计算机组成_ 输入输出接口(InputOutput System)_
计算机组成：输入输出接口的基本组成，功能和分类
计算机组成：输⼊输出接⼝的基本组成，功能和分类输⼊/输出接⼝的基本组成、功能和类型1．接⼝的类型在实际应⽤中，按照外部设备的⼯作原理和应⽤⽅式的不同，开发出了多种多样的输⼊/输出接⼝，可以按照不同标准对其进⾏分类。
（1）按通⽤性分类，有通⽤接⼝和专⽤接⼝。
通⽤接⼝是可供多种外设使⽤的标准接⼝，专⽤接⼝则是为某类外设或应⽤专门设计的。
（2）按外设与接⼝间的数据传送⽅式，可分为串⾏接⼝和并⾏接⼝。
主机与接⼝由内部的系统总线负责数据传输，数据总是并⾏传送的。
在并⾏接⼝中，外设和接⼝间传送数据的宽度是⼀个字节（或字）的所有位，⼀次传输的信息量⼤，但数据线的根数将随着数据宽度的增加⽽增加。
在串⾏接⼝中，外设和接⼝间的数据是⼀位⼀位串⾏传送的，⼀次传输的信息量⼩，但只需⼀根数据线。
所以，并⾏接⼝适合近距离设备与主机间的传输；串⾏接⼝⽐较适合在远程终端和计算机⽹络等设备离主机较远的场合下使⽤。
（3）按主机访问外设的控制⽅式，可分为程序查询式接⼝、程序中断接⼝、DMA接⼝，以及更复杂⼀些的通道控制器等。
（4）按功能的灵活性，可分为可编程接⼝和不可编程接⼝。
可编程接⼝的功能是可变的，通过编程可使同⼀接⼝执⾏多种不同的功能；不可编程接⼝则只能⽤硬连线逻辑来实现固定的功能。
（5）按输⼊/输出的信号类型不同，可分为数字接⼝和模拟接⼝。
数字接⼝的输⼊/输出全为数字信号，以上列举的并⾏接⼝和串⾏接⼝都是数字接⼝。
⽽模/数转换器和数/模转换器中包含模拟信号，则属于模拟接⼝。
2．接⼝的基本组成（3）按数据处理的功能进⾏分类。
除了输⼊设备和输出设备外，还有外存储器设备、多媒体设备、⽹络通信设备和外围处理机设备等多种类型。
2．⼯作特点输⼊/输出接⼝电路的内部的基本组成和外部的连接⽅式可以⽤如下图所⽰的框图来表⽰。
由图可见，主机对外部设备的控制信息看成输出数据，外部设备提供给主机读取的状态和数据信息则是输⼊数据，若在接⼝中为数据信息、控制信息和状态信息分设相应的寄存器，赋以不同的端⼝地址，这些信息便按照I/O控制信息的要求分时地由主机或外设使⽤数据总线传送到各⾃的寄存器中去，再由对⽅读取并进⾏后续操作。
输入输出接口(计算机组成)期末测试练习题
一、单选题1、下列哪条x86指令实现了把寄存器AL的内容写入端口70H？A.IN AL， 70HB.OUT 70H，ALC.OUT AL，70HD.IN 70H，AL正确答案：B2、8086系统中，假设同时发生了溢出中断，单步中断和可屏蔽中断，则哪个中断会被优先处理？A.溢出中断B.可屏蔽中断C.任意中断都有可以被优先处理D.单步中断正确答案：A二、多选题1、I/O接口的主要功能有哪些？A.设备选择B.提供联络信息C.数据缓冲D.提高处理器工作频率正确答案：A、B、C2、现代个人计算机中，哪些设备可以看做是I/O接口？A.网卡B.并口控制芯片C.南桥D.显卡正确答案：A、B、C、D3、下列哪些是无条件传送方式的特点？A.CPU不需要参与数据传输B.只适用于简单外设的操作C.控制程序简单D.操作流程较为复杂正确答案：B、C4、下列哪些是程序查询方式的特点？A.查询外设状态占用了大量的时间B.比无条件传送方式准确可靠C.CPU不需要参与数据传输D.只适用于简单外设操作正确答案：A、B5、下列关于中断控制方式的描述哪些是正确的？A.CPU不再需要参与数据传输B.需要反复检查状态位C.一定程度上满足了I/O处理的实时性要求D.CPU可以和外设并行工作，提高了工作效率正确答案：C、D6、DMA控制器初始化时，至少要配置哪些参数？A.源地址的初始值及传送时的地址增减方式B.目的地址的初始值及传送时的地址增减方式C.待传送数据的长度D.CPU的工作频率正确答案：A、B7、现代个人计算机中，哪些设备通常是自带DMA控制器的？A.键盘B.声卡C.内存D.网卡正确答案：B、D三、填空题1、请按照正确的程序查询数据输入过程，给下列各个步骤排序，正确的顺序是（）。
（答案直接填写数字，如123456）1 外设将数据发到“并行数据输入”信号线上，并将“输入准备好”信号置为有效2 接口将“输入回答”信号置为无效，等待外设输入新数据3 接口将“状态寄存器”中的状态位“输入缓冲满”置为有效4 系统初始化时，CPU执行指令，将控制字写入接口的“控制寄存器”，设置接口的工作模式5 在上述过程中，CPU反复执行指令从“状态寄存器”中读出状态字，直到发现“输入缓冲满”，然后执行指令从“输入缓冲寄存器”中读出数据6 接口发现“输入准备好”信号有效后，从“并行数据输入”信号线上接收数据，放入“输入缓冲寄存器”，并将“输入回答”信号置为有效，阻止外设输入新数据正确答案：4163522、x86 CPU的外部中断有两大类：可屏蔽中断和（）中断？正确答案：非屏蔽。
微机原理基本输入输出接口
