計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)—第2章

1、第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成2.1 中央處理機(jī)中央處理機(jī) 2.2 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng) 2.3 輸入輸出系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng) 2.4 總線總線 第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成 第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成 本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)： 中央處理器的組成、尋址方式、存儲系統(tǒng)的中央處理器的組成、尋址方式、存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)、并行存儲器、程序訪問的局部性層次結(jié)構(gòu)、并行存儲器、程序訪問的局部性原理、輸入輸出系統(tǒng)及總線系統(tǒng)。原理、輸入輸出系統(tǒng)及總線系統(tǒng)。 本章難點(diǎn)：本章難點(diǎn)： 數(shù)據(jù)表示的確定原則、存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)表示的確定原則、存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)、通道處理機(jī)與通道處理機(jī)與I/0

2、處理機(jī)、總線基本工作原理。處理機(jī)、總線基本工作原理。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成當(dāng)代主流計(jì)算機(jī)系統(tǒng)依然遵循馮當(dāng)代主流計(jì)算機(jī)系統(tǒng)依然遵循馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)，由諾依曼體系結(jié)構(gòu)，由運(yùn)算器、運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成。計(jì)算五大部分組成。計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中機(jī)硬件系統(tǒng)中5個(gè)基本功能部件的關(guān)聯(lián)關(guān)系示意圖。個(gè)基本功能部件的關(guān)聯(lián)關(guān)系示意圖。存儲器存儲器部件部件輸入輸入設(shè)備設(shè)備輸出輸出設(shè)備設(shè)備運(yùn)算器運(yùn)算器部件部件控制器控制器部件部件原始原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)運(yùn)算運(yùn)算結(jié)果結(jié)果CPU第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成2.1 中央處理機(jī)中央處理機(jī)2.1.

3、1 CPU的組成的組成 通常，通常，CPU由由控制器、運(yùn)算器和寄存器控制器、運(yùn)算器和寄存器三大部分組成。三大部分組成。 控制器是計(jì)算機(jī)的控制器是計(jì)算機(jī)的控制中心控制中心，負(fù)責(zé)從存儲器中取出指令，負(fù)責(zé)從存儲器中取出指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置，將取出的指令送入指令并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置，將取出的指令送入指令寄存器，啟動指令譯碼器對指令進(jìn)行分析，最后發(fā)出相應(yīng)的寄存器，啟動指令譯碼器對指令進(jìn)行分析，最后發(fā)出相應(yīng)的控制信號和定時(shí)信息，控制和協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)各個(gè)部件的工作?？刂菩盘柡投〞r(shí)信息，控制和協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)各個(gè)部件的工作。 控制器控制器由程序計(jì)數(shù)器（由程序計(jì)數(shù)器（Program Counte

4、r，PC）、指令）、指令寄存器（寄存器（1nstructionRegister，IR）、指令譯碼器、程序狀）、指令譯碼器、程序狀態(tài)寄存器（態(tài)寄存器（PSW）、時(shí)序產(chǎn)生器、微操作信號發(fā)生器組成。）、時(shí)序產(chǎn)生器、微操作信號發(fā)生器組成。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成 運(yùn)算器運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行是計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理加工處理的中心，不同的的中心，不同的CPU，運(yùn)算器的結(jié)構(gòu)也不相同，但最基本的結(jié)構(gòu)都包括算術(shù)，運(yùn)算器的結(jié)構(gòu)也不相同，但最基本的結(jié)構(gòu)都包括算術(shù)邏輯部件（邏輯部件（Arithmetic and Logic Unit，ALU）、累加器）、累加器ACC、標(biāo)志寄存器、寄存器組、多路轉(zhuǎn)

5、換器和數(shù)據(jù)總線等部、標(biāo)志寄存器、寄存器組、多路轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)總線等部件。件。 寄存器寄存器是是CPU中的一個(gè)重要組成部分，它是中的一個(gè)重要組成部分，它是CPU內(nèi)部的內(nèi)部的臨時(shí)存儲單元臨時(shí)存儲單元，具有，具有容量小速度快容量小速度快的特點(diǎn)。寄存器既可以用的特點(diǎn)。寄存器既可以用來存放數(shù)據(jù)和地址，也可以存放控制信息或來存放數(shù)據(jù)和地址，也可以存放控制信息或CPU工作時(shí)的狀工作時(shí)的狀態(tài)。態(tài)。 第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成2.1.2 數(shù)據(jù)表示數(shù)據(jù)表示 數(shù)據(jù)表示是指數(shù)據(jù)表示是指處理機(jī)硬件處理機(jī)硬件能夠能夠直接識別和處理直接識別和處理的數(shù)的數(shù)據(jù)表示方法，包括可以被指令系統(tǒng)直接調(diào)用的那些數(shù)據(jù)表示方法，

6、包括可以被指令系統(tǒng)直接調(diào)用的那些數(shù)據(jù)類型。據(jù)類型。例如，當(dāng)機(jī)器設(shè)置有定點(diǎn)加、減、乘、除、移例如，當(dāng)機(jī)器設(shè)置有定點(diǎn)加、減、乘、除、移位、比較等一系列定點(diǎn)運(yùn)算指令和相應(yīng)的運(yùn)算硬件，位、比較等一系列定點(diǎn)運(yùn)算指令和相應(yīng)的運(yùn)算硬件，可以直接對定點(diǎn)數(shù)進(jìn)行各種處理時(shí)，機(jī)器就有了可以直接對定點(diǎn)數(shù)進(jìn)行各種處理時(shí)，機(jī)器就有了定點(diǎn)定點(diǎn)數(shù)據(jù)表示數(shù)據(jù)表示。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成當(dāng)機(jī)器設(shè)置有邏輯加、邏輯乘、按位相加、邏輯移位等當(dāng)機(jī)器設(shè)置有邏輯加、邏輯乘、按位相加、邏輯移位等一系列邏輯運(yùn)算指令和相應(yīng)的邏輯運(yùn)算硬件，可以直接一系列邏輯運(yùn)算指令和相應(yīng)的邏輯運(yùn)算硬件，可以直接對邏輯數(shù)進(jìn)行各種處理，機(jī)器就有了對邏

