软考高级系统架构设计师(二) 基础知识之计算机组成与系统结构

目录

概要

计算机组成结构

 CPU组成

冯诺依曼结构 

 存储系统-层次化存储结构

高速缓冲存储器cache

 主存编址计算

 磁盘管理

 磁盘管理算法

先来先服务（FCFS）：

最短寻道时间优先（SSTF）

扫描算法（电梯调度算法）（SCAN）

循环扫描算法（C-SCAN）

数据控制传输方式 

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概要

 

计算机组成结构

 CPU组成

ALU: 算术运算和逻辑运算

 

 比如：

 

冯诺依曼结构 

 冯诺依曼：

(0)冯·诺依曼：“存储程序控制”式原理。----现代计算机的工作原理。
(1) 计算机的工作由程序控制，程序是一个指令序列，指令是能被计算机理解和执行的操作命令；
(2) 程序(指令)和数据均以二进制编码表示，均存放在存储器中（内存、外存均可）；

“存储程序控制”式原理如下：

 存储系统-层次化存储结构

主存储器： 内存，如 DRAM

 

 主-辅两级存储结构较好地统一协调了容量、速度、价格三者之间的矛盾。

 

高速缓冲存储器cache

为了解决CPU和主存DRAM之间速度匹配采用的技术。

存取速度要比主存快；

 

 

 练习题：

 

 主存编址计算

存储单元个数=最大地址编号−最小地址编号+1

1.2.3存储结构：主存编址计算、主存编址的过程、存储单元、编址内容、存储总容量_郝开的博客-CSDN博客

 磁盘管理

 

练习题：

 

（10*10+100+2）*100

练习题：磁盘优化存储

 

 

 练习题：

(15+5)*10+1 = 201

15*10+5+1 = 156 

 磁盘管理算法

• 先来先服务（FCFS）：

公平。

如果请求访问的磁道比较集中的话，算法性能还算可以。

如果大量进程竞争使用磁盘，请求访问的磁道很分散，FCFS在性能上很差，寻道时间长。

• 最短寻道时间优先（SSTF）

优先处理的磁道是与当前磁头最近的磁道。

可以保证每次寻道时间最短，但是不能保证总的寻道时间最短。

（贪心算法的思想，只是选择眼前最优，但是总体未必最优）

可能产生饥饿现象，磁头有可能再一个小区域内来回得移动。

• 扫描算法（电梯调度算法）（SCAN）

1.首先自里向外访问，下一个对象是其欲访问的磁道既在当前磁道之外，又是距离最近的。

2.直至无更外的磁道需要访问时，才将磁臂换向为自外向里移动。

3.下一个访问的磁道在当前位置内为距离最近者，直至再无更里面的磁道要访问。

性能较好，寻道时间较短，不会产生饥饿现象。

SCAN算法对于各个位置磁道的响应频率不平均

• 循环扫描算法（C-SCAN）

1.首先自里向外访问，当磁头移到最外的磁道并访问后，磁头返回到最里的欲访问磁道，即将最小磁道号紧接着最大磁道号构成循环，继续循环扫描。

2.直至无更外的磁道需要访问时，才将磁臂换向为自外向里移动。

3.下一个访问的磁道在当前位置内为距离最近者，直至再无更里面的磁道要访问。

SCAN在改变磁头方向时不处理磁盘访问请求而是直接移动到另一端最靠边的磁盘访问请求的磁道上。

比如：

Suppose 磁道请求队列为55、58、39、18、90、160、150、38、184，从100号开始

FCFS调度序列：55 58 39 18 90 160 150 38 184

SSTF调度序列：90 58 55 39 38 18 150 160 184

SCAN调度序列：150 160 184 90 58 55 39 38 18

C-SCAN调度序列：150 160 184 18 38 39 55 58 90

 

 

数据控制传输方式 

I/O方式

程序查询的方式：CPU不断的查询，I/O到底有没有准备好，准备好了再进行调用，没有准备好的话，CPU会持续等待I/O准备，这个过程会严重影响CPU的利用率，CPU的利用率是非常低的。

程序中断：

断点这里所涉及到的程序的一些状态都会记录下来，放在一个栈中，这个记录的过程叫做保存现场，或者叫保护现场。出现断点后，会有一定的软硬件去负责处理中断的优先级的判断，去响应中断，如何来响应？它会查看中断向量表，通过响应的入口，找到对应的中断服务程序，中断服务程序响应完了，即卡顿解决了，会回到课程进度上，返回终端，这个过程，返回会返回到断点将保存的现场依次进行恢复。

接收中断请求——中断判优——中断响应——中断处理——中断返回，的过程。

 DMA方式：移动U盘、硬盘

鼠标键盘： 程序中断方式。

通道方式、I/O处理机：这两种方式，可以理解为纯硬件的方式。