计算机组成原理2

总线的基本概念、总线的分类、总线的特性及性能指标及标准、总线结构详谈

总线在同一时刻只能有一对设备进行使用，这种传输特点决定了总线的控制方式。这其实是一件事<总线传输数据>的两个阶段<判优控制(选主设备)与通信控制(主从协调)>

总线传输周期4个阶段、总线通信的四种方式详谈

同步通信特点：1.统一定宽定距时钟2.在给定时间点内完成规定操作3.主从强制同步，时标按最慢的从模块设计。

异步通信特点：主从间增加请求线、响应线两条线。克服了同步通信的缺点，允许各模块速度不一致。但同步串行速度高于异步串行速度。
1）不互锁方式：主设备不管是否接收到了应答信号，经过一定的延时以后都会撤销请求信号，从设备如是。
2）半互锁方式：主设备只有接收到了应答信号才会撤销信号。
3)全互锁方式：主设备如上，从设备只有主设备撤销请求信号后才能撤销响应信号。（最优）

方式2）和3）可完成可靠的数据传输，如果传输过程当中发现数据出错，这两种方式可以请求从设备重新发送或者是接收数据。异步通信就是通过请求和回答两个握手信号来完成通信联络。

半同步通信特点：同步、异步结合，同步方面发送方用 时钟前沿 发信号。接收方用 时钟后沿 判断识别。在异步方面允许不同速度的模块和谐工作，为此增加一条等待响应信号线（该信号由从设备给出）。


分离式通信特点：充分挖掘系统总线每个瞬间的能力。将一个总线传输周期分为两个子周期，子周期1主模块准备好信息后申请占用总线，使用完后即放弃总线的使用权。子周期2从模块准备好数据信息后申请占用总线，将一系列数据信息送至总线上供主模块接收。具体如下：
1.各个模块都变成了主模块有权申请占用总线。
2.在准备好数据信息后采用同步方式通信。
3.各模块准备数据时不占用总线。
4.总线被占用时都在做有效工作，不存在空闲等待时间。

例子：一个硬盘挂在通道上，再执行程序中，要从硬盘读数据都程序，对硬盘呢分三步操作：一.定位：寻找一个指定的磁道，硬盘是机械式的，磁头要在硬盘表面移动移动到指定磁道上去，这个时间是比较长的。二.磁头找到指定的磁道以后要找指定的扇区，磁头停止在磁盘的表面，磁盘本身在转动，等待指定的扇区转到磁头的下列，这个等待时间长。三.开始读上面的数据，很快。对此情况采用分离式通信会大大提高整个过程的速度。


总线结构对计算机性能的影响。
结合计算机的现状及发展趋势提出新的总线评价指标。
目前计算机都采用什么总线结构？采用哪些通信控制？

存储器分类、存储器层次结构一、二
计算机系统当中为什么要用这么多类型的存储器？
满足用户“快大低”的要求，三角层次中任何一种存储器都达不到，解决的方法就是采用这种层次结构，形成这种存储体系。
存储体系：把两种或者两种以上的存储介质构成的存储器，用软件、硬件或者是软硬件相结合的这种方式把它连接成一个整体，使得使得从某一级程序员的角度去看，这个整体具有“快大低”。
两个关键点：连接：使用软、硬件或者结合的方式连接成一个整体。整体：从某一级程序员来看他拥有的是一个“快大低”的存储，也就是说对他来说这个层次结构是透明的，他在使用存储器的过程当中不需要考虑存储器的层次结构，信息的调入调出都是通过软、硬件或结合的机构自动来完成的。


存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次？计算机如何管理这些层次？
存储器的层次结构主要有：寄存器、缓存、主存、磁盘、光盘、磁带等。
分层的主要原因是满足用户对存储器高速度、大容量、低价格的需求。
计算机对存储层次的管理主要分为缓存——主存和主存——辅存两个层面的管理：主存——缓存层次主要解决cpu和主存速度不匹配的问题，通过硬件的方式进行管理。主存——辅存层次主要解决主存容量较小的问题，通过软硬的方式进行管理。


局部性原理如何与多级存储器的使用相联系？
局部性原理: CPU访问存储器时，无论是存取指令还是存取数据，所访问的存储单元都趋于聚集在一个较小的连续区域中。
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。
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。
顺序局部性：在典型程序中，除小部分转移类指令外，大部分指令是顺序进行的。
即程序的地址访问流有很强的时序相关性，未来的访问模式与最近已发生的访问模式相似。

根据这一原理，多级存储器体系把主存储器中访问概率最高的内容存放在Cache中，当CPU需要读取数据时就首先在Cache中查找是否有所需内容，如果有则直接从Cache中读取；若没有再从主存中读取，然后同时送往Cache和CPU，主辅亦是。故可以按对所使用的指令和数据的急迫和频繁程度，将其存入容量、速度、价格不同的存储器中，增加了时间优化的命中率，取得更高的性能价格比。