计算机组成原理

本思维导图介绍了计算机的基本组成原理和内部工作机制。共分8章，主要内容分成两个部分:第1、2章介绍了计算机的基础知识;第3-8章介绍了计算机的各子系统(包括运算器、存储器、控制器、外部设备和输入输出子系统等)的基本组成原理、设计方法、相互关系以及各子系统互相连接构成整机系统的技术。

计算机组成原理

• 第二章计算机发展与应用
  • 发展史
    • 1.第一代电子管计算机
    • 2.第二代晶体管计算机
    • 3.集成电路计算机
  • 摩尔定律
    • 价格不变时，集成电路上可容纳的元器件数目每个18-24个月增加一倍，性能也增加一倍。
• 第三章 系统总线
  • 概念
    • 五大部件连接方式
      • 分散连接
      • 总线连接
  • 分类
    • 片内总线
      • 芯片内部的总线
    • 系统总线
      • 数组总线
        • 传输各功能部件之间的数据信息
      • 地址总线
        • 指出数据总线上的源数据或者目的数据在主存单元中的地址或者I/O设备的地址。
      • 控制总线
        • 发出各种控制信号的传输线
    • 通信总线
      • 用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统之间的通信
      • 串行通信
        • 单线分时输送
      • 并行通信
        • 多线同时输送
  • 特性
    • 机械特性
      • 机械连接方式性能
    • 电气特性
      • 信号传递方向与高低电平的电平范围
    • 功能特性
      • 每根传输线功能
    • 时间特性
      • 每根总线的有效时间顺序
  • 性能指标
    • 总线宽度(bit)
    • 总线带宽（传输速率）
    • 时钟同步/异步
    • 总线复用
      • 分时传送两种信号
    • 信号线数
      • 地址、数据、控制总线三者只和
    • 控制方式
    • 其他指标
  • 标准
    • 系统与各模块、模块与模块之间的一个互连的标准界面
    • ISa,EISA,VESA,AGP
    • PCI总线
      • 高性能
        • 提供一个与CPU时钟频率无关，高速的数据传输通道
      • 良好的兼容性
        • PCI的总线部件和插件接口相对于处理器是独立的
      • 支持即插即用
      • 支持多设备能力
      • 具有与处理器与存储器子系统完全并行操作的能力
      • 提供数据和地址奇偶校验功能
      • 支持两种电压标准（5--3.3V)
      • 可扩充性好
      • 软件兼容性好
      • 采用多路复用技术，减少总线引脚个数
    • USB总线
      • Universal Serial Bus)通用串行总线，属于计算机串行接口总线标准
      • 真正的即插即用特征
      • 很强的连接能力
      • 数据传输率高
      • 标准统一
      • 连接电缆轻巧，电源体积缩小
      • 生命力强
  • 总线结构
    • 单总线结构
      • 将CPU、主存、I/O设备都挂在同一总线上
      • 已经难以满足系统工作的需要
    • 多总线结构
      • 将速率不同的I/O设备进行分类，连接到不同的通道上，由此发展成多总线结构
      • 双总线结构
        • 特点：将速度较低的I/O设备从单总线上分离出来，使主存总线与I/O总线分离
      • 三总线
        • p
      • 四总线
        • p
  • 总线控制
    • 判优控制
      • 集中式
        • 控制逻辑集中在一处
        • 链式查询
          • 离总线控制最近的设备具有最高的优先级
          • 优点：用很少的线就可以实现优先次序总线控制
          • 缺点：对电路故障敏感，且远端设备很难获得请求
          • 2根
        • 计数器定时查询
          • 利用总线控制设备中的计数器，当请求占用总线的设备地址与计数值一定时，获得总线使用权
          • 优点：优先次序可以改变
          • 缺点：电路故障不够敏感，控制线多，操作较为复杂
          • log2n 根
        • 独立请求方式
          • 每个设备都可以申请使用总线，总线控制部件中有一个排队电路，根据优先次序决定响应哪一台设备的需求
          • 优点：响应速度快，优先次序控制灵活
          • 缺点：控制线数量多，总线控制更复杂
          • 2n根
      • 分布式
        • 将控制逻辑分散在与总线连接的各个部件或者设备之上
    • 通信控制
      • 按分时控制处理，按获得总线使用权的先后顺序分时占用总线。 主要解决通信双方如何获知传输开始和传输结束，以及双方协调与配合
      • 总线周期
        • 完成一次总线操作的时间
        • 申请分配阶段
        • 寻址阶段
        • 传数阶段
        • 结束阶段
      • 实现方式
        • 同步通信
          • 双方统一时标控制数据传送
          • 优点
            • 规定明确，统一，模块间配合简单一致
          • 缺点
            • 不许再限定时间内完成规定要求，且对于所有模块都用同一限时，使设计复杂
        • 异步通信
          • 主模块发出请求后，等模块反馈响应，开始通信 1个低电平起始位，后面紧跟传送数据的最低位，最高位后有一个奇偶检验位，结束于一个高电平的终止位
          • 应答方式
            • 不互锁
              • 主从模块发出的信号再一定时间后自动撤销
              • 如cpu向主存写入
              • 计算传输速率与耗时
            • 半互锁
              • 主模块必须得到从模块应答后撤销请求信号
              • 如CPU访问共享存储器
              • 计算传输速率与耗时
            • 全互锁
              • 主从模块都需要得到回答后撤销信号
              • 如网络通信
              • 计算传输速率与耗时
            • 计算传输速率与耗时
          • 波特率
            • 单位时间内传送二进制数据的位数，bps（位/秒），记作波特 用于衡量异步串行通信的数据传送速率
        • 半同步通信
          • 增设等待响应信号线，采用插入时钟（等待周期）协调双方通信问题
        • 分离式通信
        • 计算传输速率与耗时
• 第四章 存储器
  • 分类
    • 按存储介质分类
      • 半导体存储器
        • 由半导体器件组成，优点体积小功耗低存取时间短；缺点是断电存储信息丢失，是易失性存储器
      • 磁表面存储器
      • 磁芯存储器
      • 光盘存储器