四级计算机组成与接口

计算机组成原理——IO接⼝以及IO设备数据传送控制⽅式接⼝可以看作是两个部件之间交接的部分。

硬件与硬件之间有接⼝，硬件与软件之间有接⼝，软件与软件之间也有接⼝。

这⾥我们所说的I/O接⼝，⼀边连接着主机，⼀边连接着外设。

I/O接⼝的功能I/O接⼝的基本结构CPU和外设之间通常传递的信息：数据、状态、控制。

组成:寄存器组、控制逻辑电路、主机与接⼝和接⼝与I/O设备之间的信号联接线、数据地址线、控制状态信号线。

其实中间红框内的部分就是对应到电路板上的插⼝，⼜分为内部接⼝和外部接⼝两种。

内部接⼝：与系统总线相连，实质上是与内存、CPU相连。

数据的传输⽅式也只能是并⾏传输。

外部接⼝：通过接⼝电缆与外设相连，外部接⼝的数据传输可能是串⾏⽅式，因此I/O接⼝需具有串并转换功能。

接⼝与端⼝接⼝就是I/O接⼝，端⼝实质接⼝电路中可以被CPU访问的寄存器。

I/O端⼝及其编址为了便于CPU对I/O设备进⾏寻址和选择，必须给众多的I/O设备进⾏编址，也就是说给每⼀台设备规定⼀些地址码，称之为设备号或端⼝地址。

统⼀编址：与存储器共⽤地址，⽤访存指令访问I/O设备。

独⽴编址：单独使⽤⼀套地址，有专门的I/O指令。

接⼝类型I/O设备数据传送控制⽅式1.程序直接控制传送⽅式⼜叫查询⽅式。

是完全通过程序来控制主机和外围设备之间的信息传送。

通常的办法是在⽤户的程序中安排⼀段由输⼊输出指令和其他指令所组成的程序段直接控制外围设备的⼯作。

也就是说CPU要不断地查询外围设备的⼯作状态，⼀旦外围设备“准备好”或“不忙”，即可进⾏数据的传送。

该⽅法是主机与外设之间进⾏数据交换的最简单、最基本的控制⽅法。

⽆条件传送：只有在外设总处于准备好状态程序查询⽅式优点：较好协调主机与外设之间的时间差异，所⽤硬件少。

缺点：主机与外设只能串⾏⼯作，主机⼀个时间段只能与⼀个外设进⾏通讯，CPU效率低。

程序查询⽅式接⼝结构：⼀次只能查询⼀个字的原因？在这种传送⽅式下，外部数据是要存到CPU寄存器中的，故需要⼀个字。

第五章计算机控制及接口技术机电一体化系统中的计算机软、硬件占着相当重要的地位，它代表着系统的先进性和智能特性。

计算机以其运算速度快，可靠性高，价格便宜，被广泛地应用于工业、农业、国防以及日常生活的各个领域。

计算机用于机电一体化系统或工业控制是近年来发展非常迅速的领域。

例如，卫星跟踪天线的控制、电气传动装置的控制、数控机床、工业机器人的运动、力控系统、飞机、大型油轮的自动驾驶仪等等。

现在，当你走进一个自动化生产车间，将会看到许多常规的控制仪表和调节器已经被计算机所取代，计算机正在不断地监视整个生产过程，对生产中的各种参数，如温度、压力、流量、液位、转速和成分等进行采样，迅速进行复杂的数据处理、打印和显示生产工艺过程的统计数字和参数，并发出各种控制命令。

第一节概述一、计算机控制系统的组成将模拟式自动控制系统中的控制器的功能用计算机来实现，就组成了一个典型的计算机控制系统，如图5-1所示。

因此，简单地说，计算机控制系统就是采用计算机来实现的工业自动控制系统。

图5-1 计算机控制系统基本框图在控制系统中引入计算机，可以充分利用计算机的运算、逻辑判断和记忆等功能完成多种控制任务。

在系统中，由于计算机只能处理数字信号，因而给定值和反馈量要先经过A/D转换器将其转换为数字量，才能输入计算机。

当计算机接收了给定量和反馈量后，依照偏差值，按某种控制规律进行运算（如PID运算），计算结果（数字信号）再经过D/A转换器，将数字信号转换成模拟控制信号输出到执行机构，便完成了对系统的控制作用。

