第8章互联及输入输出组织汇编.pptx

第8章 互联及输入输出组织 计算机组成与系统结构 Computer Organization And Systems Architecture 8.1 外部设备的分类与特点 外设的分类 输入设备：键盘、鼠标等 输出设备：显示器、打印机等 外设的特点 异步性 实时性 多样性 8.2 输入设备 键盘 显示器 打印机 磁盘存储器 盘片 转轴 旋臂 电机 数据接口 (IDE or SATA) 电路板 磁头 磁盘的结构 多个盘片 (每个盘片双面记录数据) 磁道 扇区 (每扇区512字节) 早期每个磁道具有相同扇区数，外圈磁道的位密度低于内圈； 现在外圈比内圈磁道有较多扇区，保持内外圈的位密度一样； 扇区是磁盘读写的最小单位。 磁盘的结构 磁盘的结构 扇区 磁道 磁盘的容量 假设：一个磁盘 有16个盘片(双面记录数据) 每个盘面有20000个磁道 每个磁道有200个扇区 每个扇区有512个字节 该磁盘的容量有多大？ 磁盘的性能 寻道时间 将磁头移到指定磁道。 旋转延时 将磁头定位到指定扇区。 传输时间 读取一块数据的时间。 控制时间 执行I/O操作的时间开销。 举例 假设：一个磁盘 每个扇区有512个字节 转速：15000rpm 平均寻道时间：4ms 数据传输率：100MB/s 控制时间：0.2ms 平均数据读取时间？ 解答 寻道时间：4ms 旋转延时： 传输时间： 控制时间：0.2ms ∴数据读取时间： 数据的冗余 Why? What can I do? 死机了? 哦, 我可怜的硬盘! 廉价磁盘冗余阵列（RAID） 性能会提高，因为有更多的读写磁头。 优点： 缺点： 可靠性会降低。 廉价磁盘冗余阵列（RAID） 无冗余（RAID 0） 无容错性 读/写性能。 Disk0 Disk1 Disk2 外设与CPU、主存的互联 镜像（RAID 1）:具有容错性 Disk0 Disk1 廉价磁盘冗余阵列（RAID ） 错误检测和纠错码（RAID 2） B0 A0 B1 A1 B2 A2 B3 A3 对数据进行海明编码，然后进行存储。 数据位 冗余位 廉价磁盘冗余阵列（RAID ） 位交叉奇偶校验（RAID 3） 数据位 冗余位 廉价磁盘冗余阵列（RAID ） 块交叉奇偶校验（RAID 4） 数据位 冗余位 RAID3与RAID4的小数据量写比较 D0 New XOR D1 D2 D2 P D0’ RAID3：读3次、写2次 RAID3 RAID3与RAID4的小数据量写比较 D0 New XOR D1 D2 D2 P D0’ RAID4：读2次、写2次 RAID4 分布式块交叉奇偶校验（RAID 5） 小测验： 关于RAID 1、3、4、5和6级的说法，正确的是： RAID依靠冗余来取得高可靠性 RAID 1(镜像)的校验盘开销最大 对于小数据量的写操作，RAID 3吞吐量最差 对于大数据量的写操作，RAID 3、4和5拥有同样的吞吐量 √ √ √ √ U盘和固态盘 总线(Bus) 一族公共的信号线，用于连接计算机中的各组成部件，负责数据和控制信号等的传输。 总线结构的特点 优点： 多个部件共享信道，成本低 增加新设备容易 缺点： 会产生通信瓶颈 外设与CPU、主存的互联 外设与CPU、主存的互联 总线设计时需要考虑问题 总线的长度 连接的设备数 不同用途的总线 处理器 — 存储器：距离短、速度快 底板总线：距离、速度适中，如PCI I/O总线：距离长、速度慢，如键盘总线 典型的总线结构 处理器 I/O接口 外设 I/O接口 外设 Control Bus Address Bus Data Bus 内存 数据总线(Data Bus):传输数据信号 地址总线(Address Bus):传输地址信号 控制总线(Control Bus):传输控制信号 总线的性能指标 1. 总线宽度 总线中数据线的条数，决定了一次能同时传输的数据位数。 2. 总线工作频率 总线工作的时钟频率。 总线的性能指标 3. 总线带宽 总线的最大数据传输率，单位：B/s。 4. 总线寻址能力 总线可寻址的空间大小，由总线的地址线数决定。例如总线的地址线数是30条，则寻址大小为：230 总线的性能指标 5. 总线的定时方式 同步通信、异步通信、半同步通信。 5. 总线传送方式 非突发方式、突发方式。 x86处理器的I/O互联 I/O接口 I/O接口的一般结构 CPU 数据端口 状态端口 控制端口 译 码 I/O 设备 数据总线 地址总线 控制总线 I/O接口 I/O端口及编址 独立编址方式 I/O端口单独编址，与主存空间是2个独立的空间，需专门的I/O指令来访问I/O端口。 编一编址方式 I/O端口与主存空间统一编址，访问I/O端口与访问主存单元是一样的。 I/O数据传送控制