计算机组成原理——基础入门总结（二）

news2025/1/11 5:02:55

上一期的路径：基础入门总结（一）

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

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。

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~）

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。

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）

扩展一个OS中可能会涉及的概念：通道

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。

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：

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~

联想之前提到的，GTA无法全部放入内存的引例~

三.cache的基本概念和原理

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：

其中运算器和控制器的构造分别如下：

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。