计算机组成原理——基础入门总结(二)

上一期的路径:基础入门总结(一)


目录

一.输入输出系统和IO控制方式

二.存储系统的基本概念

三.cache的基本概念和原理

四.CPU的功能和基本结构

五.总线概述


一.输入输出系统和IO控制方式

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IO设备又可以被统一称为外部设备~ 

IO接口:由被称为IO控制器、设备控制器:负责协调主机与外部设备之间的数据传输。

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IO控制器具有统一的设计标准。(IO控制器本质上就是一块芯片,常常被集成在主板上~)

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 两种控制键盘I/O完成的方式:

(1)程序查询方式:CPU不断轮询检查I/O控制器中的“状态寄存器”,检测到状态为“已完成”之后,再从数据寄存器中取出输入数据。——会产生忙等等缺点

(2)程序中断方式:等待键盘I/O时CPU可以先去执行其他程序,当键盘IO完成后IO控制器向CPU发送中断请求,CPU响应中断请求,并取走输入数据。

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对于第二种程序中断方式来说,对于高速IO则会导致频繁发生中断的情况,从而导致CPU利用率降低~DMA控制方式可以一定程度上解决这种麻烦。(DMA接口本质也是IO接口)

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扩展一个OS中可能会涉及的概念:通道

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通道本质上也是一种处理器,可以识别并执行一些列通道指令,只不过功能远不如CPU,同样也可以用来管理IO接口。

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如上是IO系统的组成部分。

二.存储系统的基本概念

主存即为内存,而辅存即为外存~(只不过手机通常只有辅存找一个概念)

下图是计算机的存储结构:

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为了解决CPU读写速度极快而外存往往很慢的问题,诞生了内存、高速缓存等一些列中间介质。当一个程序想要运行时,需要先调入主存

Cache的意义是进一步提升与CPU的兼容速度,内部存放一些频繁使用的程序等~

此外,要注意最接近CPU的一层被称为寄存器:CPU进行操作时先将各种数据存放到寄存器之中。

需要注意的是:主存与辅存之间的数据交换,需要依靠OS和硬件共同完成,例如页面置换算等;而主存与cache之间的交换,则仅仅靠硬件就能实现~

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联想之前提到的,GTA无法全部放入内存的引例~

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三.cache的基本概念和原理

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注意:Cache集成在CPU内部~ 

四.CPU的功能和基本结构

中央处理器(Central Processing Unit,简称CPU)作为计算机系统的运算和控制核心,是信息处理、程序运行的最终执行单元。CPU自产生以来,在逻辑结构、运行效率以及功能外延上取得了巨大发展。

CPU的主要功能如下:

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其中运算器和控制器的构造分别如下:

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五.总线概述

总线(Bus)是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线,它是由导线组成的传输线束, 按照计算机所传输的信息种类,计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线,分别用来传输数据、数据地址和控制信号。总线是一种内部结构,它是cpu、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道,主机的各个部件通过总线相连接,外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接,从而形成了计算机硬件系统。在计算机系统中,各个部件之间传送信息的公共通路叫总线,微型计算机是以总线结构来连接各个功能部件的。

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每个总线内部可能包含多个信号线~

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本系列暂更两期,之后对OS中的知识如果理解不够透彻,还会进一步更新新的内容~

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