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考研计算机组成原理笔记
  • 408机组考察范围
  • 第一章 计算机系统概述
    • 1.1 计算机发展历程
    • 1.2 计算机系统层次结构
    • 1.3 计算机的性能指标
  • 第二章 数据的表示和运算
    • 2.1 数制与编码
    • 2.2 定点数的表示与运算
    • 2.3 浮点数的表示和运算
    • 2.4 算数逻辑单元（ALU）
  • 第三章 存储系统
    • 3.1 存储器概述
    • 3.3 半导体随机存储器
    • 3.4 主存储器与CPU的连接
    • 3.5 双端口RAM和多模块存储器
    • 3.6 高速缓冲存储器
    • 3.7 虚拟存储器
  • 第四章 指令系统
    • 4.1 指令格式
    • 4.2 指令的寻址方式
    • 4.3 CISC和RISC
    • 4.4 程序的机器级代码
  • 第五章 中央处理器
    • 5.1 CPU的基本功能和结构
    • 5.2 指令执行过程
    • 5.3 数据通路的功能和基本结构
    • 5.4 控制器的工作原理和功能
    • 5.5 指令流水线
    • 5.6 多处理器
  • 第六章 总线
    • 6.1 总线概述
    • 6.2 总线仲裁
    • 6.3 总线操作和定时
    • 6.4 总线标准
  • 第七章 I/O系统
    • 7.1 I/O系统的基本概述
    • 7.2 外部设备
    • 7.3 I/O接口
    • 7.4 I/O方式
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在本页
  • 7.2.1 输入设备
  • 1、键盘
  • 2、鼠标
  • 7.2.2 输出设备
  • 1、显示器
  • 2、打印机
  • 7.2.3 外部存储器
  • 1、磁盘存储器
  • 2、磁盘阵列
  • 3、光存储器
  • 4、固态硬盘

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  1. 第七章 I/O系统

7.2 外部设备

7.2.1 输入设备

1、键盘

  1. 查出按下的是哪个键

  2. 将该键翻译成能被主机接收的编码，如ASCII码

  3. 将编码传送给主机

2、鼠标

将运动的方向和距离检测出来，从而控制光标做相应运动

7.2.2 输出设备

1、显示器

显示器的参数

  • 屏幕大小：显示器对角线长度

  • 分辨率：所能表示的像素个数

  • 灰度级：用于黑白显示器，n位可以表示2n2^{n}2n种不同的亮度或颜色

  • 刷新率：单位时间内扫描整个屏幕内容的次数

  • 显存（刷新存储器、VRAM）：为了刷新图像，需要将一帧图像信息存储在VRAM中

    • VRAM容量=分辨率×位数\text{VRAM}容量=分辨率\times位数VRAM容量=分辨率×位数：（MB）存储一张图片所需的大小

    • VRAM带宽=分辨率×位数×帧频\text{VRAM}带宽=分辨率\times位数\times帧频VRAM带宽=分辨率×位数×帧频：（MB/S）一秒内需要向VRAM中写入多少数据

