计组原理--IO系统

Posted 2023-05-12

参考技术A

RAID0 :无冗余和无校验的磁盘阵列
磁盘交叉并行进行读写，扩大存储容量，提高速度，但没有容错
RAID1 :镜像磁盘阵列
两个磁盘互为备份，容量减半
RAID2:采用海明码来纠错的磁盘阵列
RAID3:位交叉奇偶校验的磁盘阵列
RAID4:块交叉奇偶校验的磁盘阵列
RAID5:无独立校验的奇偶校验磁盘阵列

发出询问信号，读取设备状态,CPU不断查询IO设备状态直到就绪，有“踏步”等待现象。

CPU暂时终止现行程序，转去对异常情况进行处理，处理完毕后，CPU返回到现行程序的断点处，继续执行原程序

1.关中断
2.保存断点
3.引出中断服务程序
-------------------------上面由硬件完成，下面由中断程序完成-----------------------------
4.保存现场和屏蔽字
5.开中断
6.执行中断服务程序
7.关中断
8.恢复现场和屏蔽字
9.开中断
10.中断返回

由DMA控制器控制数据传送过程。在外设与内存之间开辟一条“直接数据通路”，DMA控制器从CPU完全接管对总线的控制，信息不再经过CPU，降低CPU在数据传送时的开销

独立于 CPU 的专门负责输入输出控制的处理机，它控制设备与内存直接进行数据交换。这些指令由 CPU 启动，并在操作结束时向 CPU 发出中断信号。

在DMA方式下，数据的传送方向、存放数据的内存地址、数据块长度由CPU控制，且每台设备至少需要一个DMA控制器。
一个通道可以控制多台设备，且通道本身就是一种处理器。

用户操控硬件：用户-->用户层io软件-->设备独立性软件-->设备驱动程序------------------------>硬件设备
硬件输入信息给用户：硬件设备--> 中断处理程序 --> 设备驱动程序 --> 设备独立性软件 -->用户层io软件-->用户
核心子系统：设备独立性软件，设备驱动程序，中断处理程序

分为单缓冲、双缓冲和循环缓冲。
缓冲区解决：
1.缓和CPU与IO设备间速度不匹配的矛盾
2.减少对CPU的中断频率
3.解决基本数据单元大小不匹配的问题
4.提高CPU与IO设备的并行性

1.独占设备--打印机
2.共享设备--磁盘IO，通过分时来交替进行
3.虚拟设备

将独占设备改造为共享设备的技术
共享打印机的过程：当用户进程请求打印输出时，SPOOLing系统同意为它打印输出，但并不真正立即把打印机分配给该用户进程，而是在输出井中为之申请一个空闲区，将打印数据放入其中，然后把这个打印请求挂到请求打印队列中。

计组计算机基本组成原理

计算机基本组成原理

• 序言
• 情人节计算机
• 计算机硬件组成
• 计算机软件组成
• 计算机核心部件
• 拓展 | 物联网与智慧地球

序言

提起计算机，你可曾知道，在很久以前 Computer 这个单词，还代指着一类职业，即专门从事计算的人…随着电子计算机的诞生，她们慢慢被岁月所淡忘…如今，一枚小小的芯片，蕴含着的是人类智慧的结晶，让我们一起了解计算机的基本组成原理，相信这会十分有趣！

情人节计算机

世界上第一台通用计算机——ENIAC于1946年2月14日在美国宾夕法尼亚大学诞生，它占地170平方米，重达30吨，耗电功率约150千瓦，每秒钟可进行5000次运算，美国国防部用它来进行弹道计算。

计算机硬件组成

1. 控制器（Control）负责控制程序、数据、地址，协调计算机各部分工作以及内存与外设。
2. 运算器（Datapath）负责加工处理各种数据。
3. 存储器（Memory）负责存储程序、数据、信号、命令。
4. 输入设备（Input system）负责输入程序、数据、信号、命令等信息。
5. 输出设备（Output system）负责输出程序、数据、信号、命令等信息。

计算机软件组成

计算机软件（Computer Software）指计算机系统中的程序及其文档。

1. 系统软件

系统软件控制和协调计算机及外部设备，为应用软件的开发和运行提供系统环境，主要功能是调度，监控和维护计算机系统，如 Windows、Linux、Unix 等操作系统。

2. 应用软件

应用软件是指各种程序设计语言编制的应用程序，通常针对不同领域、不同用户、不同需求而开发设计。

计算机核心部件

• CPU（Central Processing Unit）：中央处理器，计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元。
• GPU（Graphics Processing Unit）：图形处理器，图形系统结构的重要元件，是连接计算机和显示终端的纽带。
• ALU（Arithmetic Logic Unit）：算数逻辑单元，执行各种算术和逻辑运算操作的部件，分为算数单元和逻辑单元。
• 磁盘：存储资料和软件数据的设备，容量大，断电后数据不丢失。
• 内存：外存与CPU沟通的桥梁，所有程序都在内存中运行，通过内存地址可访问内存空间内部数据，断电后数据消失。
• 程序从磁盘读取到内存，最终被CPU运行，编程就是合理的分配内存。

拓展 | 物联网与智慧地球

物联网（Internet of Things）即IOT，是基于互联网和传统电信网络，并通过各种信息传感器，将各种拥有物理坐标的实体链接起来的网络。其应用领域有智能交通、智能家居、智能军事等诸多方面，互联网与物联网的紧密结合，更加智能与秩序的时代将会来临，我们称之为——智慧地球。