微机原理基本输入输出接口微机原理是指计算机系统的核心部分，它包括了计算机的硬件系统和软件系统。
基本输入输出接口（Basic Input/Output System, BIOS）是计算机系统中一种重要的软件组件，它提供了计算机启动时的底层控制和管理功能，负责完成计算机硬件的初始化和自检等任务。
BIOS是存储在计算机主板上的一块ROM芯片中，它具有独立于操作系统的特点，可以提供计算机启动的基本功能。
在计算机启动时，BIOS会首先进行硬件自检，检测主要硬件设备的状态和配置情况，从而确保计算机系统的正常运行。
然后，BIOS会加载操作系统，并将控制权转交给操作系统，从而完成计算机的启动。
在计算机系统中，基本输入输出接口主要包括以下几个方面：1.键盘和显示器接口：计算机通过键盘接口接收用户的输入，通过显示器接口向用户展示计算机系统的状态和结果。
BIOS负责键盘和显示器的初始化和管理，确保键盘和显示器正常工作。
2.磁盘接口：计算机通过磁盘接口与硬盘、光盘、软盘等外部存储设备进行数据交换。
BIOS负责硬盘、光盘、软盘的初始化和管理，使它们能够被操作系统正确识别并使用。
3.串口和并口接口：计算机通过串口和并口接口与外部设备进行数据交换，如打印机、调制解调器等。
BIOS负责串口和并口的初始化和管理，确保它们能够正确地与计算机通信。
4.时钟和定时器接口：BIOS通过时钟和定时器接口提供计算机系统的日期、时间和时钟信号等。
这些信息在操作系统运行过程中起着重要的作用，如文件时间戳、进程调度等。
5.中断和DMA接口：计算机系统中有许多硬件设备需要及时响应，如键盘输入、网络数据传输等。
BIOS通过中断和DMA接口实现硬件设备与操作系统的交互，确保及时处理硬件设备的请求。
基本输入输出接口通过这些接口与计算机系统的其他部分进行交互，提供了计算机系统的基本输入和输出功能。
它是计算机启动和运行的基础，保证了计算机系统的正常工作。
同时，基本输入输出接口也是计算机硬件设备和操作系统之间的桥梁，实现了二者之间的交互和通信。
输入输出接口
可以在一些专业级视频工作站/编辑卡专业级视频设备或高档影碟机等家电上看到有YUV YCbCr Y/B-Y/B-Y 等标记的接口标识，虽然其标记方法和接头外形各异但都是指的同一种接口色差端口(也称分量视频接口)。它通 常采用YPbPr和YCbCr两种标识，前者表示逐行扫描色差输出，后者表示隔行扫描色差输出。由上述关系可知，我 们只需知道Y Cr Cb的值就能够得到G的值(即第四个等式不是必要的)，所以在视频输出和颜色处理过程中就统一 忽略绿色差Cg而只保留Y Cr Cb，这便是色差输出的基本定义。作为S-Video的进阶产品色差输出将S-Video传输 的色度信号C分解为色差Cr和Cb，这样就避免了两路色差混合解码并再次分离的过程，也保持了色度通道的最大 带宽，只需要经过反矩阵解码电路就可以还原为RGB三原色信号而成像，这就最大限度地缩短了视频源到显示器 成像之间的视频信号通道，避免了因繁琐的传输过程所带来的图像失真，所以色差输出的接口方式是各种视频输 出接口中最好的一种。
S-Video(S端子，Separate Video)，S端子也叫二分量视频接口，一般采用五线接头，它是用来将亮度和色 度分离输出的设备，主要功能是为了克服视频节目复合输出时的亮度跟色度的互相干扰。S端子的亮度和色度分离 输出可以提高画面质量，可以将电脑屏幕上显示的内容非常清晰地输出到投影仪之类的显示设备上。
DVI数字端子比标准VGA端子信号要好，数字接口保证了全部内容采用数字格式传输，保证了主机到监视器的 传输过程中数据的完整性（无干扰信号引入），可以得到更清晰的图像。
（RCA）接口
也称AV接口，通常都是成对的白色的音频接口和黄色的视频接口，它通常采用RCA(俗称莲花头)进行连接， 使用时只需要将带莲花头的标准AV线缆与相应接口连接起来即可。AV接口实现了音频和视频的分离传输，这就避 免了因为音/视频混合干扰而导致的图像质量下降，但由于AV接口传输的仍然是一种亮度/色度(Y/C)混合的视频 信号，仍然需要显示设备对其进行亮/色分离和色度解码才能成像，这种先混合再分离的过程必然会造成色彩信号 的损失，色度信号和亮度信号也会有很大的机会相互干扰从而影响最终输出的图像质量。AV还具有一定生命力， 但由于它本身Y/C混合这一不可克服的缺点因此无法在一些追求视觉极限的场合中使用。
计算机组成原理基础知识-输入输出系统