7、輯數(shù)進(jìn)行各種處理，機(jī)器就有了邏輯數(shù)據(jù)表示邏輯數(shù)據(jù)表示。若機(jī)器設(shè)置有浮點(diǎn)運(yùn)算指令（如浮點(diǎn)加、減、乘、若機(jī)器設(shè)置有浮點(diǎn)運(yùn)算指令（如浮點(diǎn)加、減、乘、除、比較、存、取等）和相應(yīng)的運(yùn)算硬件，可以直接對除、比較、存、取等）和相應(yīng)的運(yùn)算硬件，可以直接對浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行各種處理，機(jī)器就有了浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行各種處理，機(jī)器就有了浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成 數(shù)據(jù)類型除了用數(shù)據(jù)表示實(shí)現(xiàn)外，還可以用數(shù)據(jù)類型除了用數(shù)據(jù)表示實(shí)現(xiàn)外，還可以用軟軟件的方法件的方法由由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。來實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是通過軟件映象軟件映象，將信息變換成機(jī)，將信息變換成機(jī)器中所具有的各種數(shù)據(jù)表示來

8、實(shí)現(xiàn)的?？梢姡髦兴哂械母鞣N數(shù)據(jù)表示來實(shí)現(xiàn)的?？梢?，數(shù)數(shù)據(jù)表示是構(gòu)成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的元素?fù)?jù)表示是構(gòu)成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的元素。不同的數(shù)據(jù)表示可以為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)提供不同的數(shù)據(jù)表示可以為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)提供不同的支持，表現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)的效率和方便性上不同。不同的支持，表現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)的效率和方便性上不同。確定哪些數(shù)據(jù)類型用數(shù)據(jù)表示實(shí)現(xiàn)，確定哪些數(shù)據(jù)類型用數(shù)據(jù)表示實(shí)現(xiàn)，是軟件與硬件的取舍問題。是軟件與硬件的取舍問題。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成 從原理上講從原理上講，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)只要有了最簡單的數(shù)據(jù)表，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)只要有了最簡單的數(shù)據(jù)表示，如定點(diǎn)數(shù)表示，就能用軟件實(shí)現(xiàn)其它各種各樣示，如定點(diǎn)數(shù)表示，就能用軟件實(shí)現(xiàn)其它各

9、種各樣的數(shù)據(jù)類型，包括很復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型。的數(shù)據(jù)類型，包括很復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型。例如，能夠用例如，能夠用定點(diǎn)運(yùn)算定點(diǎn)運(yùn)算的指令編寫的子程序來的指令編寫的子程序來實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)字符運(yùn)算，模擬堆棧運(yùn)算等。當(dāng)然，這種系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)字符運(yùn)算，模擬堆棧運(yùn)算等。當(dāng)然，這種系統(tǒng)的性能可能很差。的性能可能很差。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成如果把許多很復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型都用數(shù)如果把許多很復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型都用數(shù)據(jù)表示來實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)的硬件代價(jià)就會很高。據(jù)表示來實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)的硬件代價(jià)就會很高。例如例如，用一臺定點(diǎn)運(yùn)算速度為，用一臺定點(diǎn)運(yùn)算速度為每秒每

10、秒1千千萬次萬次的計(jì)算機(jī)做科學(xué)計(jì)算，它的實(shí)際運(yùn)算速的計(jì)算機(jī)做科學(xué)計(jì)算，它的實(shí)際運(yùn)算速度將低于度將低于每秒十萬次每秒十萬次。原因是：當(dāng)計(jì)算機(jī)系。原因是：當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中沒有浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示時(shí)，通常要用子程序統(tǒng)中沒有浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示時(shí)，通常要用子程序來實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)運(yùn)算，平均要執(zhí)行來實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)運(yùn)算，平均要執(zhí)行100條以上的條以上的指令，指令，CPU與主存儲器之間的通信量也將增與主存儲器之間的通信量也將增加加100多倍。多倍。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成2.1.3 尋址方式概述尋址方式概述 不同類型不同類型CPU的尋址方式有差別，但大多可以的尋址方式有差別，但大多可以歸結(jié)為歸結(jié)為立即數(shù)尋址、直接尋址、寄存

11、器尋址、間接立即數(shù)尋址、直接尋址、寄存器尋址、間接尋址、變址尋址、基址尋址以及相對尋址尋址、變址尋址、基址尋址以及相對尋址等幾種尋等幾種尋址方式。址方式。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成1. 立即數(shù)尋址立即數(shù)尋址 在這種方式中，指令的地址碼部分就是指在這種方式中，指令的地址碼部分就是指令的令的操作數(shù)操作數(shù)，而不是操作數(shù)的地址。這種方式，而不是操作數(shù)的地址。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是取指同時(shí)取得操作數(shù)，提高指令的運(yùn)的優(yōu)點(diǎn)是取指同時(shí)取得操作數(shù)，提高指令的運(yùn)行速度，缺點(diǎn)是操作數(shù)的長度受指令長度的影行速度，缺點(diǎn)是操作數(shù)的長度受指令長度的影響，且不便修改。適合響，且不便修改。適合操作數(shù)固定操作數(shù)固定的情況

