组成原理知识点

计算机的I/O接口按照数据传输的形式可以分为并行接口和串行接口两大类。并行接口的特点是，数据各位同时传递，数据传输较快，但不适合于远距离传输。串行通信是在一根传输线上一位一位地传输信息。计算机的I/O设备按设备与主机之间的关系分为输入设备和输出设备两大类。计算机接口既包含硬件概念也包含软件概念，从硬件角度看,接口是外设与主机通信的控制部件或电路,它位于总线和外设之间,通常置于主机一侧,起到转换、传递数据的作用。而从软件角度看,接口主要是驱动程序或对设备的配置。计算机中一条完整指令可能包含的CPU周期有：取指周期，间指周期，执行周期，中断周期，在计算机中各指令所包含的机器周期数不是固定的。指令的流水线技术，只可加快一段程序的执行，不可加快一条指令的解释执行。超线程技术是在一个CPU内同时执行多个程序而共同分享一个CPU的资源。操作系统的系统调用就是机器指令系统的扩充，也是CPU功能的扩充。一条指令的长度由操作码和各地址码的长度决定。主板上的芯片组按照在主板上的排列位置一般可以分为北桥芯片和南桥芯片，常见的闪存主要有两种类型的器件分别是NOR、NAND。设计一个CPU时，首先要为它设计指令系统。向量处理机两种典型的结构分别是阵列结构和流水结构。流水线的相关冲突主要表现在资源相关、控制相关及数据相关三个方面。按对总线有无控制功能，可以把连接在总线上的设备分为主模块和从模块两大类。高速缓存是为了解决高速设备与低速设备之间通信速度不匹配而设置的缓存。中断和通道技术为CPU与外设之间的并行操作提供了可能。通常情况下计算机I/O设备的工作速度要比计算机主机的工作速度慢。：I/O设备利用程序中断控制模式传送数据时需要CPU的参与。中央处理器的时序部件主要由主时钟源，节拍发生器，启停控制逻辑三部分组成。CPU的总线是指其芯片与外部的连线，包括地址总线，数据总线，控制总线。CPU的操作控制部件可以用组合逻辑电路，微程序两种方法来实现激光投影键盘系统主要由投影模块，红外模块，传感器模块三部分组成。向量计算机系统的存储系统和流水线运算器是它的最关键的两个部件。动态流水线在同一时间内允许按多种不同的运算连结方式工作。硬盘设备读取数据的速度比光驱,磁带机快。机械硬盘是被密封在高度无尘的环境中，在日常环境中是不能打开外壳的。硬盘与主板的接口类型有SATA接口和IDE接口，每个IDE接口可以连接两个硬盘，一个跳线应设置为主盘，另一个跳线应设置为从盘。标注在硬盘表面的“C/H/S”数值分别是柱面，磁头，扇区，柱面是由不同磁头的所有相同位置的磁道构成的。硬盘的平均访问时间由平均寻道时间，平均旋转等待时间组成。通常说19英寸显示器的具体含义是屏幕对角线长19英寸。液晶显示器的优点有：产品体积小，重量轻，耗电量比传统CRT显示器要小得多，幅射和电磁干扰小。CRT显示器的点距是两个相邻的相同颜色荧光点之间的距离，CRT显示器荧光屏上的每一个彩色点是由红、绿、蓝三色组成，液晶显示器的点距是两个相邻的像素中心点之间的距离。光驱常用的接口是IDE和SATA接口,光驱中电机带动光盘旋转方式通常有恒定线速度，恒定角速度，局部恒定角速度几种。CD-ROM光盘的容量约为650MB，单面单层的DVD-5的光盘容量是4.7GB。1、计算机显示卡的基本工作原理如下：由CPU向图形处理部件发出命令。显示卡将图形处理完成后，送到显示缓存。显示缓存进行数据读取，而后将其送到RAMDAC。RAMDAC将数字信号转化为模拟信号输出显示。2、BIOS，即微机的基本输入输出系统（BasicInput-OutputSystem），BIOS是集成在主板上的一块ROM芯片，在其中保存有电脑系统最重要、最基本的输入/输出程序，系统信息设置、开机上电自检程序和系统启动自举程序。它负责电脑最直接的硬件支持和控制，BIOS在硬件和软件之间起到了桥梁的作用。3、USB总线的性能特点：USB是一种开放的串行通信总线标准。USB采用4线电缆，其中2根线用来串行传输数据，另外2根提供电源。