典型的机电一体化控制系统结构可用图5-2来示意，它可分为硬件和软件两大部分。

硬件是指计算机本身及其外围设备，一般包括中央处理器、内存储器、磁盘驱动器、各种接口电路、以A/D转换和D/A转换为核心的模拟量I/O通道、数字量I/O通道以及各种显示、记录设备、运行操作台等。

（1）由中央处理器、时钟电路、内存储器构成的计算机主机是组成计算机控制系统的核心部件，主要进行数据采集、数据处理、逻辑判断、控制量计算、越限报警等，通过接口电路向系统发出各种控制命令，指挥全系统有条不紊地协调工作。

第一章ENIAC 的不足：运算速度慢、存储容量小、全部指令没有存放在存储器中、机器操作复杂、稳定性差 。

冯·诺依曼（Johe V on Neumman ）提出了“存储程序”的计算机设计方案。

特点是： 1、采用二进制数形式表示数据和计算机指令。

2、指令和数据存储在计算机内部存储器中，能自动依次执行指令。

由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备5大部分组成计算机硬件。

工作原理的核心是“存储程序”和“程序控制”。

一型计算机的分类字长：有4位、8位、16位、32位、64位微型计算机等 工艺：可分成MOS 工艺、双极型TTL 工艺的微处理器 结构类型：有单片机、单板机、位片机、微机系统等 用途：个人计算机、工作站/务器、网络计算机 体积大小：台式机、携机。

二．微型计算机的性能指标介绍位：这是计算机中所表示的最基本、最小的数据单元。

字长：是计算机在交换、加工和存放信息时的最基本的长度。

字节（Byte ）：是计算机中通用的基本单元，由8个二进制位组成。

字：是计算机内部进行数据处理的基本单位。

主频：也称时钟频率，是指计算机中时钟脉冲发生器所产生的频率。

访存空间：是该微处理器构成的系统所能访问的存储单元数。

指令数：构成微型计算机的操作命令数。

基本指令执行时间：计算机执行程序所花的时间。

可靠性：指计算机在规定时间和条件下正常工作不发生故障的概率。

兼容性：指计算机硬件设备和软件程序可用于其他多种系统的性能。

性能价格比：是衡量计算机产品优劣的综合性指标。

微型计算机是以微处理器为核心，再配上存储器、接口电路等芯片构成的微型计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成 ：1.中央处理单元CPU （Control Processing Unit ）是微型计算机的核心部件，是包含有运算器、控制器、寄存器组以及总线接口等部件的一块大规模集成电路芯片，俗称微处理器。