计算机组成原理基础知识-输⼊输出系统四.输⼊输出系统--输⼊输出系统由I/O软件和I/O硬件两部分组成--I/O设备 输⼊设备：完成输⼊程序、数据、命令等功能：键盘、⿏标、触摸屏、其他 输出设备：显⽰设备、打印设备 其他I/O设备：终端设备、A/D与D/A转换器、汉字处理设备等--I/O接⼝ 接⼝可以看做是两个系统或两个部件的交接部分 接⼝的功能：选址功能、传送命令的的功能、传送数据的功能、反应I/O设备状态的功能 接⼝类型：按不同⽅式分类有以下⼏种： 按数据传送⽅式分类：有并⾏接⼝和串⾏接⼝ 按功能选择的灵活性分类：有可编程接⼝和不可编程接⼝ 按通⽤性分类：有通⽤接⼝和专⽤接⼝ 按数据传送的控制⽅式分类：有程序型接⼝和DMA型接⼝--I/O设备与主机交换信息（信息传送）的控制⽅式 共五种：程序查询⽅式、程序中断⽅式、直接存储器存取⽅式（DMA）、I/O通道⽅式、I/O处理机⽅式（此处只了解前三种） -程序查询⽅式：由CPU通过程序不断查询I/O设备是否已做好准备，从⽽控制I/O设备与主机交换信息 -程序中断⽅式：计算机在执⾏程序的过程中、当出现异常情况或特殊请求时，计算机停⽌现⾏程序的运⾏，转向对这些异常情况或特殊请求的处理，处理结束后在返回到现⾏程序的中断处，继续执⾏原程序，这就是中断。
把实现中断所需的软硬件技术统称为中断技术 中断服务程序流程：保护现场、中断服务、恢复现场、中断返回 -DMA：直接存储器存取⽅式 在DMA⽅式中，主存与I/O设备之间有⼀条数据通路。
主存与I/O设备交换信息时，⽆需调⽤中断服务程序 通常DMA与主存交换数据时采⽤如下三种⽅式 停⽌CPU访存、周期挪⽤（或周期窃取）、DMA与CPU交替访问。
了解电脑的输入输出接口
了解电脑的输入输出接口电脑作为现代人类生活中不可或缺的工具，已经成为了人们日常办公、学习、娱乐等各方面的必需品。
但是，电脑的输入输出接口却是一个常常被忽视的问题。
本文将会对电脑输入输出接口进行深入的了解和分析。
一、什么是电脑输入输出接口？电脑所谓的输入输出接口，简单可以理解为电脑与外界设备进行信息交互的口。
也就是说，数据交换要通过这些“口”去实现。
电脑可以通过各种口与其他设备进行数据传输和信息交互。
通俗一点说，输入接口即接受外设输入数据的接口，如键盘、鼠标等。
输出接口即输出数据的接口，如显示器、打印机等。
这些接口让我们能够更方便地使用电脑，提高了效率和体验。
二、电脑的常见输入接口1. USB 接口USB（Universal Serial Bus）是电脑中最为常见的输入接口之一，由于其性价比高，适用范围广等优点，在各类电子产品中得到了广泛应用。
目前，USB 接口的标准已经发展到了 USB 3.2 Gen 2x2 ，可传输速率高达20 Gbps。
2. 鼠标和键盘接口鼠标和键盘是电脑输入设备的重要组成部分，它们传统上都是通过PS/2 接口与电脑连接的。
不过在现代电脑中，大部分都已经转为 USB 接口。
另外，蓝牙连接也是键鼠设备的新方向。
3. 音频线音频线是一种连接电脑音频输出和音响设备之间的接口。
现在电脑中一般都有几个音频接口，用于耳机、音响的连接。
音频线的接口有3.5毫米和6.35毫米两种。
三、电脑的常见输出接口1. HDMI 接口HDMI（High Definition Multimedia Interface）是常用的一种影音接口标准，可传输高清视频和多声道音频信号，能够将电脑的高清画面传输到电视或投影仪等输出设备上。
2. DVI 接口DVI（Digital Visual Interface）是一种数字化的视频输出接口，是目前传输图像质量最好的显示输出接口之一。
DVI 接口被广泛应用于液晶显示器和投影机的连接。
计算机英语组成原理
计算机组成原理中英对照COMPUTER HARDWARE 计算机硬件Computer systems consist of hardware and software. Hardware is the physical part of the system. Once designed，hardware is difficult and expensive to change. Software is the set of programs that instruct the hardware and is easier to modify than hardware.计算机系统由硬件和软件组成。
硬件是系统的物理部分。
硬件一旦设计完毕，要修改是困难的，并且花费也大。
软件是指挥硬件的程序集合，比硬件容易修改。
Every computer has four basic hardware components：每台计算机都有如下4种基本硬件部件：•Input devices．输入设备•Output devices.输出设备•Main memory.主存储器•Central processing unit（CPU）．中央处理器A PROCESSOR 处理器A processor is composed of two functional units—a control unit and an arithmetic/logic unit—and a set of special workspaces called registers．处理器由两个功能部件（控制部件和算术逻辑部件）与一组称为寄存器的特殊工作空间组成。