12、。的情況。例如：例如：MOV AX，1AH 結(jié)果是：（結(jié)果是：（AX） 1AH。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成2直接尋址直接尋址 直接尋址是指在指令的直接尋址是指在指令的地址碼地址碼部分給出的就是部分給出的就是操作數(shù)在存儲器中的地址操作數(shù)在存儲器中的地址，這也是計(jì)算機(jī)常用的尋址，這也是計(jì)算機(jī)常用的尋址方式之一。方式之一。 當(dāng)該地址占用的位數(shù)較少時(shí)，若第一個(gè)指令字的操當(dāng)該地址占用的位數(shù)較少時(shí)，若第一個(gè)指令字的操作數(shù)地址字段中存放得下，可把該地址安排在第一個(gè)作數(shù)地址字段中存放得下，可把該地址安排在第一個(gè)指令字中，則在讀出指令的同時(shí)也得到相關(guān)地址；否指令字中，則在讀出指令的同時(shí)也得到相關(guān)地

13、址；否則只能將其存放在指令的第二個(gè)字中，這就構(gòu)成了則只能將其存放在指令的第二個(gè)字中，這就構(gòu)成了雙雙字指令字指令。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成3寄存器尋址寄存器尋址 寄存器尋址是指在指令的寄存器尋址是指在指令的地址碼部分地址碼部分直接給直接給出操作數(shù)所在的出操作數(shù)所在的寄存器編號（名字、地址），寄存器編號（名字、地址），而所而所需的操作數(shù)就在這個(gè)寄存器中。需的操作數(shù)就在這個(gè)寄存器中。由于寄存器數(shù)目較少，表示一個(gè)寄存器編號由于寄存器數(shù)目較少，表示一個(gè)寄存器編號占用的位數(shù)就少，有利于占用的位數(shù)就少，有利于縮短指令字的長度縮短指令字的長度；再考；再考慮到從寄存器取數(shù)參加運(yùn)算以及用寄存器臨時(shí)

14、保存慮到從寄存器取數(shù)參加運(yùn)算以及用寄存器臨時(shí)保存運(yùn)算結(jié)果都更迅速方便，故這是最基本、最常用的運(yùn)算結(jié)果都更迅速方便，故這是最基本、最常用的尋址方式。尋址方式。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成4寄存器間接尋址寄存器間接尋址 在寄存器尋址方式中，當(dāng)寄存器中給出的不是一個(gè)操在寄存器尋址方式中，當(dāng)寄存器中給出的不是一個(gè)操作數(shù)，而是作數(shù)，而是操作數(shù)地址操作數(shù)地址時(shí)，可以用這一地址去讀寫存儲器時(shí)，可以用這一地址去讀寫存儲器的的相關(guān)單元相關(guān)單元，這種方法被稱為寄存器間接尋址，這也是最，這種方法被稱為寄存器間接尋址，這也是最基本、最常用的尋址方式之一?；?、最常用的尋址方式之一。 這種尋址方式的優(yōu)點(diǎn)是改

15、變寄存器中的內(nèi)容就可訪問這種尋址方式的優(yōu)點(diǎn)是改變寄存器中的內(nèi)容就可訪問內(nèi)存的不同地址，修改十分方便；缺點(diǎn)是內(nèi)存的不同地址，修改十分方便；缺點(diǎn)是二次尋址速度慢二次尋址速度慢。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成5變址尋址變址尋址 變址尋址是指把變址尋址是指把CPU中變址寄存器的內(nèi)容和指令地址中變址寄存器的內(nèi)容和指令地址部分給出的地址（稱為變址偏移量）之和作為部分給出的地址（稱為變址偏移量）之和作為操作數(shù)的地址操作數(shù)的地址，用于讀寫存儲器，來獲得用于讀寫存儲器，來獲得操作數(shù)操作數(shù)。這種方式多用于字串處理、。這種方式多用于字串處理、矩陣運(yùn)算和成批數(shù)據(jù)處理。矩陣運(yùn)算和成批數(shù)據(jù)處理。第第2章章 現(xiàn)代

16、計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成6基址尋址基址尋址 將整個(gè)存儲空間分成若干個(gè)段，將整個(gè)存儲空間分成若干個(gè)段，段的首地址段的首地址存存放在基址寄存器中，操作數(shù)的存儲地址與段的首地址放在基址寄存器中，操作數(shù)的存儲地址與段的首地址的距離即的距離即段內(nèi)偏移量段內(nèi)偏移量由指令直接給出。操作數(shù)存儲單由指令直接給出。操作數(shù)存儲單元的元的實(shí)際有效地址實(shí)際有效地址就等于基址寄存器的內(nèi)容與段內(nèi)偏就等于基址寄存器的內(nèi)容與段內(nèi)偏移量之和。改變基址寄存器的內(nèi)容（基準(zhǔn)量）并由指移量之和。改變基址寄存器的內(nèi)容（基準(zhǔn)量）并由指令提供偏移量就可以訪問存儲器的任一單元。令提供偏移量就可以訪問存儲器的任一單元。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)

17、代計(jì)算機(jī)組成7相對尋址相對尋址 相對尋址也稱相對尋址也稱程序計(jì)數(shù)器尋址程序計(jì)數(shù)器尋址，其，其有效地址有效地址是是指令中地址碼部分給出的形式地址（稱為相對尋址指令中地址碼部分給出的形式地址（稱為相對尋址偏移量）與程序計(jì)數(shù)器（偏移量）與程序計(jì)數(shù)器（Program Counter，PC）的內(nèi)容之和。即有效地址是的內(nèi)容之和。即有效地址是以當(dāng)前以當(dāng)前PC的內(nèi)容為基準(zhǔn)的內(nèi)容為基準(zhǔn)浮動的，浮動的距離就是浮動的，浮動的距離就是偏移量偏移量。由于目的地址隨。由于目的地址隨PC變化不固定，所以非常適用于浮動程序的裝配與變化不固定，所以非常適用于浮動程序的裝配與運(yùn)行。運(yùn)行。 上述幾種尋址方式是計(jì)算機(jī)常用的基本尋址方