当显示字符时，ASCII码存放在VRAM中，而字符的点阵放在由ROM构成的字符发生器中

显示器的类型

  • 阴极射线管CRT

  • 液晶显示器LCD

  • 发光二极管显示器LED

2、打印机

  • 击打式打印机：防伪性好，速度慢、噪声大

  • 非击打式打印机：数度快、噪声小

    • 喷墨打印机

    • 激光打印机

7.2.3 外部存储器

1、磁盘存储器

（1）磁盘存储器的组成

磁盘存储器的组成：

  • 磁盘驱动器：核心部件是磁头组件和盘片组件，温彻斯特盘是一种可移动头固定盘片的硬盘存储器

  • 磁盘控制器：是硬盘存储器和主机的接口，主流的标准有IDE、SCSI、SATA等

数据存储区域的组成：

  • 磁头数：表示硬盘总共有多少个磁头

  • 柱面数：表示硬盘每一面盘片上有多少条磁道

  • 扇区数：表示每一条磁道上有多少个扇区

（2）磁盘的性能指标

  • 容量

    • 格式化容量

    • 非格式化容量

  • 记录密度：盘片单位面积上记录的二进制的信息量

    • 道密度：沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数

    • 位密度：磁道单位长度上能记录的二进制代码位数

      • 内外圈磁道上记录的信息量是相等的

      • 越靠内的磁道，位密度越大

    • 面密度：位密度和道密度的乘积

  • 平均存取时间：寻道时间+旋转延迟时间+传输时间

  • 数据传输率：磁盘存储器在单位时间内向主机传送数据的字节数

    • 磁盘转速为r（转/s）

    • 每条磁道的容量为N个字节

    • 数据传输速率：Dr=r⋅N\text{D}_{r}=r\cdot NDr​=r⋅N

（3）磁盘地址

  • 驱动器号：使用哪个磁盘

  • 柱面号：磁头臂移动到哪里

  • 盘面号：使用哪个磁头

  • 扇区号：写入哪个扇区

（4）磁盘存储器的特点

  • 优点

    • 存储容量大，位价格低

    • 记录介质可以重复使用

    • 记录信息可以长期保存而不丢失，甚至可以脱机存档

    • 非破坏性读出，读出时不需要再生

  • 缺点

    • 存取速度慢，每次存取1bit，串行读写

    • 机械结构复杂

    • 对工作环境要求较高

2、磁盘阵列

RAID：（Redundant Array of Inexpensive Disks，廉价冗余磁盘阵列）将多个独立的物理磁盘组成一个独 立的逻辑盘，数据在多个物理盘上分割交叉存储、并行访问，具有更好的存储性能、可靠性和安全性

  • RAID0：无冗余，无校验

  • RAID1：镜像磁盘阵列

  • RAID2：使用海明码校验纠错

    • 逻辑上连续的几个bit物理上分散存储在各个盘中

    • 这几个bit的校验码也分散的存储在额外的磁盘中

    • 例如4bit数据+3bit校验，共7块盘

  • RAID3：使用位交叉奇偶校验

  • RAID4：使用块交叉奇偶校验

  • RAID5：无独立校验的奇偶校验

越向后，冗余信息占比越少，可靠性越高

3、光存储器

类似磁盘，使用光盘作为介质

（1）特点

  • 存储密度高

  • 携带方便

  • 成本低

  • 容量大

  • 存储期限长

  • 容易保存

（2）分类

  • CD-ROM：只读光盘

  • CD-R：只可写入一次

  • CD-RW：可读可写光盘，可重复读写

  • DVD-ROM：高容量的CD-ROM，只读

4、固态硬盘

采用高性能Flash Memory作为硬盘

  • 原理：闪存技术，闪存（Flash Memory）是在EEPROM的基础上发展起来的，本质上还是ROM

  • 组成

    • 闪存翻译层：翻译块号，找到对应的页

    • 存储介质：由多个闪存芯片组成，每个闪存芯片内分为多个块，每个块内又分为多个页

      • SSD的页：磁盘的扇区

      • SSD的块：磁盘的磁道

  • 读写特性

    • 系统对SSD的读写以页为单位进行，OS中的逻辑块对应SSD中的一个页

    • 系统对SSD的擦除以块为单位，擦除干净的块，每个页都可以被写一次、读无限次

    • 支持随机访问

    • 读快、写慢：当要写入的页存在数据时，将该块内其他的内容全部复制到一个擦除干净的新块中，之后再写入新的页

  • 与机械硬盘相比

    • SSD读写速度快，随机访问性能高

    • SSD安静、耐震、造价高

    • SSD一个块被擦除次数过多会损坏

  • 磨损均衡技术

  • 思想：将擦除操作平均分布到各个块上

  • 动态磨损均衡：写入时优先选择擦除次数少的块

  • 静态磨损均衡：让老旧的块承担读为主的任务，让新的块承担更多的写技术

上一页7.1 I/O系统的基本概述下一页7.3 I/O接口

最后更新于2年前

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