The Control Unit控制部件The Arithmetic and Logic Unit算术逻辑部件Registers寄存器MEMORY SYSTEMS 存储系统Memory Devices存储器RANDOM-ACCESS MEMORY随机存储器READ-ONLY MEMORY只读存储器MAGNETIC DISKS磁盘CD-ROMS只读光盘MAGNETIC TAPE磁带INPUT/OUTPUT SYSTEM 输入输出（I/O系统）Programmed I/O（程序控制I/O）Programmed I/O，also known as direct I/O，is accomplished by a program executing on the processor itself to control the I/O operations and transfer the data．程序控制I/O，又称直接I/O，由在处理器上执行的程序去控制I/O操作和传送数据。
输入输出系统设备
输入输出系统设备输入输出系统设备（Input/Output System Devices，简称I/O设备）是计算机系统中起到输入和输出数据的作用的硬件组件。
这些设备使得用户可以与计算机进行交互，并将数据从计算机系统中传输到外部设备，或将数据从外部设备输入到计算机系统中。
本文将介绍一些常见的输入输出系统设备。
键盘键盘是最常见的输入设备之一。
它包含一系列按键，用于输入字符和命令。
键盘通过与计算机主机进行连接，将按键所产生的电信号传输到计算机系统中。
计算机系统会将这些电信号转换为对应的字符或命令，并将其发送到应用程序中进行处理。
键盘通常具有标准键盘布局，包括字母键、数字键、功能键等。
鼠标鼠标是另一个常见的输入设备，它通过控制光标的移动来实现与用户的交互。
鼠标通常包含左键、右键和滚轮，可以通过点击和拖动来选择和操作屏幕上的对象。
鼠标通过与计算机主机进行连接，将鼠标的移动和点击动作转换为计算机能够理解的指令。
计算机系统根据这些指令的输入来完成相关操作。
显示器显示器是输出设备，用于将计算机系统中的图像和文字显示给用户。
显示器通常采用液晶显示技术，可以显示高分辨率的图像。
用户可以通过显示器来观看视频、浏览网页、编辑文档等。
显示器通过与计算机主机进行连接，接收计算机系统发送的图像和文字数据，并将其显示在屏幕上。
打印机打印机是一种输出设备，用于将计算机系统中的图像和文字打印到纸张上。
打印机通常通过与计算机主机进行连接，接收计算机系统发送的打印指令，并将其转换为实际的打印输出。
打印机可以打印单页文档，也可以打印多页文档。
打印机的类型包括喷墨打印机、激光打印机等。
扫描仪扫描仪是一种输入设备，用于将纸质文档转换为数字化的图像。
扫描仪通过与计算机主机进行连接，接收计算机系统发送的扫描指令，并将扫描得到的图像数据传输到计算机系统中。
扫描仪可以扫描纸质文档、照片等，并将其转换为计算机系统可以识别和处理的数字化数据。
音频输入输出设备音频输入输出设备用于处理和控制计算机系统中的声音。
计算机的组成部分有哪些
计算机的组成部分有哪些计算机5大组成部分是：1、控制器，计算机的控制系统；2、运算器，计算机的运算系统；3、存储器，计算机存储系统；4、输入设备，包括键盘、鼠标、麦克风、摄像头、触摸屏等；5、输出设备，包括显示器、音响、打印机等。
计算机五大组成部分1、控制器：计算机的控制系统2、运算器：计算机的运算系统-逻辑运算（判断事物的对与错）-数学运算（1+1）控制器+ 运算器= 中央处理器（CPU）3、存储器：计算机存储系统-内存基于电工作的优点：读取速度快缺点：断电数据丢失-外存优点：可以永久存储数据缺点：读取速度慢4、输入设备键盘、鼠标、麦克风、摄像头、触摸屏等5、输出设备显示器、音响、打印机输入设备：input 输出设备：output存储器也叫I/O操作三大核心组件CPU:大脑内存：短期记忆硬盘：永久保存×86: 32位操作系统指CPU一次性能处理32位个二进制字符×86: 64位操作系统指CPU一次性能处理64位个二进制字符存储器寄存器：将CPU即将用到的数据存储于寄存器（容量小）高速缓存：将经常要用到的数据中容量比较小的数据存储在高速缓存内存：CPU获取数据的主力还是内存硬盘：机械硬盘：硬盘的机械手臂在磁道上旋转读取数据固态硬盘：基于电容存储，数学算法磁带：服务器数据备份BIOS系统basic input output system 计算器出厂自带的小系统操作系统操作系统也是应用程序但是他是针对计算机硬件，将操作硬件中的复杂，丑陋的借口封装起来，暴露给用户简单快捷的操作接口，帮助用户管理、协调、操作、调度计算机的各个硬件。
计算机组成与结构第10章：输入输出系统
3. 直接存储器存取(direct memory access )方式
DMA方式是在外设和主存之间开辟直接的数据 传送通路.