18、式，上述幾種尋址方式是計(jì)算機(jī)常用的基本尋址方式，可以單獨(dú)使用也可以把它們中的某幾種組合在一起?？梢詥为?dú)使用也可以把它們中的某幾種組合在一起。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成2.2 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng) 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)中存放是計(jì)算機(jī)中存放程序和數(shù)據(jù)程序和數(shù)據(jù)的各種存儲的各種存儲設(shè)備、控制部件及管理信息調(diào)度的設(shè)備（硬件）和算設(shè)備、控制部件及管理信息調(diào)度的設(shè)備（硬件）和算法（軟件）的法（軟件）的總稱總稱。 存儲系統(tǒng)由存儲系統(tǒng)由主存儲器主存儲器演變發(fā)展而來。主存儲器又演變發(fā)展而來。主存儲器又稱為內(nèi)存儲器，是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的五大功能部稱為內(nèi)存儲器，是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的五大功能部件之一

19、，用于存儲處在運(yùn)行中的程序和相關(guān)數(shù)據(jù)，其件之一，用于存儲處在運(yùn)行中的程序和相關(guān)數(shù)據(jù)，其容量與讀寫速度等指標(biāo)，對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總體性能有重容量與讀寫速度等指標(biāo)，對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總體性能有重大影響。大影響。 第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成2.2.1 存儲系統(tǒng)概述存儲系統(tǒng)概述 大容量、高速度、低價(jià)格大容量、高速度、低價(jià)格是評價(jià)存儲系統(tǒng)性能是評價(jià)存儲系統(tǒng)性能的三個(gè)的三個(gè)主要指標(biāo)主要指標(biāo)，也是存儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。，也是存儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。人們對計(jì)算機(jī)存儲器的要求也越來越高。高速度、人們對計(jì)算機(jī)存儲器的要求也越來越高。高速度、大容量和低成本這三項(xiàng)最基本的要求卻始終無法在單大容量和低成本這三項(xiàng)最基

20、本的要求卻始終無法在單一的存儲器上實(shí)現(xiàn)。一的存儲器上實(shí)現(xiàn)。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成通常對于某種存儲器來說，通常對于某種存儲器來說，容量越大，速度越低；容量越大，速度越低；容量越大，存儲器總價(jià)格會越大；存儲器速度越容量越大，存儲器總價(jià)格會越大；存儲器速度越高，價(jià)格也越高高，價(jià)格也越高。只有采用只有采用層次結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)，把幾種存儲技術(shù)結(jié)合起，把幾種存儲技術(shù)結(jié)合起來，才能解決存儲器高速度、大容量和低成本三來，才能解決存儲器高速度、大容量和低成本三者之間的矛盾。者之間的矛盾。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中通常采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中通常采用 “cache-主存主存-輔存輔

21、存”三級存儲系統(tǒng)。三級存儲系統(tǒng)。CPUM1(T1，S1，C1)M2(T2，S2，C2)M3(T3，S3，C3)三級存儲層次第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成2.2.2 存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 存儲器的層次存儲器的層次主要包括主要包括高速緩沖存儲器（高速緩沖存儲器（Cache）、）、主存儲器和外存儲器主存儲器和外存儲器，如圖所示。，如圖所示。CPU寄存器寄存器Cache主存儲器主存儲器外存儲器外存儲器 構(gòu)成多級存儲層次第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成1. “Cache-主存主存”層次層次 圖圖2-4是以是以1980年的性能為年的性能為基準(zhǔn)基準(zhǔn)，存儲器和處理器的性能差距

22、隨時(shí)間，存儲器和處理器的性能差距隨時(shí)間的的變化曲線變化曲線，很明顯，隨著存儲器性能的提高，很明顯，隨著存儲器性能的提高，CPU的性能增長得更加迅的性能增長得更加迅速，速，CPU和存儲器之間的和存儲器之間的性能差異越來越大性能差異越來越大。 第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成 為了彌補(bǔ)主存為了彌補(bǔ)主存速度速度的不足，在的不足，在CPU和主存儲器之間增設(shè)速和主存儲器之間增設(shè)速度快、容量小、每位價(jià)格較高的度快、容量小、每位價(jià)格較高的Cache，用輔助硬件將，用輔助硬件將Cache和主存構(gòu)成整體，如圖所示，稱為和主存構(gòu)成整體，如圖所示，稱為“Cache-主存主存”層次層次。 CPUCache主存

23、主存M輔助硬件輔助硬件 “Cache-主主存存”層次層次第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成2“主存主存-輔存輔存”層次層次 為了彌補(bǔ)主存為了彌補(bǔ)主存容量的不足容量的不足，人們提出了，人們提出了“主存主存-輔輔存存”層次層次，即在主存和輔存之間，增設(shè)輔助的軟硬件，即在主存和輔存之間，增設(shè)輔助的軟硬件設(shè)備，讓它們構(gòu)成一個(gè)整體，如圖所示。設(shè)備，讓它們構(gòu)成一個(gè)整體，如圖所示。 CPU主存主存輔存輔存輔助軟、硬件輔助軟、硬件“主存主存-輔輔存存”層次層次第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成2.2.3 并行存儲器并行存儲器 CPU在處理指令時(shí)，經(jīng)常要對存儲器進(jìn)行取指在處理指令時(shí)，經(jīng)常要對存儲器進(jìn)

