（盘算机构成原理）期末复习
第一章盘算机的根本构成：硬件+软件（程序）=盘算机体系
软件有体系软件（体系管理工具），应用软件
盘算机硬件：包括主机和外设，主机包括CPU和内存，***CPU由运算器和控制器所构成。
CPU又叫做中央处理器，可以或许进行运算和控制
程序要想运行起来，就必须将其放入内存中，因为CPU只能访问到内存的程序和数据；
但是这里就存在一种问题，就是CPU的运行速率很快，但是内存的运行速率又很慢，这种差别就会使一方的服从下降了；CPU必要等候内存传输数据程序和指令，CPU的运行服从就会下降；
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这里的cache不是用来扩充容量的，这里的cache相当于一个手抓包，把必要的东西放进去，使得速率得以提拔，办理了CPU和内存的速率不匹配的问题
这里的内存是包括cache和主存的；
外设指的是除了主机之外的所有的设备，我们将他称为外围设备；
无论是内存还是外存，我们都叫他们是存储器，存储器就是用来存放程序和设备的东西
这里外存的速率比内存慢100倍左右，但是容量要比内存大的多
内存32，外存512
平常下载的游戏是先放到外存，必要的时间调入内存，才能跑起来
根据存储的级别是不同的，这里分为二级存储体系（内存和外存）和三级存储体系（cache，主存，辅存）
外存和辅存说的是一个东西
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奠定现代盘算机硬件结构的底子：
冯诺依曼机包含五大功能部件：运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备*******！！
运算器是进行加减乘除之类的算术运算，控制器是对盘算机进行控制的，存储器是用来存放程序和数据的，输入设备是鼠标键盘和手写板，输出设备是显示屏，音箱和打印机
冯诺依曼盘算机的特点：指令和数据是不加以区别的混合存储在同一存储器中的（重要区别于哈佛盘算机指令和数据是完全分开存储的）
体系软件是其他软件的支持性软件，
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呆板字长
我们通常所说的32位，64位，就是盘算机一次性所能盘算的位数是多少；
呆板字长越长，盘算的精度越高；
呆板字长的巨细通常和CPU内部寄存器的巨细是一样的。
CPU的内部寄存器的通常是放置一些从内存取出来立刻要用到的数据，或者是对盘算性能控制的数据。
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运算速率
盘算机运算的快不快？我们通通常是看主频（主频是CPU内数字脉冲信号震荡的速率，震荡速率越快，盘算机的运行速率越快）
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CPU的速率
程序：是由很多条代码构成的，程序的多条代码会被盘算机翻译成0101这样的二进制数构成的指令，这样的过程我们叫做编译的过程，以是可以说，一个程序是包含多条指令的；
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CPU的第一个指标叫做CPI，也就是执行一条指令必要的均匀时钟周期
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影响CPU速率的第三个指标是MIPS
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吞吐量和相应时间，吞吐量越高，盘算机的性能越高
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主存容量和主存带宽
主存储量就是主存储器所能存储的二进制数据的位数
16G的内存说的就是二进制所能存放的位数是16GB
容量越大，可以或许记忆的二进制数就越多；
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第二章 总线
总线概述
所有的外设信息都要传输给内存，以是外设和内存是有连接通路的
内存中的程序要想跑起来，就必须放到CPU当中去，以是内存和CPU之间也必须要有一个链接通路；
外设和外设之间也要互相传输信息，以是外设和外设之间也是必要通路的
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如图所示线之间又是太乱了，用一个总线将所有的部件全部连接起来，所有的部件都连接在总线上
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总线是构成盘算机体系的互联机构
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这里借助于总线连接，盘算机在各体系功能部件之间实现地点、数据和控制信息的交换，并在争用资源的底子上进行工作
数据就是程序处理时对应的数据信息，控制信息就是传输盘算机什么时间做什么事变的信号信息·
总线就是一个公共的通路，各个部件之间想要传输信息来进行工作，就必须要争抢到总线的控制权，谁抢到总线的控制权，谁就能控制总线进行传输信息
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使用总线结构并不会增长或者减少信息的传输量，应是传输多少信息就传输多少信息
使用总线必要数据信息和地点信息分时传送，不可以同时传送，一次只能有一个设备去控制总线来传输一组信息
使用总线结构也并不会进步信息的传输速率，线路还是一样的线路，总线还是一样的总线，只不过是改变了连接方式，从全互联变成了公共通路。
使用总线结构可以减少信息传输线的条数
之前使用的全互联，线路非常多而且非常乱
****总线的特性：
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机械特性，又叫物理特性，就是能看到长什么样子
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对于总线，按照数据的传输格式，分为串行总线和并行总线，按照时序控制方式，分为同步总线和异步总线
总线根据连接的部件不同，分为三种，分为片内总线，体系总线，通信总线***
片内总线是连接CPU内部的总线，体系总线是连接盘算机功能部件的总线（连接CPU，内存和多个外设），通信总线是连接盘算机和其他设备之间的总线