占用总线一个周期---“周期窃取” 4. I/O通道控制(I/O channel control)方式
“通道”不是一般概念的I/O通路,它是一 个专用名称.具有自己的指令系统,实现指令 所控制的操作,已具备处理机的功能。
优先权是指多个中断同时发生时，对各个中 断响应的优先次序。
中断源很多时，一般把中断按不同的类别 分为若干级，称为中断级。 (3) 禁止中断和中断屏蔽 禁止中断是指有中断请求时，CPU不能中止 现行程序的执行，一般是通过使CPU内部的 “中断允许触发器”清“0”来完成的。置 “1”为允许中断。可用开、关中断指令来实
中断屏蔽：当产生中断请求后，用程序方式 有选择地封锁部分中断，而允许其他部分 中断得到响应。
实现方法是为每个中断源设置一个中断屏 蔽触发器，该触发器为“1”，则屏蔽。为 “0”则允许中断请求。
各设备的中断屏蔽触发器组成中断屏蔽寄存 器。 中断又分可屏蔽中断和非屏蔽中断。后者 优先权最高。
10.2.2 中断处理
D7
1
0
1
0
1
1
0
D0
(2) 串行排队链法 用硬件确定中断源。
中断响应
中断排队选中 中断允许输入 中断允许输出
3. 多重中断处理
多重中断是指在处理某一中断过程中又发生 了新的中断请求，从而中断该服务程序，又 转去执行新的中断处理。又称中断嵌套。 一般在处理某级中断时，与它同级或比它 低级的中断不能中断它的处理。而比它高 级的中断可以中断它。 图10.5 是一个4级中断嵌套的例子。
1. 中断处理过程 (1) 关中断 (2) 保存断点和现场 (3) 判别中断源，转向中断服务程序 (4) 开中断
计算机的组成 表格
计算机的组成计算机是由多个组件组成的复杂系统，主要包括以下几个部分：1. 中央处理器（Central Processing Unit，CPU）：CPU是计算机的核心部件，执行指令并进行计算。
它包括控制单元和算术逻辑单元，负责指挥和执行程序。
现代计算机通常使用多核CPU来提高处理能力。
2. 存储器（Memory）：存储器用于存储程序指令和数据。
它分为主存储器（RAM）和辅助存储器（如硬盘、固态硬盘），主存储器用于临时存储正在运行的程序和数据，而辅助存储器则用于长期存储和备份数据。
3. 输入设备（Input Devices）：输入设备用于将外部数据输入到计算机中。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪等。
4. 输出设备（Output Devices）：输出设备用于将计算机处理后的结果显示给用户。
常见的输出设备包括显示器、打印机、扬声器等。
5. 主板（Motherboard）：主板是计算机中各个部件的连接和支持中枢。
它包含了CPU插槽、内存插槽、扩展插槽以及各种连接器和芯片组。
6. 数据通路（Data Bus）：数据通路用于在计算机各个组件之间传输数据和信号。
它包括地址总线、数据总线和控制总线，用于控制和传输指令、数据和信号。
7. 输入输出控制器（Input/Output Controller）：输入输出控制器负责管理计算机与外部设备之间的数据交换和通信。
8. 操作系统（Operating System）：操作系统是计算机的核心软件，负责管理和控制计算机的各个硬件和软件资源，提供用户接口以及协调各种应用程序的运行。
除了上述基本组成部分，计算机还包括各种接口、扩展插槽、电源等辅助部件，以满足不同需求和扩展功能。
计算机的每个组成部分都扮演着重要的角色，共同协作完成各种计算、处理和存储任务。
计算机的基本构成
AT电源 功率一般为150W～220W，共有四路输出（土5V、土12V），另向主板提供一 个P.G.信号。输出线为两个六芯插座和几个四芯插头，两个六芯插座给主板供电。 AT电源采用切断交流电网的方式关机。在ATX电源未出现之前，从286到586计算机 由AT电源一统江湖。随着ATX电源的普及，AT电源如今渐渐淡出市场。 ATX电源 Intel l997年2月推出ATX 2.01标准。和AT电源相比，其外形尺寸没有变化，主 要增加了+3.3V和+5V StandBy两路输出和一个PS---ON信号，输出线改用一个20芯 线给主板供电。 随着CPU工作频率的不断提高，为了降低CPU的功耗以减少发热量，需要降低 芯片的工作电压，所以，由电源直接提供3.3V输出电压成为必须。+5V StandBy也 叫辅助+5V，只要插上220V交流电它就有电压输出。PS---ON信号是主板向电源提 供的电平信号，低电平时电源起动，高电平时电源关闭。利用+5V SB和PS—ON信 号，可以实现软件开关机器、键盘开机、网络唤醒等功能。辅助5V始终是工作的， 有些ATX电源在输出插座的下面加了一个开关，可切断交流电源输入，彻底关机。
存储器由一些能表示二进制数0和1的物理器件组 成，这种器件称为记忆元件或记忆单元。每个记忆 单元可以存储一位二进制代码信息。 位（bit）：用来存放一位二进制信息的单位称为 1 位。位是二进制数的基本单位，也是存储器中存储 信息的最小单位。 字节（ byte）：存放8位二进制信息的单元称为一 个字节。存放一个ASCII码需要一个字节，存放一个 汉字需要2个字节。字节是计算机中存储器的最小存 储单元。 字（ Word）：由一个或多个字节组成，作为一个 整体进行存取的一个单位。
