微机原理知识点总结5-6

微机原理与接口技术知识点总结5-6


参考图书:《微机原理与接口技术(第三版)》洪永强
内容都是手打的,主要是对书内的知识点进行一个快速的浏览。
主要是8086的汇编

第五章

一、概念

1):接口电路按功能分类①:使微处理器工作所需要的辅助/控制电路。②:IO接口电路

2):接口:微处理器与外部设备连接的部件

3):接口技术:采用硬件与软件相结合的方法,使微处理器与外部设备进行最佳匹配,实现CPU与外部设备之间高效、可靠地信息交换的一门技术。

二、知识点

1):为什么要设置接口电路
  ①:CPU和外设信号线不兼容
  ②:CPU和外设工作速度不兼容
  ③:没有接口CPU会穷于应付与外设的通信,大大降低效率
  ④:没有接口会使外设硬件结构过于依赖于CPU。
  有了外设后CPU和外设都是面向接口,而不是直接联络的。

2):数据信息(数据口)、状态信息(状态口)、控制信息(控制口)

3):三种数据信息:①:数字量 ②:模拟量 ③:开关量

4):接口的基本功能
  ①:数据缓冲
  ②:端口选择
  ③:信号转换
  ④:接收和执行CPU命令
  ⑤:中断管理
  ⑥:可编程

5):接口的基本接口
  ①:端口(接口内的寄存器,有一个独立的地址)
  ②:地址译码电路
  ③:数据缓冲器与锁存器

6):端口:接口电路中能被CPU直接访问的地址。访问端口就是访问接口电路中的寄存器。

7):编址方式:统一编址(存储器映射)、独立编址(IO映射)

8):统一编址:
  指令多功能齐全;
  给端口较大编址空间;
  端口占用了存储器地址;
  执行速度较慢;

9):独立编址:
  IO端口不占存储器空间;
  IO指令短,执行速度快;
  层次清晰,程序可读性强;

10):IO地址译码方式
  ①:门电路译码(如采用与非门,地址1时直接接入与非门输入端,地址0时先加一个反相器再接到与非门的输入端)
  ②:译码器译码
  ③:比较器译码

11):程序控制方式
  ①:无条件传送方式JMP
  ②:条件传送方式
    1>查询传送方式TEST再跳转
    2>中断传送方式

第六章

一、概念

1):存储器:用来存放数据和程序

2):对存储器的要求:容量大、速度快、成本低

3):存储体:存储芯片的主体,由若干个存储单元构成。

4):平均无故障时间:两次故障之间的平均时间间隔

5):SDRAM:同步突发内存

6):DDR SDRAM 双倍数据速率 同步突发内存

7):Flash:快速擦写存储器

二、知识点

1):CPU和缓存、主存都能直接交换信息,但不能与辅存直接交换信息

2):缓存—主存层次主要解决CPU和主存速度不匹配的问题

3):主存—辅存层次主要解决存储器的容量问题

4)分类:
  ①按工艺 1>双极性(作Cache)
      2>MOS型
  ②按存取方式 1>RAM 1.动态(电荷泄露定时刷新)
            2.静态(快、贵、功耗大)
        2>ROM

5):存储体内排列结构
  ①:多字一位(位结构):4K*1位
  ②:多字多位(字结构):8K(字)*8(位/字)

6):半导体存储器的组成
  ①:存储体 ②:地址译码器 ③:控制逻辑电路 ④:数据缓冲器

7):半导体存储器性能指标
  ①:储存容量 ②:存取速度 ③:功耗 ④可靠性 ⑤性价比

8):SRAM:6个MOS管组成的双稳态电路构成一个基本存储单元,存放一位二进制信息

9):DRAM:以MOS晶体管栅极电容充电来存储信息,基本单元电路一般由四管、三管和单管组成。最简单的DRAM基本存储元电路由一个MOS管T和一个电容C组成

10):存储器与CPU接口的一般问题
  ①:CPU总线的负载能力(加驱动器)
  ②:存储器与CPU之间的时序配合(“等待申请”信号)
  ③:存储芯片的选用和地址分配

