输过程：

总共所需时间：

最大流量：

通道流量综合分析：（极限流量与实际流量）