地址：为了区分存储体内不同的存储单元，每 个存储单元都有一个编号，称为存储单元的地址。 存储容量：一个存储器中存储单元的总数称为 该存储器的存储容量。 表示存储容量的单位有字节（B）、KB、MB、 GB、TB，它们之间的关系是 1 KB = 1024 B， 1 MB = 1024 KB， 1 GB = 1024 MB， 1 TB = 1024 GB 。
计算机组成教学大纲
计算机组成教学大纲本课程重点讲述计算机的内部结构和工作原理，强调软件和硬件的衔接，注重基本概念和真实系统的对应。
课程概述本课程的重点在于计算机内部的主要部件以及各部件之间的联系，主要内容包括：冯·诺依曼计算机结构的要点，计算机执行指令的工作过程，当前流行的指令系统的分析对比，高级语言、汇编语言和机器语言之间的关系，计算机采用的主要算术和逻辑运算方法及其实现，微处理器、存储系统和输入输出系统的基本原理和关键技术等。
本课程强调计算机软件和硬件的衔接互动，注重基于真实系统分析基本概念，是计算机及相关专业本科生了解和掌握计算机系统整体框架的基础性课程。
课程大纲01计算机基本结构（Basic Components of a Computer）课时101-电子计算机的兴起102-冯诺依曼结构的要点103-冯诺依曼结构的小故事104-计算机结构的简化模型105-计算机执行指令的过程106-计算机输入和输出107-冯诺依曼结构和具体实现课后测验02指令系统体系结构（Instruction Set Architecture）课时201-设计自己的计算机202-x86体系结构203-x86指令简介204-复杂的x86指令举例205-MIPS体系结构206-MIPS指令简介课后测验第一次互评作业：MIPS汇编程序设计03算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit）课时301-算术运算和逻辑运算302-门电路的基本原理303-寄存器的基本原理304-逻辑运算的实现305-加法和减法的实现306-加法器的优化课后测验04乘法器和除法器（Multiplier and Divider）课时401-乘法的运算过程402-乘法器的实现403-乘法器的优化1404-乘法器的优化2405-除法的运算过程406-除法器的实现407-除法器的优化课后测验05单周期处理器（Single Cycle Processor）课时501-设计处理器的准备502-数据通路的建立503-运算指令的控制信号504-访存指令的控制信号505-分支指令的控制信号506-控制信号的集成课后测验06流水线处理器（Pipelined Processor）课时601-流水线的基本原理602-流水线的优化603-超标量流水线604-流水线的冒险605-数据冒险的处理606-控制冒险的处理课后测验07存储层次结构（Memory Hierarchy）课时701-存储层次结构概况702-DRAM和SRAM703-主存的工作原理704-主存技术的发展705-高速缓存的工作706-高速缓存的设计要点707-存储容量的计算课后测验第二次互评作业：cache性能评测与分析08中断与异常（Interruption and Exception）课时801-中断和异常的来源802-中断向量表的结构803-中断向量表的发展804-中断的处理过程805-内部中断分类说明806-基于中断的功能调用课后测验09输入输出接口（Input/Output System）课时901-输入输出接口的基本功能902-输入输出接口的编址方式903-输入输出的控制方式904-中断控制方式905-外部中断的处理过程906-直接存储器访问方式课后测验主要教材（英文版·第4版），Computer Organization and Design, Fourth 《计算机组成与设计》Edition，作者：David A. Patterson John L. Hennessy。
微型计算机系统的组成
微型计算机组成仍然遵循冯•诺伊曼结构，它由微处理器、内存储器、输入输出接口和系统总线组成，它采用总线（Bus）结构，如图1所示。
微处理器的性能决定了整个微型计算机的各项关键指标，输入输出接口电路是主机与外部设备连接的逻辑控制部件，总线为CPU和其他部件之间提供信息传输通道，包括数据总线（Data Bus，DB）、地址总线（Address Bus，AB）和控制总线（Control Bus，CB）。
图1微型计算机的总线结构1．地址总线AB传送CPU发出的地址信息，用于传送内存、输入输出接口地址信号，CPU按此地址寻找数据，是单向总线。
地址总线的位数决定了CPU可直接寻址的内存空间大小，一般来说，若地址总线为n位，则可寻址空间为2n字节。
2．数据总线DB传送数据信号，是CPU与内存及输入输出接口之间传输数据的通道，是双向总线，CPU既可通过DB从内存或输入设备接口电路读入数据，又可通过DB将CPU内部数据送至内存或输出设备接口电路。
3．控制总线CB用来传送控制信号和时序信号。
控制信号中，有的是CPU向内存及外设I/O接口电路发出的信息，如读/写信号、片选信号、中断响应信号等；有的是外设等其他部件发送给CPU信息的。
因此，控制总线的传送方向由具体控制信号而定，一般是双向的，控制总线的位数要根据系统的实际控制需要而定。
实际上控制总线的具体情况主要取决于CPU。
由于把大规模集成电路技术引入微型计算机的设计中，使得微型计算机中的器件高度集成，器件功能相对独立。
特别要提到的是微型计算机的总线结构，它是一个独特的结构。
有了总线结构以后，系统中各功能部件之间的相互关系变为各个部件面向总线的单一关系，一个部件只要符合总线标准，就可以连接到采用这种总线标准的系统中，使系统功能得到扩展。