微处理器是微型计算机的核心，它的性能决定了整个微型机的各项关键指标。

欢迎共阅计算机组成与接口冯诺依曼P1标志寄存器P16Pentium微处理器模式P498086复位P36全相联直接相连映像组相联映像技术P598259A中断控制器P1238251A串行通讯P1498255A并行通讯P1598253ADC0809USBA/Dtest flags 同理判断AX和假定80868086系统中，单步中断的中断向量在中断向量表中的位置固定在00004H开始的4个字节中8086CPU构成的微机系统中，中断向量表00084H单元开始依次存放有12H，33H，56H，90H，则该中断服务程序的入口地址是93872H8086CPU构成的微机系统中，中断优先权顺序由高到低的顺序是溢出中断，单步中断NMI，断点中断，INTR中断，intN8086微机系统中内部中断中断类型码由指令给定中断类型码是约定的8086微机系统中断硬件中断分为非屏蔽中断和可屏蔽中断可屏蔽中断需要执行2个中断响应总线周期溢出中断向量的地址是固定的8086微机系统中，NMI中断的中断向量位置固定在00008H开始的4个单元中可提供X86汇编指令操作数的是存储器寄存器不可以的是控制器I/O端口I/O设备由寄存器SS提供堆栈段的段基址，为堆栈段提供偏移地址的寄存器是SP另DS+SIES+DICS+IPDS+DI当8086CPU处于单步工作方式时，标志寄存器中必须为1的标志位是TFP178086CPU工作在最大工作模式下，产生ALE、DEN、INTA等控制信号的芯片是8288P38假设8086CPU的主频为5MHz，内存芯片的存取时间为250ns，读/写内存时不需要加入等待周期Tw8086系统中，已知中断类型码为16H，则其中断服务程序的入口地址存放在内存地址0000H∶0058H～0000H∶005BH8086CPU构成的微机系统中，在执行INTn指令或者响应硬件中断时，CPU保护现场的顺序依次是CS,IP,FR8086CPU中断响应和处理过程8086CPU执行完一条指令后对中断进行判断响应中断时，首先保护标志808680868086CPU若RD 为低8086CPU HLDA 的状态是8086X868086CPU82868086CPU存储体分为奇/8086对属于8086CPU当8086CPU8086的范围PentiumPentiumPentium处理器中，由CALL指令，中断或异常引起子程序被调用时，标志寄存器的嵌套标志位的值是NT=1Pentium微处理器配备了5个控制寄存器，其中未定义的控制寄存器是CR1Pentium微处理器的5个控制寄存器中，负责控制处理器工作模式的寄存器是CR0pentium微处理器中，程序员不能直接读写的32位寄存器是TRPentium微处理器的数据总线宽度是64位Pentium微处理器的结构被称为超标量结构的原因是Pentium微处理器内部含有多条指令流水线和多个执行部件Pentium微处理器的特点是内部集成了增强型浮点处理部件FPU设置了互相独立的片内代码cache和数据cache.采用分段和分页两级存储管理机制，并且允许页面大小可调采用了U、V二条流水线Pentium微处理器可访问的物理存储器的范围A)4GBPentium微处理器的分页存储管理系统可以把页的大小定义成4MBPentium的虚拟存储机制下A)虚拟存储器对应的地址也叫逻辑地B)虚拟存储器比主存储器容量大Pentium微处理器中，若当前工作在虚拟8086方式下，则标志寄存器的标志位设置正确的是B)VM=0Pentium存储管理由分段部件和分页部件协同完成分段部件将逻辑地址转换为线性地址分页部件将线性地址转换为物理地址段描述符为处理器提供段的访问控制及状态信息采用描述表结构进行管理PentiumPentiumPentiumPentium当PentiumPentiumPentiumPentiumPentium页表信息PentiumPentium12位8反码取反为已知[X]若浮点数异机器数，符号位也数值化了的数叫机器数原码格式表示的数是机器数补码格式表示的数是机器数CPU对存储器或I/O端口完成一次读/写操作所需的时间称为一个存储周期一个完整的指令周期应包括取指周期和执行周期闪速存储器（FlashMemory）主要特点是既可在不加电的情况下长期保存信息，又能在线进行快速擦除与重写虚拟存储器虚拟存储器将主存和辅存地址空间统一编址虚拟存储器的大小受辅助存储器容量的限制使主存的空间得到了扩充存储器与CPU之间连接时，应考虑的是合理分配内存地址空间存储芯片片选线的连接CPU内部总线的宽度DRAM芯片通常采用电容保存信息，常用刷新方式有集中式刷新分布式刷新异步式刷新)DRAM是一种随机存储器DRAM是一种易失性存储器，断电则丢失存储信息DRAM需要刷新操作，不定时刷新，数据会丢失DRAM是一种半导体存储器存储器映象编址，也称为统一编址，其特点是无专用的I/O指令Cache中存放的是主存储器中一部分信息的映像硬磁盘存储器的主要性能指标有A.存储密度B.存储容量C.转速D.平均存取时间E.数据传输率温切斯特磁盘主要特点是采用密封组合方式，将磁头、盘片、驱动部件以及读/写电路等组装成一个不能随意拆卸的整体8086CPU8086CPU在8086CPU为使8259A8259A8259A8259A主片和8259A若芯片范围是8259A方式8259A在级固定按8259A下列关于A.SRAM是一种随机存储器B.SRAM是一种易失性存储器，断电则丢失存储信息C.SRAM需要刷新操作，不定时刷新，数据会丢失D.SRAM速度快，通常用来制作高速缓存E.SRAM芯片与CPU连接时要注意时序匹配下列关于DRAM的叙述，正确的是ABCDA.DRAM是一种随机存储器B.DRAM是一种易失性存储器，断电则丢失存储信息C.DRAM需要刷新操作，不定时刷新，数据会丢失D.DRAM是一种半导体存储器E.DRAM芯片与CPU连接时要注意时序匹配存储器与CPU之间的连接时，下列各项中应考虑的是CDEA.数据线的连接B.CPU的时序应与存储器的存取速度相互配合C.合理分配内存地址空间D.存储芯片片选线的连接E.CPU内部总线的宽度内存需求量大，通常选用DRAM高速缓存要求速度快，通常选用SRAMEPROM可擦除可编程的只读存储器。

计算机四级操作系统-7-IO设备管理第7章I/O设备管理设备管理是操作系统的主要功能之⼀，它负责管理所有输⼈输出设备以完成期望的数据传设备管理可能是操作系统设计中最凌乱的部分，这主要是由于计算机系统中存在着⼤量的输⼊/输出设备，其性能和应⽤特点可能完全不同。

