馮.諾依曼結構 總線 接口 南橋 北橋


馮.諾依曼體系結構

從Linux 服務器開發視角來看計算機,都是符合馮.諾依曼體系結構的。

共分為4大部分:

①輸入、輸出設備

輸入設備:向計算機輸入數據,比如

通過攝像頭、MIC,將圖像/聲音等轉成二進制數據給計算機

從網卡輸入數據給計算機等

其它

輸出設備:從計算機輸出數據,比如

通過顯示器、揚聲器,將二進制數據翻譯成為圖片/視頻/聲音等讓人能夠識別

或者通過網卡輸出數據給別的計算機

其它

②存儲器:實現程序和數據存儲

③運算器(ALU):進行算術運算和邏輯運算

④控制器:解釋(理解)程序指令,將程序指令轉為對應的一條一條的微指令,這些微指令會控制運算器等部件工作,進行比如

數據的算術、邏輯運算

數據的搬移,比如從CPU的寄存器搬移到內存,或者從內存的某個位置搬移到內存的另一個位置。

等等

存儲器既能充當輸入設備,也能充當輸出設備。因為其比較關鍵所以單獨拎出來強調。控制器、運算器被統一做到了CPU里面。因此計算機體系結構再精簡就只有3大塊:CPU,總線與接口、外部設備(輸入輸出設備)

計算機詳細體系結構

三大總線(並行通信):

地址總線:傳輸地址信號,通過地址信號找到要操作的寄存器、內存單元等

控制總線:傳輸控制信號,比如通過地址總線找到內存的某位置了,接下來到底是進行讀還是寫,就由控制總線發控制信號決定

數據總線:傳輸數據信號,比如通過地址找到內存的某個位置了,控制總線發出寫的控制信號,希望對其寫數據,那么寫數據時,數據信號就是在數據總線上傳輸的

IO總線

系統總線在較新的設計中,它被稱為前端總線(front side bus (FSB))。

橋間鏈接線一般是PCI總線。

除了常見的IDE總線,PCI總線,SCSI總線,還有很多其他技術規格的總線。這些總線往往用於IO總線。見下圖

ISA總線:一種老舊的低速總線,即將被排除在PC設計之外。

PCI總線:這是一種新的高速總線。PCI總線可以終結於一個插槽(eg 單獨的聲卡),也可以直接與設備項鏈(主要指集成在主板上的設備)。

USB總線(通用串行總線):這是一種新的低速總線。

AGP總線:僅用於顯卡。

每一種總線可以認為其上傳輸一種協議

CPU位數怎么確定?

內部寄存器到運算單元之間總線位數來確定

如何確定設備位寬?

根據數據總線

總線頻率 與 CPU自身頻率?

這是2個不同的概念。總線頻率一般指FSB頻率,相當於CPU向外部存取數據時的數據傳輸速率

CPU自身頻率則表示CPU運算時電路產生的頻率

計算機總線 對比 OSI模型

計算機總線是一個只有物理層、網絡層和上三成的網絡

主機 如何 尋找設備?

每個IO設備在啟動時都要向內存中映射一個或者多個地址,這個地址有8bit長,又稱作IO端口。針對這個地址的數據,統統被北橋芯片重定向到IO總線上實際的設備上。

IO接口

什么是接口?

PC是所有子系統的總和。在一個子系統和另一個子系統之間的邊界處,就存在接口(Interface)。接口——將兩個子系統連接在一起並使它們能夠交換數據的電氣系統。

接口的概念有點抽象,因為它最准確地指的是一個標准(一組數據交換規則)。實際上,一個接口可以包含,例如:
  兩個控制器(controllers)(連接的每一端都有一個控制器);
  一根電纜;
  包含在控制器中的一些軟件(協議等)
程序員如何理解接口?
程序員只需要理解到協議一層即可,或者把接口就當成協議

 

IO橋這里指南橋 北橋

可以不用IO橋嗎

可以,如果沒有IO橋,所有的“外設IO接口”都是直接掛接在三大高速總線上的,但是隨着發展,掛接的外部設備越來越多,直接掛接在總線上,太多了,管理是一個麻煩,慢慢的才有了IO橋這個管理者。

IO橋的好處

設備的IO接口直接掛接在IO橋上,IO橋有效的管理着眾多的外設IO接口,IO橋里面會有相應的控制芯片,控制IO橋的工作。

並不是計算機都需要IO橋

IO橋是PC機特有的,並不是所有的計算機都有的,比如我們后面講的ARM的開發板,就沒有明顯的IO橋這個東西。


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