以微型计算机为主体，配上系统软件和外设之后，就组成了微型计算机系统。
微型计算机的硬件主要有：1．主板主板（Main board）又称系统板（System board）或母板（Mother board），是微机系统中最大的一块电路板。
cray-1的基本结构
cray-1的基本结构Cray-1的基本结构概述：Cray-1是由美国计算机科学家Seymour Cray在1976年设计的超级计算机，被认为是当时世界上最快的计算机。
Cray-1具备了强大的计算能力和高效的系统架构，标志着超级计算机的新时代的开始。
1. 中央处理器（Central Processing Unit, CPU）Cray-1的中央处理器由多个功能模块组成，包括：时钟模块、指令寄存器、算术逻辑单元、数据寄存器等。
时钟模块负责控制CPU的时序，指令寄存器用于存储当前执行的指令，算术逻辑单元负责进行各种运算操作，数据寄存器用于存储中间结果和数据。
2. 存储器（Memory）Cray-1采用了大容量的主存储器，用于存储程序指令和数据。
主存储器采用了高速访问的技术，使得数据的读取和写入速度非常快。
Cray-1的主存储器容量可以达到8兆字节（8MB），在当时是非常大的容量。
3. 输入输出系统（Input/Output System, I/O）Cray-1的输入输出系统包括了多个外设接口，用于与外部设备进行数据交换。
外设接口可以连接磁带机、磁盘驱动器、打印机等外部设备，实现数据的输入和输出。
Cray-1的输入输出系统设计了高效的数据传输机制，可以实现高速的数据传输和处理。
4. 系统总线（System Bus）Cray-1的系统总线用于连接中央处理器、存储器和输入输出系统，实现数据和指令的传输。
系统总线采用了高带宽和低延迟的设计，可以实现快速的数据传输和处理。
5. 冷却系统（Cooling System）Cray-1的冷却系统采用了液冷技术，保证计算机的稳定运行。
冷却系统通过循环泵将冷却剂送至各个部件，吸收热量后再通过冷却器散热，保持计算机的温度在可控范围内。
6. 控制台（Console）Cray-1的控制台是用户与计算机进行交互的重要界面。
控制台提供了命令输入和结果输出的功能，用户可以通过控制台执行程序、监控计算机状态以及进行调试等操作。
飞行控制计算机的组成
飞行控制计算机的组成飞行控制计算机（Flight Control Computer，简称FCC）是现代飞机中不可或缺的关键部件。
它是飞机自动控制系统的核心，负责处理飞行控制指令、对传感器数据进行处理和分析，并提供飞行指令给飞机的各个部件，以实现飞机的稳定飞行和操作。
飞行控制计算机由数个主要部分组成，包括中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、存储器（Memory）、输入输出接口（Input/Output Interface）和操作系统（Operating System）。
下面将对这些组成部分逐一进行介绍。
首先是中央处理器（CPU）。
CPU是飞行控制计算机的大脑，负责执行各种计算和逻辑操作。
它能够读取并处理来自传感器的数据，通过算法和逻辑判断来生成飞行指令。
现代的飞行控制计算机通常采用高性能的多核处理器，以提高计算速度和并行处理能力。
其次是存储器。
存储器用于存储计算机的程序代码和数据。
飞行控制计算机需要存储大量的指令、数据和临时结果，以供后续的计算和操作使用。
存储器分为主存储器和辅助存储器两种。
主存储器是临时存储数据的地方，断电后数据会丢失。
辅助存储器如固态硬盘或闪存通常用于长期存储程序和数据。
输入输出接口是飞行控制计算机与外部设备进行通信的桥梁。
飞机上有各种传感器和执行器，如气压高度计、陀螺仪、舵机等。
输入输出接口负责将传感器的数据传输给CPU进行处理，并将处理结果传递给执行器执行。
同时，输入输出接口也允许飞行员通过操作面板输入飞行指令，以与飞行控制计算机进行交互。
最后是操作系统。
操作系统是控制和管理飞行控制计算机资源的软件程序。
它为CPU提供任务调度和管理、存储器管理、输入输出管理等功能。
操作系统确保飞行控制计算机能够高效地运行和管理各种任务，并提供良好的用户界面供飞行员进行操作和监控。
除了上述核心部分，飞行控制计算机通常还包括备份系统，以提供冗余和故障容错能力。
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本节小结
输入输出接口 的编址方式
北京大学 · 慕课 计算机组成
制作人：陆俊林
本节主题
中断控制方式
北京大学 · 慕课 计算机组成
制作人：陆俊林
问题举例
如何及时发现并 收到键盘的输入： 1、不断地查询？ 2、间歇地查询？ 3、其它方法？
I/O控制方式
I/O控制方式的含义
◦ 主机与外设之间的数据传送控制方式
MOV DX, 288 IN AL, DX IN AX, DX OUT DX, AL OUT DX, AX
I/O指令的地址译码过程示例
示例指令：OUT 21H, AL
地址：00000H~7FFFFH 地址：00H~1FH 地址：20H~3FH
存储器1 I/O接口1
M/IO=0; A=21H
微处理器
100 …… 011 …… 010 …… 001 …… 000 存储单元
I/O 地址空间
存储器 地址空间
整个 地址空间
模型机采用了统一编址的方式
存储器
0000 01010101
.…
……..
