计算机组成

Posted 2020-12-31 kelamoyujuzhen

冯.诺依曼体系结构

从Linux 服务器开发视角来看计算机，都是符合冯.诺依曼体系结构的。

共分为4大部分：

①输入、输出设备

输入设备：向计算机输入数据，比如

通过摄像头、MIC，将图像/声音等转成二进制数据给计算机

从网卡输入数据给计算机等

其它

输出设备：从计算机输出数据，比如

通过显示器、扬声器，将二进制数据翻译成为图片/视频/声音等让人能够识别

或者通过网卡输出数据给别的计算机

其它

②存储器：实现程序和数据存储

③运算器(ALU)：进行算术运算和逻辑运算

④控制器：解释（理解）程序指令，将程序指令转为对应的一条一条的微指令，这些微指令会控制运算器等部件工作，进行比如

数据的算术、逻辑运算

数据的搬移，比如从CPU的寄存器搬移到内存，或者从内存的某个位置搬移到内存的另一个位置。

等等

存储器既能充当输入设备，也能充当输出设备。因为其比较关键所以单独拎出来强调。控制器、运算器被统一做到了CPU里面。因此计算机体系结构再精简就只有3大块：CPU，总线与接口、外部设备（输入输出设备）

计算机详细体系结构

三大总线（并行通信）：

地址总线：传输地址信号，通过地址信号找到要操作的寄存器、内存单元等

控制总线：传输控制信号，比如通过地址总线找到内存的某位置了，接下来到底是进行读还是写，就由控制总线发控制信号决定

数据总线：传输数据信号，比如通过地址找到内存的某个位置了，控制总线发出写的控制信号，希望对其写数据，那么写数据时，数据信号就是在数据总线上传输的

IO总线

系统总线在较新的设计中，它被称为前端总线（front side bus (FSB)）。

桥间链接线一般是PCI总线。

除了常见的IDE总线，PCI总线，SCSI总线，还有很多其他技术规格的总线。这些总线往往用于IO总线。见下图

ISA总线：一种老旧的低速总线，即将被排除在PC设计之外。

PCI总线：这是一种新的高速总线。PCI总线可以终结于一个插槽（eg 单独的声卡），也可以直接与设备项链（主要指集成在主板上的设备）。

USB总线（通用串行总线）：这是一种新的低速总线。

AGP总线：仅用于显卡。

每一种总线可以认为其上传输一种协议

CPU位数怎么确定？

内部寄存器到运算单元之间总线位数来确定

如何确定设备位宽？

根据数据总线

总线频率 与 CPU自身频率？

这是2个不同的概念。总线频率一般指FSB频率，相当于CPU向外部存取数据时的数据传输速率

CPU自身频率则表示CPU运算时电路产生的频率

计算机总线 对比 OSI模型

计算机总线是一个只有物理层、网络层和上三成的网络

主机 如何 寻找设备？

每个IO设备在启动时都要向内存中映射一个或者多个地址，这个地址有8bit长，又称作IO端口。针对这个地址的数据，统统被北桥芯片重定向到IO总线上实际的设备上。

IO接口

什么是接口？

PC是所有子系统的总和。在一个子系统和另一个子系统之间的边界处，就存在接口（Interface）。接口——将两个子系统连接在一起并使它们能够交换数据的电气系统。

接口的概念有点抽象，因为它最准确地指的是一个标准（一组数据交换规则）。实际上，一个接口可以包含，例如：

　　两个控制器（controllers）（连接的每一端都有一个控制器）；

　　一根电缆；

　　包含在控制器中的一些软件（协议等）

程序员如何理解接口？

程序员只需要理解到协议一层即可，或者把接口就当成协议

 

IO桥这里指南桥 北桥

可以不用IO桥吗

可以，如果没有IO桥，所有的“外设IO接口”都是直接挂接在三大高速总线上的，但是随着发展，挂接的外部设备越来越多，直接挂接在总线上，太多了，管理是一个麻烦，慢慢的才有了IO桥这个管理者。

IO桥的好处

设备的IO接口直接挂接在IO桥上，IO桥有效的管理着众多的外设IO接口，IO桥里面会有相应的控制芯片，控制IO桥的工作。

并不是计算机都需要IO桥

IO桥是PC机特有的，并不是所有的计算机都有的，比如我们后面讲的ARM的开发板，就没有明显的IO桥这个东西。