24、行取指令、取操作數(shù)、寫回結(jié)果等訪存操作。令、取操作數(shù)、寫回結(jié)果等訪存操作。存儲器的訪問存儲器的訪問速度速度是影響整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的是影響整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵關(guān)鍵，通常用訪問，通常用訪問時(shí)間時(shí)間TA、存儲周期、存儲周期TM和頻寬（也稱帶寬）和頻寬（也稱帶寬）BM描述。描述。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成 字長為字長為W位的單體存儲器，如圖所示，一次可訪問一個(gè)存位的單體存儲器，如圖所示，一次可訪問一個(gè)存儲器字，所以該存儲器最大頻寬為儲器字，所以該存儲器最大頻寬為BM = W/TM。地址寄存器地址寄存器lW 位位讀出寄存器讀出寄存器l第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成 并行存儲

25、器主要有三種，分別是并行存儲器主要有三種，分別是單體多字存儲器、單體多字存儲器、多體單字交叉存儲器、多體多字交叉存儲器多體單字交叉存儲器、多體多字交叉存儲器。1單體多字存儲器單體多字存儲器 其結(jié)構(gòu)原理圖如圖所示。其結(jié)構(gòu)原理圖如圖所示。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成2多體單字交叉存儲器多體單字交叉存儲器 多體交叉存儲器的組成如圖多體交叉存儲器的組成如圖2-9所示，主要有所示，主要有存儲體、存存儲體、存儲器控制器（簡稱存控）和總線控制儲器控制器（簡稱存控）和總線控制三部分。三部分。 第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成kinA 多體交叉存儲器編址方式有兩種，即多體交叉存儲器編址方式有

26、兩種，即低位交低位交叉編址和高位交叉編址叉編址和高位交叉編址。 由由n個(gè)存儲體構(gòu)成的多體交叉存儲器，若每個(gè)個(gè)存儲體構(gòu)成的多體交叉存儲器，若每個(gè)存儲體的容量均為存儲體的容量均為m個(gè)存儲字，采用個(gè)存儲字，采用低位交叉低位交叉編址編址的方法，則的方法，則存儲單元地址存儲單元地址A的計(jì)算公式為：的計(jì)算公式為：低位交叉編址方式存儲器的主要目的是提高存儲器低位交叉編址方式存儲器的主要目的是提高存儲器訪問速度。訪問速度。 第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成3多體多字交叉存儲器多體多字交叉存儲器 多體多字交叉存儲器也是多體多字交叉存儲器也是由多個(gè)存儲體構(gòu)成由多個(gè)存儲體構(gòu)成，是單體多字存儲器和多體單字交叉

27、存儲器的是單體多字存儲器和多體單字交叉存儲器的結(jié)合結(jié)合。通常情況下，把以上能并行讀通常情況下，把以上能并行讀/寫多個(gè)寫多個(gè)CPU字的單字的單體多字、多體單字和多體多字交叉存儲器系統(tǒng)統(tǒng)稱體多字、多體單字和多體多字交叉存儲器系統(tǒng)統(tǒng)稱為為并行主存系統(tǒng)。并行主存系統(tǒng)。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成2.2.4 程序訪問的局部性程序訪問的局部性程序的局部性原理的程序的局部性原理的主要論點(diǎn)主要論點(diǎn)如下：如下：1程序進(jìn)行時(shí)，除了少部分的轉(zhuǎn)移和過程調(diào)用指令外，在程序進(jìn)行時(shí)，除了少部分的轉(zhuǎn)移和過程調(diào)用指令外，在大多數(shù)情況下仍是大多數(shù)情況下仍是順序執(zhí)行順序執(zhí)行的。的。2過程調(diào)用將會使程序的執(zhí)行軌跡由一部分

28、區(qū)域轉(zhuǎn)至另一過程調(diào)用將會使程序的執(zhí)行軌跡由一部分區(qū)域轉(zhuǎn)至另一部分區(qū)域，但經(jīng)研究看出，過程調(diào)用的深度值在大多數(shù)情況部分區(qū)域，但經(jīng)研究看出，過程調(diào)用的深度值在大多數(shù)情況下都下都不超過不超過5。3程序中存在許多程序中存在許多循環(huán)結(jié)構(gòu)循環(huán)結(jié)構(gòu)，這些雖然只由少數(shù)指令構(gòu)成，這些雖然只由少數(shù)指令構(gòu)成，但是他們將多次執(zhí)行。但是他們將多次執(zhí)行。4程序中還包括許多對程序中還包括許多對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的處理，如對數(shù)組進(jìn)行操的處理，如對數(shù)組進(jìn)行操作，他們往往都局限于很小的范圍。作，他們往往都局限于很小的范圍。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成程序局部性原理的表現(xiàn)為：程序局部性原理的表現(xiàn)為： 1. 時(shí)間局限性。時(shí)

29、間局限性。如果程序中的某條指令一旦執(zhí)行，則不久以后該如果程序中的某條指令一旦執(zhí)行，則不久以后該指令可能再次執(zhí)行；指令可能再次執(zhí)行；如果某程序被訪問過，則不久以后該數(shù)據(jù)可能再如果某程序被訪問過，則不久以后該數(shù)據(jù)可能再次被訪問。次被訪問。產(chǎn)生時(shí)間局限性的產(chǎn)生時(shí)間局限性的典型原因，是由于在程序中存典型原因，是由于在程序中存在著大量的循環(huán)操作。在著大量的循環(huán)操作。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成 2. 空間局限性。空間局限性。一旦程序訪問了某個(gè)存儲單元，在不久之后，一旦程序訪問了某個(gè)存儲單元，在不久之后，其附近的存儲單元也將被訪問，其附近的存儲單元也將被訪問，即程序在一段時(shí)間即程序在一段時(shí)間內(nèi)