0111 01010101
控制 逻辑 地址 译码器
MAR MDR
输入输出
8个小灯泡
1110 xxxxxxxx 1111 xxxxxxxx
I/O控制方式的分类
1. 程序控制方式 2. 中断控制方式 3. 直接存储器访问(DMA)方式
数据输入过程（中断控制方式）
① 系统初始化时，CPU执行指令，将控制字写入接口的“控制寄存器”，设置 接口的工作模式
② 外设将数据发到“并行数据输入”信号，并将“输入准备好”信号置为有效 ③ 接口发现“输入准备好”信号有效后，从“并行数据输入”信号接收数据，
本节主题
输入输出接口 的编址方式
北京大学 · 慕课 计算机组成
制作人：陆俊林
输入输出接口（I/O接口）的基本结构
地址总线ABus
I/O 微处理器（CPU）
存储器
数据输入寄存器 数据输出寄存器
接 状态寄存器 口 控制寄存器
中断控制逻辑
数据总线DBus
控制总线CBus
外设
I/O端口及其编址方式
I/O端口
端口地址大于255
◦ 间接寻址：用DX的内容指定端口地址
IN：直接寻址 IN：间接寻址 OUT：直接寻址 OUT：间接寻址
76543210 1110010w
1110110w 1110011w 1110111w
76543210 port
port
IN AL, 80H IN AX, 80H OUT 80H, AL OUT 80H, AX
I/O端口和存储器分开编址
假设地址宽度为3，一个分开编址的地址空间划分示例
111 存储单元 110 …… 101 ……
100 …… 011 ……
010 …… 001 …… 000 存储单元
存储器 地址空间
11 I/O端口
10 …… 01 …… 00 I/O端口
I/O 地址空间
I/O指令说明
IN指令（输入）
缺点
◦ 由于I/O端口占用了一部分存储器地址空间，因而使存储地址空间减小 ◦ 由于利用访问存储器的指令来进行I/O操作，指令的长度通常比单独I/O
指令要长，因而指令的执行时间也较长
分开编址的特点
优点
◦ I/O端口不占用存储器地址，不会减少用户的存储器地址空间 ◦ I/O指令编码短，执行速度快 ◦ I/O指令的地址码较短，地址译码方便 ◦ 采用单独的I/O指令，使程序中I/O操作和其他操作层次清晰，便于理解
系统总线
（CPU）
存储器2 I/O接口3
I/O 2
0:数据输入寄存器
1:数据输出寄存器
接 2:状态寄存器 口 3:控制寄存器
4:中断控制逻辑
地址：80000H~FFFFFH
地址：40H~5FH
I/O端口和存储器统一编址
假设地址宽度为3，一个统一编址的地址空间划分示例
111 I/O端口 110 I/O端口 101 存储单元控制 逻辑 地址 译码器
MAR MDR
8个手动开关
控制电路 指令译码
IR PC MAR MDR R0
Rn-1 Y
X
B
ALU
CPU
内 部 总 线
FZ
统一编址的特点
优点
◦ 可以用访问存储器的指令来访问I/O端口，访问存储器的指令功能比较齐 全，可以实现直接对I/O端口内的数据进行处理
◦ 可以将CPU中的I/O操作与访问存储器操作统一设计为一套控制逻辑，简 化内部结构，同时减少CPU的引脚数目
口
控制寄存器
中断控制逻辑
常见的I/O端口编址方式
I/O端口和存储器分开编址
◦ I/O映像的I/O方式，I/O Mapped I/O ◦ x86体系结构采用该方式
I/O端口和存储器统一编址
◦ 存储器映像的I/O方式，Memory Mapped I/O ◦ ARM、MIPS、PowerPC等体系结构采用该方式
◦ 格式：IN AC, PORT ◦ 操作：把外设端口的内容输入到AL或AX
OUT指令（输出）
◦ 格式：OUT PORT, AC ◦ 操作：把AL或AX的内容输出到外设端口
微
存储器
I/O 接口
外设
处
理
系统总线
器
IN/OUT指令的寻址方式和示例
端口地址为0~255
◦ 直接寻址：用一个字节立即数指定端口地址 ◦ 间接寻址：用DX的内容指定端口地址
◦ I/O接口内部包含一组称为I/O端口的寄存器 ◦ 每个I/O端口都需有自己的端口地址（或称端口号），以便CPU访问
I/O端口的编址方式
◦ 在计算机系统中，如何编排I/O接口的端口地址？
微处理器 （CPU）
存储器1
I/O接口1
系统总线
存储器2
I/O接口3
数据输入寄存器
I/O 2
数据输出寄存器
接
状态寄存器
⑤ CPU收到中断请求后，进入中断服务程序，执行指令从“状态寄存器”中 读出状态字，发现“输入缓冲满”，因此执行指令，从“输入缓冲寄存器” 中读出数据
⑥ 接口将“输入回答”信号置为无效，等待外设输入新数据
CPU
系统 总线
并 0:输入缓冲寄存器
行 接
1:输出缓冲寄存器
口 2:状态寄存器
电 3:控制寄存器
放入“输入缓冲寄存器”，并将“输入回答”信号置为有效，阻止外设输入 新数据
外设 （输入设备）
CPU
系统 总线
并 0:输入缓冲寄存器
行 接
1:输出缓冲寄存器
口 2:状态寄存器
电 3:控制寄存器
路 4:中断控制逻辑
并行数据输入 输入准备好
输入回答
数据输入过程（中断控制方式）
④ 接口通过“中断控制逻辑”向CPU发出中断请求信号，并将“状态寄存器” 中的状态位“输入缓冲满”置为有效