USB接口支持即插即用，可热插拔，具有自动配置能力。USB接口可以串接127个设备。USB总线标准由1.1版升级到2.0版后，接口带宽由12Mbps增加到了480Mbps。4、DDRSDRAM的工作原理如下：（1）DDRSDRAM(doubledatarateSDRAM，双倍速率同步动态内存)简称DDR，是第二代SDRAM；（2）它使用了先进的同步技术，允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿都可以传输数据；（3）尤其是使用了DLL（延时锁定回路）来提供一个数据滤波信号。当数据有效时，存储控制器可以利用这个数据滤波信号精确地定位数据，每16位输出一次。读出时预取2位，在同样的时钟频率下工作速度是SDRAM的两倍；5、主板的北桥芯片有以下功能：北桥芯片负责支持内存的管理及内存ECC数据纠错等；负责支持与显卡的接口管理；负责北桥芯片与CPU之间的信号传输，并且决定前端总线数据参数频率；负责南北桥芯片之间信号的上传下达。6、喷墨打印机的工作原理:喷墨打印机即采用喷射墨滴方式打印字符或图画的打印机。它由打印头、墨盒、传输器、高速滚筒和打印小车组成。打印头由一组带电阻丝的喷头组成,喷咀的空腔中含有墨水,当纸张通过传输器与打印头之间时,喷头中的电阻丝按字符点阵组成通电加热,此时打印头中相应的喷头内的墨水受热膨胀,喷向打印纸,形成打印字符。字车在水平方向移动一行,完成一行字符的打印,直至一张纸全部打印完毕。7、计算机中DMA传送过程分为如下阶段：（1）CPU执行几条指令，对DMA控制器进行初始化，测试设备状态，向DMA控制器输入设备号、起始地址、数据块长度等。（2）由DMA控制器控制I/O设备与内存之间的数据传送。（3）CPU执行中断服务程序对一次传输进行善后处理，如进行数据校验、决定传输是否继续等。8、计算机存储体系中程序访问的局部性原理有如下含义：（1）时间局部性：如果一个信息项正在被访问，那么在近期它很可能还会被再次访问。程序循环、堆栈等是产生时间局部性的原因。（2）空间局部性：在最近的将来将用到的信息很可能与现在正在使用的信息在空间地址上是临近的。（3）顺序局部性：在典型程序中，除转移类指令外，大部分指令是顺序进行的。9、在计算机I/O设备接口中缓冲区的作用是（1）高低速设备之间的速度匹配，外部设备虽然慢但处理的数据量少，CPU处理的数据量大但速度快，借用缓冲就能很好地解决二者之间的匹配问题。（2）一次读入的信息能多次使用，在通道或控制器内设置局部寄存器，可以暂存I/O信息，减少CPU的中断次数。（3）中转，通过中转避免外设与CPU之间的完全互连，可以解决设备连接和数据传输的复杂性。10、CPU对I/O设备的几种控制方式是：（1）程序直接传送模式：CPU执行的程序中，有输入输出操作时，才启动相应的设备工作。（2）程序查询控制模式：CPU定时地启动一个查询程序，看哪个设备有I/O需求。（3）程序中断控制模式：I/O设备需要传送数据时，向CPU发出请求；CPU暂停正在执行的程序，进行I/O处理，处理之后再接着执行先前的程序。（4）直接存储器访问（DMA）模式：DMA是一个简单的I/O处理器，用来控制输入输出过程。这样，就把CPU从直接管理输入输出中解放了出来，只是当I/O设备需要进行数据传输时，CPU暂停访问主存一个或几个周期，由DMA利用这段极短时间控制主存与外设之间的数据交换。（5）通道控制模式：使用专门的处理器进行I/O管理，将CPU对I/O过程完全解放出来。11、在计算机总线中信号的基本传输过程是：（1）请求总线。利用总线进行信息传送的主控模块申请总线，以便取得总线控制权。（2）总线仲裁：多个主控模块同时申请总线时，系统做出裁定，把总线的控制权赋予某个主控模块。（3）目的寻址：某主控模块取得总线控制权后，由该模块进行寻址，通知被访问的模块进行信息传输。