王诚教授计算机组成原理幻灯片-课件（PPT-精）.ppt

录像课主要内容 48 难点内容说明 高速缓存的三种映像方式： 1.全相联方式；2.直接映像方式；3.组相联映像方式 Cache 主存 直接映像方式： 直接映射实现主存数据块与 Cache数据块的硬性对应，影响Cache单元的使用率和命中率，但可以实际应用。 48 难点内容说明 高速缓存的三种映像方式： 1.全相联方式；2.直接映像方式；3.组相联映像方式 Cache 主存 组相联映像方式： 2 路组相联把原来的一个Cache分成容量相等的两个可以同时读写的部分，使主存的一个数据块硬性对应 2个Cache的一个单元，用哪个Cache则是随意选择，兼顾直接映射 (对 2 个Cache体) 和全相联 (同一组的 2个Cache单元) 的优点 48 高速缓存的三种映像方式： 段表内容及其管理 段号 段内地址 + + 逻辑地址 段始地址 段长 装入位 段 表 主存实际地址 段表基地址 49 页表内容和页式管理 + （在内存中）控制位 有效位 虚 页号 实 页号 慢表 虚地址 (程序中给出) 实地址 (读写内存用) 快表(专设硬件) 比较(按内容选) 按地址读 实页号 虚页号 页内地址 实页号 页内地址 页表基地址 50 第7章 输入输出设备与系统 输入输出设备合称外围设备，通过接口电路连接到总线上，进而与主机的 CPU、存储器实现连接。 51 运算器 部件 1 控制器 部件 2 存储器 部件 3 接口线路 输入设备 4 接口线路 输出设备 5 总线 第7章 输入输出设备与系统 教学要求： 一般了解常用输入输出设备的工作原理。 理解程序查询、程序中断和直接存储器访问 3种基本输入输出方式各自的特点、实现思路、需要的硬件支持。 学习建议： 各种不同类型的接口的功能、组成有很大差异，要理解它们组成中的共性功能和共性组成，通过浏览一些具体的接口实例建立正确概念，了解使用方法。 总线是影响计算机系统性能的一个重要元素，涉及到的概念较多，有不同的总线标准，又与应用联系密切，多关注一些是必要的。 51 第7章 输入输出设备与系统 程序查询方式 以CPU不断查询设备状态来控制程序的执行过程 效率低，难以支持CPU与设备、多个设备间的并行操作 程序中断方式 为设备提供发出中断请求的能力 在它需要和CPU通讯时，通过发出中断告知CPU，CPU停下正在执行的任务，来响应并处理这次中断请求 提高了CPU、多个设备并行运行的能力，系统总体性能大为改善 对中断的有关各种概念和各项术语要有清楚认识。正确理解中断请求、响应、处理的过程 直接存储器访问方式 用一个DMA卡控制设备与存储器之间的信息交换 进一步减轻CPU负担，多用于快速设备入出操作 对DMA有关的概念、DMA卡的功能和原理性组成、DMA请求、响应、执行的过程理解准确 52 三种查询方式： 第7章 输入输出设备与系统 输入输出接口 输入输出接口是保证不同设备和不同的计算机主机实现连接的必要电路，要解决电器信号的匹配，通讯数据的缓冲，通讯协议的执行，机械部分的接插等多项功能。接口中通常有： 1．设备识别与选择，用于主机识别和选择设备 2．数据缓冲与控制传输协议，匹配主机与设备的同步等 3．控制命令和状态信息传递，CPU发命令或了解设备状态 4．数据转换与传输，如串行/并行转换、模/数转换、以及二进 制码与ASCII码之间的转换等。 多种功能电路，通常接口中还有中断、检错纠错等功能电路。 53 第7章 输入输出设备与系统 按数据传送方向，输入输出接口分为 输入接口：外设向CPU送数据 输出接口：CPU向外设送数据 输入输出双向接口 CPU根据I/O端口地址确定使用哪个外部设备 通用可编程接口的概念 几种常用的接口 串行接口、并行接口的功能概况和特点 USB接口、IEEE1394 的使用 54 第7章 输入输出设备与系统 总线 计算机各部件之间传送信息的公用通道，各部件按分时共享的办法并遵照一定协议使用总线 某一时刻只能有一个部件往上传送数据，但可有多个部件同时从总线上接收数据 按传送信息的类型，分为数据总线、地址总线、控制总线 数据总线的宽度(位数)与总线时钟频率的乘积正比于总线的数据的入出吞吐量（最高传输量）。 地址总线的位数决定了最大的存储器寻址空间。 控制总线用于传送属于总线周期类型、总线上信息传送是否结束、中断与DMA有关的控制信号。 除了单总线结构外，还有双总线结构、三总线结构，相互靠总线控制器连接 55 第7章 输入输出设备与系统 总线仲裁 用于确定总线的使用权 按请求者的优先级处理,有串行链式查询