所以要建⽴⼀个通⽤的、⼀致的设备访问接⼝，使⽤户和应⽤程序开发⼈员能够⽅便地使⽤输⼊/输出设备，⽽⽆须关⼼每种设备各⾃的特性，这正是设备管理的主要⽬的。

本章⾸先讲述设备管理的基本概念，然后讨论I/O硬件组成、I/O软件结构、设备管理的相关技术，最后阐述I/O性能问题及解决⽅案。

7.1设备与设备分类输⼊/输出设备（I/O设备）也称为外部设备（Peripheral Device），有时简称为设备或外设，包括计算机系统中除CPU和内存储器以外的所有的设备和装置，还包括所有外部存储设备。

在不同的上下⽂中，I/O设备⼀词有⼴义和狭义两种含义，⼴义的I/O设备即上述定义，狭义的I/O设备不包括外存设备。

可见，计算机系统中外部设备⾮常多，并且这些设备在功能、速度和控制⽅式等⽅⾯都有较⼤的差异，本节将讨论这些问题。

7.1.1设备管理的重要性为了理解操作系统中设备管理的重要性，⾸先要了解I/O设备在计算机系统中所起的作⽤。

如果说处理器和内存是计算机系统的⼤脑部分的话，那么I/O设备就是计算机系统的五官和四肢。

各种需要处理的信息和操作⼈员对计算机系统的操作命令，都要通过输⼊设备进⼊计算机系统，处理后的信息和结果也要通过输出设备从计算机系统输出。

计算机系统中的I/O设备种类繁多，从简单的键盘到⿏标、打印机、图形显⽰终端、磁盘驱动器以⾄于⽹络设备，变化万千，造就计算机应⽤的多样性和普及性。

可以说没有I/O设备，就没有计算机的应⽤。

然⽽，正如⼈们已经认识到的，操作系统复杂和庞⼤的主要原因是它所管理的资源的庞杂和并发技术的采⽤，⽽I/o设备的庞杂正是操作系统所管理的资源庞杂的主要原因，I/O设备的速度远低于处理器的速度正是导致并发技术产⽣的直接原因。

操作系统原理第一章操作系统概论1.1操作系统的概念操作系统的特征：并发性，共享性，随机性。

研究操作系统的观点：软件的观点，资源管理的观点，进程的观点，虚拟机的观点，服务提供者的观点。

操作系统的功能：1.进程管理：进程控制，进程同步，进程间通信，调度。

2.存储管理：内存分配与回收，存储保护，内存扩充。

3.文件管理：文件存储空间管理，目录管理，文件系统安全性。

4.设备管理5.用户接口UNIX是一个良好的、通用的、多用户、多任务、分时操作系统。

1969年AT&T公司Kenneth L.Thompson 用汇编语言编写了Unix第一个版本V1，之后Unix用C语言编写，因此事可移植的。

1.3操作系统分类1.批处理操作系统：优点是作业流程自动化较高，资源利用率较高，作业吞吐量大，从而提高了整个系统的效率。

缺点是用户不能直接与计算机交互，不适合调试程序。

2.分时系统：特点是多路性，交互性，独占性，及时性。

3.实时操作系统4.嵌入式操作系统5.个人计算机操作系统6.网络操作系统7.分布式操作系统8.智能卡操作系统1.4操作系统结构1.整体式结构2.层次结构3.微内核（客户机/服务器）结构：①可靠，②灵活（便于操作系统增加新的服务功能），③适宜分布式处理的计算机环境第二章操作系统运行机制2.1中央处理器寄存器：用户可见寄存器：数据寄存器（通用寄存器），地址寄存器，条件码寄存器。

控制和状态寄存器：程序计数器，指令寄存器，程序状态字。

目态到管态的转换唯一途径是通过终端和异常。

管态到目态的转换可以通过设置PSW指令（修改程序状态字）实现。

PSW包括：①CPU的工作状态代码②条件码③中断屏蔽码2.2存储体系存储器设计：容量，速度，成本存储保护：①界地址寄存器（界限寄存器）：产生程序中断-越界中断或存储保护中断②存储键2.3中断与异常机制分类：中断：时钟中断，输入输出（I/O）中断，控制台中断，硬件故障中断异常：程序性中断，访管指令异常2.4系统调用系统调用程序被看成是一个低级的过程，只能由汇编语言直接访问。