（4）信息传输：主控模块与被访问模块之间进行数据传输，根据读写方式确定信息流向。（5）错误检测：最常用、最简单的错误检测方法是奇偶检验。错误检测结束后，主控模块的有关信息均从系统总线上撤销，让出总线。12、超长指令字和超标量技术都是采用多条指令在多处理部件中并行处理的体系结构,以便能在一个机器周期内流出多条指令，但区别在于：超标量的指令来自于同一标准指令流；VLIW较超标量具有更高的并行处理能力，并且对优化编译器的要求更高，Cache的容量要求更大些；VLIW则是由编译程序在编译时挖掘出指令间潜在的并行性后，把多条能并行执行的操作组合成一条具有多个操作段的超长指令。13、硬盘的日常维护主要是：硬盘在工作时，不应直接按电源开关进行关机，突然断电，可能会造成硬盘数据丢失，甚至会造成磁盘损坏等严重后果。不要在高温、过度潮湿、强磁场的环境中使用硬盘。使用硬盘时要避免振动。硬盘要防尘埃。14、光驱的日常维护主要有：在平时的使用中要注意防震、防尘；保持光驱水平放置；不要随意拆洗光盘驱动器；操作时要轻，动作要规范，保持光驱水平放置；不用时及时将盘片取出；不要使用质量差的光盘；注意散热。15、数据流计算机中指令执行的特点是：(1)异步性：只要本条指令所需要的数据齐备，指令便可以独立地执行，而不关心其他指令和数据的情况。(2)并行性：只要有足够的处理单元，凡是相互间不存在数据依赖关系的指令都可以并行执行。这种并行性是隐含的。(3)“单赋值”性：程序中的任何变量只允许在赋值语句的赋值号左边出现一次，即不允许对一个变量多次赋值，这也有利于开发运算的并行性。(4)局部性：各指令间的数据传送是直接的，不需将操作数作为“地址”变量，一条指令的输出，同时指向使用它的一条或多条指令(目标指令)，数据经过一条指令执行后随即消失，不产生长远或全局的影响。16、硬盘的控制电路板主要有：主轴调速电路、磁头驱动与伺服定位电路、读/写电路、控制与接口电路等。在电路板上还有一块高效的ROM芯片，其固化的软件可以进行硬盘的初始化、加电和启动主轴电动机、初始寻道、定位及故障检测等操作。在电路板上还安装有高速缓存芯片。17、激光打印机工作原理如下：使用载有图文信息的激光束扫描硒鼓，在硒鼓表面形成静电潜像，通过磁刷显影器显影，潜像转变成可见的墨粉像，经过转印区时，在电场作用下，硒鼓将墨粉附着在打印纸上，最后通过加热装置及热滚定影，使碳粉熔化在打印纸上。18、虚拟存储器是以存储器访问的局部性为基础，建立在主—辅存体系上的存储管理技术，是在操作系统存储管理模块管理下实现的，它的基本思想是通过某种策略，把辅存中的信息一部分一部分地调入主存，以给用户提供一个比实际主存容量大得多的地址空间来访问主存。通常把能访问虚拟空间的指令地址码称为虚拟地址或逻辑地址，而把实际主存的地址称为物理地址或实存地址。19、设计一个计算机指令系统主要有如下工作：（1）操作类型：决定了指令数的多少和操作的难易程度。（2）数据类型：决定操作数的存取方式。（3）寻址方式。（4）寄存器类型及个数。（5）指令格式：包括指令长度和各字段的布局等。20、计算机中总线集中控制的优先权仲裁中定时查询方式的工作过程：采用一个计数器控制总线的使用权。它仍用一根请求线，当总线控制器接到总线请求信号以后，若总线不忙（BS线为“0”），则计数器开始计数，并把计数值通过一组地址线发向各部件。每个设备都有一个设备地址判别电路，当地址线上的计数值与请求使用总线设备的地址一致时，该设备获得总线使用权，置忙线BS为“1”。同时中止计数器的计数及查询工作。21、接口与总线的区别在于：接口一般是指主机与某类外设之间的适配电路，其主要功能是解决主机与外设在电压等级、信号形式和速度上的匹配问题，因此，不同类型的外部设备需要与之相应的接口，不同的接口是不通用的，而总线主要是用于连接部件或设备的。22、异步通信中全互锁（三次握手）的工作过程如下：①主模块发出“请求”信号，等待从模块的“应答”信号；②从模块接到“请求”信号后，发出“应答”信号