30、所訪問的地址，可能集中在一定的范圍之內(nèi)內(nèi)所訪問的地址，可能集中在一定的范圍之內(nèi)，這，這是因?yàn)橹噶钔ǔＪ琼樞虼娣?、順序?zhí)行的，并且數(shù)是因?yàn)橹噶钔ǔＪ琼樞虼娣拧㈨樞驁?zhí)行的，并且數(shù)據(jù)通常是以向量、陣列、樹形、表格等形式簇聚存據(jù)通常是以向量、陣列、樹形、表格等形式簇聚存放的。放的。程序執(zhí)行時(shí)用到的指令和數(shù)據(jù)常常會存儲在程序執(zhí)行時(shí)用到的指令和數(shù)據(jù)常常會存儲在存儲器中較小的連續(xù)單元中。存儲器中較小的連續(xù)單元中。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成2.3 輸入輸出系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng) 輸入輸出系統(tǒng)（輸入輸出系統(tǒng)（簡稱簡稱I/O系統(tǒng)系統(tǒng)），是用于），是用于實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入、輸出及數(shù)據(jù)存儲的系統(tǒng)。它是計(jì)算數(shù)據(jù)輸

31、入、輸出及數(shù)據(jù)存儲的系統(tǒng)。它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。輸入輸出系統(tǒng)的機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。輸入輸出系統(tǒng)的作作用用可以歸納為以下方面：可以歸納為以下方面： 1提供人機(jī)交互接口提供人機(jī)交互接口 2完成數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換完成數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換 3重要的存儲媒介重要的存儲媒介 4為各領(lǐng)域提供應(yīng)用手段為各領(lǐng)域提供應(yīng)用手段第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成2.3.1 輸入系統(tǒng)輸入系統(tǒng) 輸入是把信息輸入是把信息送入送入計(jì)算機(jī)的過程。計(jì)算機(jī)的過程。輸入輸入設(shè)備設(shè)備是用戶和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間進(jìn)行信息交換的是用戶和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間進(jìn)行信息交換的最重要的接口最重要的接口，它的功能是把原始數(shù)據(jù)和處理，它的功能是把原

32、始數(shù)據(jù)和處理這些數(shù)據(jù)的程序、命令通過輸入接口輸入到計(jì)這些數(shù)據(jù)的程序、命令通過輸入接口輸入到計(jì)算機(jī)中。算機(jī)中。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成 除了除了鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀，常見的輸入設(shè)備，常見的輸入設(shè)備還有字符輸入設(shè)備，如條形碼閱讀機(jī)、磁卡機(jī)；還有字符輸入設(shè)備，如條形碼閱讀機(jī)、磁卡機(jī)；圖形輸入設(shè)備，如圖像數(shù)字化儀、操作桿、觸摸圖形輸入設(shè)備，如圖像數(shù)字化儀、操作桿、觸摸屏；圖像輸入設(shè)備，如攝像機(jī)。屏；圖像輸入設(shè)備，如攝像機(jī)。 第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)在人們正在研究使計(jì)算機(jī)具有人的現(xiàn)在人們正在研究使計(jì)算機(jī)具有人的“聽覺聽覺”和和“視覺視覺”，即讓計(jì)算機(jī)能聽

33、懂人說的話，看，即讓計(jì)算機(jī)能聽懂人說的話，看懂人寫的字，從而能以人們接收信息的方式接懂人寫的字，從而能以人們接收信息的方式接收信息。為此，人們開辟了新的研究方向，其收信息。為此，人們開辟了新的研究方向，其中包括中包括模式識別、人工智能、信號與圖像處理模式識別、人工智能、信號與圖像處理等，并在這些研究方向的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了語言識等，并在這些研究方向的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了語言識別、文字識別、自然語言理解與機(jī)器視覺等研別、文字識別、自然語言理解與機(jī)器視覺等研究方向。究方向。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成2.3.2 輸出系統(tǒng)輸出系統(tǒng) 輸出是從計(jì)算機(jī)輸出是從計(jì)算機(jī)送出信息送出信息的過程。輸出系統(tǒng)的的過程。

34、輸出系統(tǒng)的主要任務(wù)是把計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成用戶需要的主要任務(wù)是把計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成用戶需要的形式送給人們，或者傳給某種媒介的存儲設(shè)備保存形式送給人們，或者傳給某種媒介的存儲設(shè)備保存起來，供以后使用。起來，供以后使用。 輸出設(shè)備同樣是十分重要的輸出設(shè)備同樣是十分重要的人機(jī)接口人機(jī)接口，它的功，它的功能是輸出人們所需要的計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果。能是輸出人們所需要的計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成2.3.3 通道處理機(jī)和通道處理機(jī)和I/O處理機(jī)處理機(jī) 為了進(jìn)一步減輕為了進(jìn)一步減輕I/O操作給中央處理機(jī)帶操作給中央處理機(jī)帶來的負(fù)擔(dān)，將管理來的負(fù)擔(dān)，將管理I/O操作和數(shù)據(jù)交換的

35、功能從操作和數(shù)據(jù)交換的功能從中央處理機(jī)中分離出來，因而引進(jìn)中央處理機(jī)中分離出來，因而引進(jìn)通道處理機(jī)通道處理機(jī)方式和方式和I/O處理機(jī)方式處理機(jī)方式。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成1通道處理機(jī)通道處理機(jī) 通道處理機(jī)是一臺能夠通道處理機(jī)是一臺能夠執(zhí)行有序執(zhí)行有序I/O指令指令并能夠供多臺外設(shè)共享的并能夠供多臺外設(shè)共享的專用處理機(jī)專用處理機(jī)。采用。采用通道方式，使通道方式，使CPU基本上擺脫了基本上擺脫了I/O控制工控制工作，大大增強(qiáng)了作，大大增強(qiáng)了CPU和外設(shè)的并行處理能力，和外設(shè)的并行處理能力，有效地提高了整個(gè)系統(tǒng)的資源利用率。有效地提高了整個(gè)系統(tǒng)的資源利用率。 第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)

