计算机组成原理课件.pptVIP

******************输入输出系统输入设备输入设备是指将人们能理解的信息转换为计算机能处理的信息的设备，如键盘、鼠标、扫描仪等。输出设备输出设备是指将计算机处理后的信息转换为人们能理解的信息的设备，如显示器、打印机、音箱等。外围设备接口外围设备接口是指连接外围设备和计算机系统之间的桥梁，负责数据传输和控制信号的传递。中断机制1定义中断是一种硬件机制，允许外设或系统内部事件向CPU发出信号，迫使CPU暂停当前正在执行的程序，转而执行中断处理程序。2作用中断机制可以有效地提高系统效率，实现异步操作，并增强系统可靠性。3类型中断类型包括：硬件中断、软件中断、异常。4处理流程中断处理过程涉及中断请求、中断响应、中断处理、中断返回等步骤。DMA技术直接内存访问(DMA)允许外围设备直接访问内存，而无需CPU的干预。DMA显著提高数据传输速度，因为CPU可以继续处理其他任务。DMA控制器管理数据传输，协调CPU和外围设备之间的交互。总线系统定义总线是计算机系统中不同功能部件之间传输信息的公共通路，它就像一条高速公路，连接着CPU、内存、外设等各个组件。作用总线主要负责传输数据、地址和控制信号，是计算机系统中实现数据传输和协调控制的关键部件。总线结构1单总线所有设备共享一条总线，结构简单，成本低廉，但性能较差。2多总线将系统分成多个子系统，每个子系统使用独立的总线，可以提高性能，但系统复杂度增加。3层次总线多个总线按照不同的级别和速度进行组织，可以平衡性能和成本，是现代计算机系统中常用的结构。总线仲裁1集中式仲裁由一个专门的仲裁器来决定哪个设备可以访问总线。仲裁器根据优先级或其他策略来分配总线使用权，例如轮询、优先级编码等。2分布式仲裁由总线上的所有设备共同决定谁可以使用总线。每个设备都有一个仲裁逻辑，它们相互竞争，通过信号线进行通信，最终决定谁获得总线控制权。3链式仲裁每个设备连接到一个共享的仲裁线，具有最高优先级的设备拥有该线，可以访问总线。当最高优先级的设备不需要访问总线时，它会释放仲裁线，其他设备可以竞争访问。微程序控制1基本概念微程序控制是一种将CPU的控制信号序列存储在存储器中，并由专门的硬件（微程序控制器）读取和执行的控制方式。它将复杂指令分解成一系列简单微操作，每个微操作对应一条微指令，并将这些微指令存储在微程序存储器中，形成微程序。2工作原理微程序控制器根据当前指令的地址，从微程序存储器中读取相应的微指令，并根据微指令中的控制信号控制CPU的各个部件完成相应的操作。这种方式将指令的执行过程分解为一系列微操作，提高了控制的灵活性。3优势微程序控制具有以下优势：1.提高了CPU的控制灵活性，可以方便地修改指令系统或添加新指令；2.简化了CPU的硬件设计，减少了控制逻辑的复杂性；3.易于实现并行控制，提高了CPU的执行效率。微程序控制单元控制存储器存储微程序，即一系列微指令，用于控制计算机的基本操作。微指令译码器将微指令转换为控制信号，用于控制计算机的各个部件。微地址产生器产生下一条微指令的地址，用于控制微程序的执行顺序。微指令格式操作码指定微指令执行的操作，如取数、运算、地址修改等。地址码指示操作数的地址或操作的控制单元的地址。控制码控制微操作的执行方式，如传送方向、运算类型等。微程序的执行获取微指令首先，控制单元会从控制存储器中获取当前指令对应的微指令。译码微指令控制单元对获取到的微指令进行译码，识别出各个控制字段的含义。执行微指令根据微指令的控制字段，控制单元会发出相应的控制信号，控制各个功能部件完成相应操作，例如，数据传送、运算操作、地址选择等。更新控制地址控制单元根据微指令中的下一地址字段，确定下一条要执行的微指令的地址，为执行下一条微指令做好准备。流水线技术概念流水线技术是一种将任务分解成多个子任务，并由多个处理单元并行执行的处理方式，以提高效率。优点流水线技术能够显著提高系统的吞吐率，减少指令执行时间，增强系统性能。应用流水线技术广泛应用于现代计算机系统中，包括指令流水线、数据流水线等。流水线的概念并行执行流水线技术将一条指令的执行过程分解为多个子任务，并通过多个功能单元同时执行这些子任务，从而提高指令执行效率。提高吞吐率流水线技术能够在同一时间段内处理多条指令，有效提升系统的吞吐率，即单位时间内完成的指令数量。流水线的分类单级流水线只有一个流水线级，每个阶段只执行一条指令的一部分操作，例如取指令、译码、执行、存储。这种流水线结构简单，但效