计算机组成原理 | 第八章《计算机的外围设备》、第九章《输入/输出系统》 学习笔记
计算机组成原理 | 第八章《计算机的外围设备》、第九章《输入/输出系统》 学习笔记
- 引言 & 声明
- 第一章 计算机系统概论
- 第二章 计算机中数据的表示方法
- 第三章 运算方法和运算部件
- 第四章 存储系统
- 第五章 指令系统
- 第六章 中央处理器（CPU）
- 第七章 总线系统
- 第八章 计算机的外围设备
- 第九章 输入输出系统
- 输入/输出（I/O）系统概论
引言 & 声明
《计算机组成原理》是计算机及有关信息技术专业的一门核心基础课程。
在学习《计算机导论》、《程序设计基础》等课程、对计算机应用有基本掌握之后，便需要了解计算机的基本组成和工作原理。此外，对于后继课程，如《操作系统》等的学习，也需要在掌握计算机基本工作原理的基础上来进行。因此，从课程的地位来说，《计算机组成原理》在整个课程体系中起着承上启下的作用，是计算机及相关专业的主要课程之一。
以上介绍引用自《计算机组成原理》教材“引言”部分。
本文取材于学习时所做的课程笔记，引用资料部分另行标注。
本人水平有限，错误之处在所难免，欢迎读者批评、指正，我也会在适当时间进行修正与补充。
第一章 计算机系统概论
本章主要介绍了计算机的发展史和发展趋势，并对计算机的应用领域有一综合的描述。随后从硬件系统和软件系统的角度介绍了计算机系统的组成结构，着重介绍了五大功能部件以及操作系统的功能。并从层次结构的角度分析了计算机的层次结构。最后就如何衡量计算机的性能做了初步讨论。
【传送门】
第二章 计算机中数据的表示方法
本章主要讨论了计算机中数值数据的表示方法，介绍二、八、十、十六进制数据的表示和相互转化方法。接着了讨论有符号数据在计算机中的表示（原码、反码、补码和移码等）。同时介绍了非数值数据——字符、汉字、声音、图形、图像在计算机中的表示方法。最后讨论了计算机中常用的检验编码（奇偶校验码、交叉校验码、CRC校验码和海明校验码）。
【传送门】
第三章 运算方法和运算部件
本章讨论了在计算机内部完成各种基本逻辑运算和算术运算的方法。主要基于定点数和浮点数的运算方法，较详细地论证了各种运算方法的依据。在论证过程中又主要针对补码表示的机器数进行讨论。
【传送门】
第四章 存储系统
现代计算机是依据存储程序的原理而设计的。计算机的工作步骤和处理对象都存放在存储器中。存储器采用什么样的存储介质、怎样组织存储系统，以及怎样控制存储器存取操作都是至关重要的。
【传送门】
第五章 指令系统
指令是要求计算机执行某种操作的命令，一台计算机所有机器指令的集合就构成该机器的指令系统。
本章首先说明指令系统的发展与性能要求，然后介绍指令的一般格式。重点讲述寻址方式、指令的分类及功能。
第六章 中央处理器（CPU）
计算机的硬件由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。随着集成电路的出现及其集成度的提高，设计者将控制器和运算器集成在一片集成电路上，称作微处理器，通常称之为中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU）。CPU是计算机的核心部件。本章介绍CPU的功能、结构及工作原理。
【传送门】
第七章 总线系统
总线技术是计算机系统的一个重要技术，总线的结构直接影响着计算机的性能，它是承载计算机系统各个部件之间信息传递的桥梁。
第八章 计算机的外围设备
计算机的外围设备主要包括输入设备、输出设备、外部存储设备，以及数据通信设备和过程控制设备。它们的功能是在计算机和其他设备之间，以及计算机与计算机之间提供联系。
本章涉及的设备较为常见，故不浪费篇幅展开和深入，简单了解即可。
计算机外围设备概述
{输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等输出设备：显示器、打印机外存储器：光盘、U盘、移动硬盘数字通信与控制设备：调制解调器（Modem）等\left\{ \begin{array}{c} 输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等 \\ 输出设备：显示器、打印机 \\ 外存储器：光盘、U盘、移动硬盘 \\ 数字通信与控制设备：调制解调器（Modem）等 \end{array}\right. ⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等 输出设备：显示器、打印机 外存储器：光盘、U盘、移动硬盘 数字通信与控制设备：调制解调器（Modem）等
第九章 输入输出系统
计算机系统输入/输入（I/O）的种类日益增多，使得输入/输出设备在计算机系统中的影响日益显著。
本章讲述的关于输入/输出控制方式相关内容需掌握。
输入/输出（I/O）系统概论
输入/输出系统的基本功能
{控制和定时CPU通信设备通信数据缓冲检错\left\{ \begin{array}{c} 控制和定时 \\ CPU通信 \\ 设备通信 \\ 数据缓冲 \\ 检 错 \end{array}\right. ⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎧控制和定时CPU通信设备通信数据缓冲检 错
输入/输出设备的编址
{与存储器统一编址独立编址\left\{ \begin{array}{c} 与存储器统一编址 \\ 独立编址 \end{array}\right. {与存储器统一编址独立编址
输入/输出地址分配表
| 输入/输出设备 | 占用地址数 | 地址码（16进制） |
|---|---|---|
| 硬盘控制器 | 16 | 320~32FH |
| 软盘控制器 | 8 | 3F0~3F7H |
| 单色显示器 / 并行打印机 | 16 | 3B0~3BFH |
| 彩色图形显示器 | 16 | 3D0~3DFH |
| 异步通信控制器 | 8 | 3F8~3FFH |
上表摘自《计算机组成原理》。
I/O接口（设备控制器）的功能与分类
【接口的功能】
（主机、I/O接口、I/O设备的关系）
① 识别地址码，即译码
② 实现主机和外围设备之间的通信联络控制
③ 支持主机采取程序查询、中断、DMA等访问方式
④ 实现数据缓冲，达到主机同外设之间的速度匹配
⑤ 数据类型、格式等方面的转换
⑥ 接受主机命令，提供设备接口状态，并按照主机的命令控制设备
【接口的分类】
① 按照数据传送的宽度可分为：并行接口和串口
② 按照主机访问I/O设备的控制方式可分为：程序控制输入/输出接口、程序中断输入输出接口和直接存储器存取（DMA接口）等
③ 按照时序控制d的方式可分为：同步接口和异步接口
I/O数据传送控制方式
（1）程序直接控制方式
① 立即传送方式
② 程序查询方式
（2）程序中断传送方式
（3）直接存储器存取方式
（4）I/O通道控制方式（I/O Channel Control）
（5）外围处理机方式
第八章、第九章内容非必考内容，不深入展开，了解即可。
至此，《计算机组成原理》学习笔记更新完结。
由于使用的教材存在差异，部分内容可能略有不同，全篇笔记仅供学习参考。
（已完结 2021.05.23）
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