36、組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成它能夠負(fù)擔(dān)外圍設(shè)備的大部分它能夠負(fù)擔(dān)外圍設(shè)備的大部分I/O工作，具體包括：工作，具體包括：接受接受CPU發(fā)來的發(fā)來的I/O指令指令，根據(jù)指令要求選擇指定外圍設(shè)備與，根據(jù)指令要求選擇指定外圍設(shè)備與通道相連接。通道相連接。執(zhí)行執(zhí)行CPU為通道組織的為通道組織的通道程序通道程序，并根據(jù)需要向被選中的設(shè)，并根據(jù)需要向被選中的設(shè)備控制器發(fā)出各種操作命令。備控制器發(fā)出各種操作命令。給出外圍設(shè)備的有關(guān)給出外圍設(shè)備的有關(guān)地址地址。給出主存緩沖區(qū)的首給出主存緩沖區(qū)的首地址地址，用來暫存數(shù)據(jù)。，用來暫存數(shù)據(jù)?？刂仆鈬O(shè)備與主存緩沖區(qū)之間控制外圍設(shè)備與主存緩沖區(qū)之間數(shù)據(jù)交換的個(gè)數(shù)數(shù)據(jù)交換的個(gè)數(shù)，對

37、交換的，對交換的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并判斷數(shù)據(jù)傳送工作是否結(jié)束。數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并判斷數(shù)據(jù)傳送工作是否結(jié)束。指定傳送工作結(jié)束時(shí)要進(jìn)行的操作。指定傳送工作結(jié)束時(shí)要進(jìn)行的操作。檢查外圍設(shè)備的工作狀態(tài)，并將其送往主存指定單元保存。檢查外圍設(shè)備的工作狀態(tài)，并將其送往主存指定單元保存。在數(shù)據(jù)傳輸過程中完成必要的在數(shù)據(jù)傳輸過程中完成必要的格式變換格式變換。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成 大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以有大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以有多個(gè)通道多個(gè)通道，一個(gè)通道可以連接多個(gè)，一個(gè)通道可以連接多個(gè)設(shè)備控制器設(shè)備控制器，而一個(gè)設(shè)備控制器可以帶，而一個(gè)設(shè)備控制器可以帶一個(gè)或多個(gè)外設(shè)一個(gè)或多個(gè)外設(shè)。這。這樣就形成

38、了樣就形成了CPU、通道、設(shè)備控制器、外設(shè)、通道、設(shè)備控制器、外設(shè)4級結(jié)構(gòu)級結(jié)構(gòu)的的I/O系系統(tǒng)，如圖統(tǒng)，如圖2-10所示。所示。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成2I/O處理機(jī)處理機(jī) 也稱為也稱為外圍處理機(jī)外圍處理機(jī)，來承擔(dān)輸入輸出任務(wù)、，來承擔(dān)輸入輸出任務(wù)、I/O系統(tǒng)與設(shè)備系統(tǒng)與設(shè)備的診斷維護(hù)以及人機(jī)交互處理等功能，如圖的診斷維護(hù)以及人機(jī)交互處理等功能，如圖2-11所示。所示。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成2.4 總線總線 采用采用標(biāo)準(zhǔn)化總線結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化總線結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用和在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用和維護(hù)上有很多維護(hù)上有很多優(yōu)越性優(yōu)越性，概括起來有以下幾點(diǎn)：，概括起來

39、有以下幾點(diǎn)：n 便于采用模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)；便于采用模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)；n 標(biāo)準(zhǔn)總線可以得到多個(gè)廠商的廣泛支持，便于生標(biāo)準(zhǔn)總線可以得到多個(gè)廠商的廣泛支持，便于生產(chǎn)與之兼容的硬件板卡和軟件；產(chǎn)與之兼容的硬件板卡和軟件；n 模塊結(jié)構(gòu)方式便于系統(tǒng)的擴(kuò)充和升級；模塊結(jié)構(gòu)方式便于系統(tǒng)的擴(kuò)充和升級；n 便于故障診斷和維修，同時(shí)也降低了成本。便于故障診斷和維修，同時(shí)也降低了成本。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成2.4.1 總線系統(tǒng)概述總線系統(tǒng)概述 計(jì)算機(jī)的各功能部件通過計(jì)算機(jī)的各功能部件通過總線總線連接在一起，構(gòu)成連接在一起，構(gòu)成完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?？偩€是多個(gè)系統(tǒng)功能部件之

40、間進(jìn)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?？偩€是多個(gè)系統(tǒng)功能部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的行數(shù)據(jù)傳送的公共通路公共通路，或者說是能為多個(gè)功能部件，或者說是能為多個(gè)功能部件提供互連和信息傳輸?shù)奶峁┗ミB和信息傳輸?shù)囊唤M公共信號線。一組公共信號線。 總線可以粗略地說分為總線可以粗略地說分為內(nèi)部總線和外部總線內(nèi)部總線和外部總線。內(nèi)部總線是指連接內(nèi)部總線是指連接CPU內(nèi)部各個(gè)功能單元之間的內(nèi)部各個(gè)功能單元之間的公共連線，外部總線通常指連接公共連線，外部總線通常指連接CPU、存儲器和、存儲器和I/O接接口等模塊的地址、數(shù)據(jù)和控制線。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線通口等模塊的地址、數(shù)據(jù)和控制線。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線通常指外部總線。常指外部總線。 第第2章章