11):存储系统分区
  ①:DOS保留区域 ②:系统数据区 ③:设备设置区域
  ④:主存储区域 ⑤:存储扩展区域 等

12):高位地址译码线用来选择存储芯片

13):低位地址线用来通过片内地址译码器选择存储单元

14):全译码法:AB中除了片内地址外,全部高位地址接到译码器的输入端参与译码。(不存在地址重叠,电路复杂连线多)

15):部分译码法:高位地址线一部分参与译码,产生片选信号。(存在地址重叠)

16):线选法:高位地址线不经过译码,直接作为存储芯片的片选信号。(结构简单,地址空间浪费严重,整个存储器地址空间不连续,地址重叠)

17):若存储芯片一个地址对应位数<8,则需多片并联构成一个地址8位的存储单元。

18):存储系统被分为奇存储体(高位存储体)和偶存储体(低位存储体)地址空间是连续的,但是数据的存放在屋里空间上不连续

19):Cache Cache控制器
    主存地址寄存器MA
    主存-Cache地址变换机构
    替换控制部件
    Cache地址寄存器
    Cache地址寄存器
20):设置Cache是利用了程序局部性原理。

21):地址映像方式
  ①:全相联映像方式
  ②:直接相联映像方式
  ③:组相映像方式(组内采用全相联映像、组间采用直接映像)

22):Cache替换算法 ①:FIFO ②:LRU(近期最少使用算法)

23):Cache写操作:①写回法 ②:写直达法

### 缓存体系结构的设计原理 缓存体系结构的核心目标在于优化数据访问的速度和效率,其设计基于程序运行过程中的局部性原理。具体来说,时间局部性和空间局部性决定了某些数据会在短时间内被多次访问或者相邻的数据会被连续访问[^3]。 #### 1. 局部性原理的应用 缓存体系结构利用程序的局部性特性,在硬件层面实现了一种分层存储策略。这种策略通过引入不同级别的缓存(L1、L2、L3),使得最近使用的数据能够保存在更快的存储介质中,从而减少内存访问延迟并提升整体性能[^1]。 #### 2. 多级缓存的作用 多级缓存的设计主要为了平衡成本性能之间的矛盾。每一级缓存都有不同的容量和速度特点: - **L1 Cache**: 容量最小但速度最快,通常集成于CPU核心内部; - **L2 Cache**: 较大容量,但仍保持较高的访问速度; - **L3 Cache**: 对于现代多核处理器而言尤为重要,它服务于多个核心共享使用,进一步降低主存访问频率[^2]。 这些层级之间形成金字塔形结构,越靠近顶层则单位字节的成本越高但也越快;反之底层虽然便宜却较慢。这样的安排既满足了高频次短延时需求又兼顾到了经济可行性考虑[^3]。 #### 3. 缓存替换算法 由于各级缓存资源有限而无法容纳所有可能需要用到的信息项,因此当发生冲突(即新加入条目需取代已有内容)时就必须采用合适的淘汰机制来决定哪些项目应该被淘汰掉以便腾出位置给新的候选者进入列表之中。常见的几种方法包括但不限于FIFO(first-in first-out),LRU(least recently used),以及随机置换(Random Replacement)[^4]。 以下是简单的 LRU 实现代码示例: ```python class LRUCache: def __init__(self, capacity: int): self.cache = {} self.keys = [] self.capacity = capacity def get(self, key: int) -> int: if key in self.cache: self.keys.remove(key) self.keys.append(key) return self.cache[key] else: return -1 def put(self, key: int, value: int) -> None: if key not in self.cache and len(self.cache) >= self.capacity: del_key = self.keys.pop(0) del self.cache[del_key] elif key in self.cache: self.keys.remove(key) self.cache[key] = value self.keys.append(key) ``` 此段 Python 脚本展示了如何构建一个基本版本具有固定大小限制的 LRU 缓冲区管理器类 `LRUCache` ,其中包含了两个公共成员函数用于获取指定键对应的值 (`get`) 及设置某个特定键关联的新数值(`put`) 同时维护着当前所含有的全部有效关键字集合顺序记录数组变量 `keys`. --- ### 缓存一致性模型 对于分布式或多处理机环境下的统一地址空间内的对象副本同步问题,则涉及到更为复杂的协议如 MSI(MODIFIED SHARED INVALID) 或 MESI(Modified Exclusive Shared Invalid State Protocol) 来确保各个节点上的视图一致无误[^4]. ---
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