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三种总线之间最重要的区别就是连接的部件是不同的
根据体系总线功能的不同，分为三种：数据总线，地点总线，控制总线；***功能作用也黑白常重要的
数据总线：传输数据，地点总线：传输地点，控制总线：传输控制信号和时序信号（控制什么，什么时间控制）
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总线宽度：数据线的根数，如32根数据线，那么总线就是32位，表示的是该总线可以或许一次并行传送32bit数据，没有先后顺序的去传输，叫做并行传输
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总线带宽：总线传输速率（总线每秒能传输多少数值），厥后表述为总线每秒能传输多少字节的数据
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每个时钟周期传送两次数据：一次数据传送半个时钟周期0.5T
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总线结构：单总线结构，双总线结构，多总线结构
单总线结构：
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单总线结构的使用服从较高
双总线结构就是在CPU和内存这样高速的设备之间又加了一条更快的一条总线：来实现CPU和内存之间的数据传输
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三总线结构：在外设这样的低速设备之间再加上一根慢速的总线，再通过一根特殊的硬件专门管理数据的输出
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多总线体系结构--进步体系的吞吐量
从总线的利用率来看：三总线的利用率是最低的，因为总线的资源是比较多的，在某一时候某一根总线是没有使用的，但是从整个体系的吞吐量来看是服从最高的，因为在单位时间内能传输的字节数是比较多的。
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总线仲裁
主设备可以启动一个总线周期，而从设备只能相应主方哀求
CPU就是常见的主设备 内存就是常见的从设备 外设既可以做主设备，也可以做从设备
每次总线利用，只能有一个主设备，但可以有多个从设备
想要传输数据，就必须获得总线的控制权，谁抢到总线的控制权，谁就是主设备
总线仲裁用来判断谁可以优先成为主设备（总线控制器，总线体系的核心）
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按照总线仲裁电路的位置不同，仲裁方式分为会合式和分布式两种***
会合式都会有一个中央仲裁器，采用不同的仲裁方法，判断哪个设备能优先获得控制权
而分布式是没有中央仲裁器的，每一个部件会自己去争取，谁赢了谁就会获得总线控制权
会合式有三种常见的优先权仲裁方式：***
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对于链式查询方式：
包含一个BS线，表示的是总线忙（当值为1的时间，代表总线是被占用的）
BR为总线哀求线，设备想要使用总线的时间，就会通过总线哀求线发出想要使用总线的哀求信号
BG线为总线授权线，用来发出授权信号，来告诉设备谁有总线的授权
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总线授权线BG是从0开始，谁离中央仲裁器近谁就能获得总线控制权
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总线控制的线数目少，只有三条
容易扩充设备：总线只有三条，BG线直接串联设备，要想多加几个设备接口非常容易
因为是串联起来的，以是线断的时间，后面的所有设备都没有机会去控制总线了
（链式查询方式对电路故障最敏感--串联）
而且他的优先级是固定不变的，靠近中央仲裁器的就是优先级最高的，离的最远就是优先级最低的 如果前面的总是先优先获得总线控制权，那么后面的就没有机会
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计数器定时查询：没有总线授权线
总线仲裁器可以把他当作一个计数器，设备1~n发出总线哀求，此时，计数器就会开始计数
通过设备地点线把这个数发给各个设备，和各个设备的设备号去完成匹配，当哀求使用总线乐成，就会发出总线忙的信号，BS的值为1
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计数器更加灵活改变优先次序
独立哀求方式：
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线比较多，每一根线都有独立的哀求线BR和总线授权线BG
将总线仲裁器当成是排队器
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总线定时（通信）控制
为什么必要控制？因为盘算机在各个功能部件和设备的速率都不太一样，以是在总线上进行传输时，就必要在时间上的配合和在动作的协调问题
采用同步方式--叫做同步总线 采用异步方式--叫做异步总线
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同步方式：
时间上配合的方式，同步方式规定的时长是一样的（截止时间都一样）
这样是有范围性的，只是是用于速率都差不多的情况下
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两个设备的通信时间是由总线时钟信号来决定的
同步方式的总线周期长度是固定的
同一时钟规定发送和接收的信息的时间，具有较高的传输频率
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如果设备的速率差别太大，团体的服从也会大大的降低，同步方式只适用于总线长度较短的情况下
适用于总线速率较快的：例如CPU内部总线，处理器总线
必须顺应在总线上最慢部件的必要，最慢部件传输数据的时间来确定传输一次数据所用时间周期的长度