41、 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成 但在任何時(shí)刻，但在任何時(shí)刻，只能有一個(gè)部件只能有一個(gè)部件向總線上發(fā)送信息，可以向總線上發(fā)送信息，可以有多個(gè)部件同時(shí)接收信息，這是所有總線的有多個(gè)部件同時(shí)接收信息，這是所有總線的共同特點(diǎn)共同特點(diǎn)。1單總線結(jié)構(gòu)：單總線結(jié)構(gòu)：是指計(jì)算機(jī)只使用唯一的一組總線，系統(tǒng)是指計(jì)算機(jī)只使用唯一的一組總線，系統(tǒng)中所有的部件、設(shè)備都連接到這組總線上，如圖中所有的部件、設(shè)備都連接到這組總線上，如圖2-12所示所示.圖圖2-12 2-12 單總線結(jié)構(gòu)單總線結(jié)構(gòu)CPUCPU總線總線主存主存高 速高 速I/OI/O一般一般I/OI/O第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成2雙總線結(jié)構(gòu)：在雙

42、總線結(jié)構(gòu)：在CPU和主存之間和主存之間專門設(shè)置一組專門設(shè)置一組高速的存儲總線（簡稱主存總線），使高速的存儲總線（簡稱主存總線），使CPU可通過?？赏ㄟ^專用總線與存儲器交換信息，從而減輕系統(tǒng)總線的負(fù)擔(dān)。用總線與存儲器交換信息，從而減輕系統(tǒng)總線的負(fù)擔(dān)。3三總線結(jié)構(gòu)：在雙總線的基礎(chǔ)上增加一組存儲器三總線結(jié)構(gòu)：在雙總線的基礎(chǔ)上增加一組存儲器到高速到高速I/O的總線，這條總線又稱的總線，這條總線又稱DMA總線總線。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成在三總線結(jié)構(gòu)中，主存總線用于在三總線結(jié)構(gòu)中，主存總線用于CPU和主存之間的和主存之間的信息傳送信息傳送；I/O總線用于總線用于CPU和各個(gè)和各個(gè)I/O之

43、間進(jìn)行信息傳輸之間進(jìn)行信息傳輸；DMA總線用于總線用于高速外設(shè)和主存之間的信息交換高速外設(shè)和主存之間的信息交換；在三總線結(jié)構(gòu)中，在三總線結(jié)構(gòu)中，DMA總線和主存總線不能同時(shí)用總線和主存總線不能同時(shí)用于訪問主存。于訪問主存。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成2.4.2 總線基本工作原理總線基本工作原理 當(dāng)當(dāng)多個(gè)設(shè)備多個(gè)設(shè)備連接在總線上時(shí)，其中一個(gè)設(shè)備發(fā)出的信連接在總線上時(shí)，其中一個(gè)設(shè)備發(fā)出的信號可以為其它所有設(shè)備接收。但是在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)，號可以為其它所有設(shè)備接收。但是在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)，只有一只有一個(gè)設(shè)備能夠成功地發(fā)送信號個(gè)設(shè)備能夠成功地發(fā)送信號。一次總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程可以。一次總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)?/p>

44、過程可以劃分為劃分為若干階段若干階段：總線申請與裁決、總線尋址、數(shù)據(jù)傳送及：總線申請與裁決、總線尋址、數(shù)據(jù)傳送及錯誤檢測等。錯誤檢測等。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成2.4.3 設(shè)備的連接設(shè)備的連接 在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，主機(jī)與外圍設(shè)備的連接在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，主機(jī)與外圍設(shè)備的連接方式大致可分為：方式大致可分為：總線方式、通道處理機(jī)方式和輸入總線方式、通道處理機(jī)方式和輸入/輸出處理機(jī)方式（輸出處理機(jī)方式（IOP方式）方式）。 1總線型連接方式總線型連接方式 CPU通過系統(tǒng)總線與主存儲器，通過系統(tǒng)總線與主存儲器，I/O控制器，控制器，I/O接口電路相連接，通過接口電路相連接，通過I/O接

45、口電路進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對接口電路進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對外設(shè)的控制。按總線結(jié)構(gòu)不同可分為單總線、雙總線、外設(shè)的控制。按總線結(jié)構(gòu)不同可分為單總線、雙總線、三總線三種連接方式。三總線三種連接方式。 第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成 總線型連接方式的總線型連接方式的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是是: 系統(tǒng)模塊化程度較高，系統(tǒng)模塊化程度較高，I/O接口擴(kuò)充方便。接口擴(kuò)充方便。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)是是: 系統(tǒng)中部件之間的信息交換均依賴于總線，總線容系統(tǒng)中部件之間的信息交換均依賴于總線，總線容易成為系統(tǒng)中的速度瓶頸，因而不適于系統(tǒng)需要配易成為系統(tǒng)中的速度瓶頸，因而不適于系統(tǒng)需要配備大量外設(shè)的場合。備大量外設(shè)的場合。第第2章章 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成現(xiàn)代

46、計(jì)算機(jī)組成2.通道型連接方式通道型連接方式 通道控制連接方式主要用于通道控制連接方式主要用于大型主機(jī)系統(tǒng)大型主機(jī)系統(tǒng)中，中，一般用在所連接外設(shè)數(shù)量多、類型多以及速度差異大一般用在所連接外設(shè)數(shù)量多、類型多以及速度差異大的系統(tǒng)中。的系統(tǒng)中。 通道控制器通道控制器是一種專門負(fù)責(zé)是一種專門負(fù)責(zé)I/O操作控制的控制操作控制的控制器，它通過執(zhí)行由專門的通道指令編制的并存放在內(nèi)器，它通過執(zhí)行由專門的通道指令編制的并存放在內(nèi)存之中的存之中的通道程序通道程序?qū)崿F(xiàn)對外設(shè)的控制。在這種實(shí)現(xiàn)對外設(shè)的控制。在這種I/O控控制方式下，由制方式下，由通道控制器通道控制器控制主存儲器與外部設(shè)備之控制主存儲器與外部設(shè)備之間的直接數(shù)據(jù)交換，間的直接數(shù)據(jù)交換，CPU不再負(fù)責(zé)具體的不再負(fù)責(zé)具體