若只用时间来控制，那么就没有相互相应的一个过程，就不知道每一个步调的完成情况，以是可靠性就比较低
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异步方式：动作上的协调来去通信控制，这个不必要同一的公共时钟信号，依靠双方相互制约的应答信号或者互锁协议来实现通信（可靠性较高），部件之间传输时间是可变的
总线周期长度可变，没有要求的截止时间规定数据什么时间传输完成
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异步方式是以增长总线的复杂性和本钱为代价
异步方式的握手原则：
握手：主设备和从设备进行交互的时间产生握手
主设备会向从设备发出哀求信号，从设备收到哀求信号会答复主设备的哀求，这样叫做一次握手
关于哀求和答复信号的撤销是否互锁分为三种情况：不互锁，半互锁，全互锁，三个异步握手原则
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（1）不互锁：哀求不回就撤回 回了哀求自己撤（不会等对方去确认）
主设备想要开始发信息的时间，开始发出哀求信号，这时间主设备不管从设备是否收到哀求信号，经过一段时间就把这个哀求自己撤销掉了
从设备接收到主设备的哀求信号之后，直接给主信号发出答复信号，一段时间自以为主设备收到答复信号之后，直接把答复信号给取消掉
其中，两者自主撤销自己的信号都是由自己所决定的，并不会受到对方的约束，这样的方式叫做不互锁的握手方式
（2）半互锁：哀求回了才撤回 回了哀求自己撤
主设备发送哀求信号，必须等候从设备的答复信号，才可以或许撤销哀求信号，但是对于从设备的答复来说，和不互锁一样，自以为主设备已经接收到，直接把答复信号给撤销掉
主设备的哀求撤销，是被从设备的答复信号锁住的，从设备的答复信号又没有被锁上，这种方式叫做半互锁方式
（3）全互锁：哀求回了才撤回 回在确认之后撤
主设备发出的哀求必须等到从设备的答复信号才能去撤销自己的哀求信号，从设备想要撤销发给主设备的答复信号必须等到主设备的确认，并且收到主设备的确认信号之后才可以去撤销答复信号，这个过程也是被主设备锁住的，信号均被对方锁住，因此成为全互锁
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全互锁的可靠性是最高的，但是耗时也是最长的
半同步方式：（同步方式和异步方式相结合的方式）
总体采用同步的方式，有同步时钟来控制做什么事变，但是和同步方式不同之处在于其增长了一根信号线来进行握手-- （发送信号的答复和哀求），传输周期可以是不一样的。
在这个过程中，如果从设备答复时钟的相应较慢的话，会增长时钟周期（拉长传输速率的时间）
半同步方式就是速率不划一时，通过握手得当延长总线周期。
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第三章 存储器
存储器的层次结构
存储器可以包含：cache 主存 外存
外存有磁盘光盘和磁带
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二级存储体系没有cache，只包含内存和外存；
内存和外存都是用来存储盘算机程序和数据的部件，CPU可以直接读取内存，不能之间读取外存。
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三级存储器体系加入了cache超速缓存存储体系
cache的作用就是使主存存取速率和CPU运算速率相匹配
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主存
存储器中是以存储单元为单位进行存储的，一个存储单元可以存取很多bit的单位
存放一个字节（1B=8bit）的单元，相应的地点成为字节地点（字节存储单元）
一个字可以是有多个字节构成的
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存放两个呆板字的存储单元，相应的单元地点叫做双字地点；
每一个存储单元都对应地点
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/0385f2189a4f4a6ca3aeab196865f1a6.png（表示CPU的寻址范围是4，巨细就是4*8=32bit）
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/32a896eae28e44e089261438393c07be.png1M就是10的六次方，8位是一个字节
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按字编址，字为32位，以是就是每32位一个地点，32bit=4B
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存取周期有利用时间+利用后线路的恢复时间
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RAM支持随机读写，是随机读写存储器
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主存储器与CPU的连接
主存储器通过数据总线，地点总线和控制总线和CPU相连接
地点总线的位数决定了可寻址的最大内存空间
通过地点总线，CPU把地点传递给主存（单向），主存无法给
通过数据总线，CPU和主存相互交换信息（双向）
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对存储芯片进行扩充来满足存储要求，在字和位两方面进行扩充
字就是现实的寻址单元个数 位就是对应多少bit，也就是多少个二进制位
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存储芯片的数据位数小于CPU的数据线数时，存储芯片就要进行位扩展
字扩展法是指增长存储器中的字的数目，但是位数不变，扩展的是存储空间数
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程序的局部性原理：时间局部性和空间局部性
高速缓存就使用程序的局部性原理
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