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从PC总线到ARM的内部总线

从PC总线到ARM的内部总线

总线的演变
首先应该讲讲总线的演变历史,这方面《PC架构系列:CPU/RAM/IO总线的发展历史!》这篇文章写得很好!感谢文章的作者!以下内容大量来自这篇文章,可以说是这篇文章的缩减转载。

公共总线
早期PC中,CPU/RAM/IO都是挂在一条总线上,所有的部件都必须在同步的模式下工作。这样就带来一个"互锁" (locked to each other )效应:所有设备都被限定在一个通用时钟频率(Clock Frequency)上面,整个系统的速度会被系统中最慢的设备限制,系统的整体性能无法提高。

南桥诞生(I/O总线诞生
1987年,康柏(Compaq)公司想到一个办法:将系统总线与I/O总线分开,使得2个不同的总线工作在不同的时钟频率上。CPU和内存工作在系统总线上(the SystemBus),独立于所有的I/O设备。这样高速的CPU/RAM组件就摆脱了低速I/O设备的束缚。


这里的Bridge,就是现在的南桥(South Bridge)芯片的前身,而它实际起到了降频的作用。

倍频出世
从80486开始,CPU的发展迅猛,频率大幅攀升。内存开始变得跟不上CPU的发展步伐了。Intel 于是决定在80486中引入倍频(ClockDoubler)的概念。内存依旧工作在系统总线上,与系统总线保持同样的工作频率,而CPU的内部工作频率(CPU主频)是:

CPU 主频 = 外频(系统总线频率System Bus Frequency)* 倍频 (Clock doubler)

北桥和前端总线的诞生
PC结构的变化趋势是把低速设备高速设备用隔离总线的方法进行隔离。而发展到后来,就演变出了北桥(North Bridge)芯片。内存与北桥间的总线称为内存总线,把CPU与北桥间连接的这段总线成为前端总线(Front Side Bus,FSB),也就是系统总线System Bus)!

PC中的I/O总线
通过上面的文章,我们知道的总线的演变过程。现在专门来讲讲I/O总线。

总线:用来传送信号或能量的构造器。
系统 I/O 总线将指令从内存传导至与输入/输出处理器(IOP)相连的设备。系统 I/O 总线还会将指令从 IOP 传导回内存。
以下的内容来自《认识物理I/O构件- 主机I/O总线(1)》 ,这篇文章写得很好。感谢文章作者!
在数据离开系统内存总线后,它通常传输到另一条总线:主机I / O总线。现在最常见的主机I / O总线是P C I总线,另外还有如PCI-E总线、ISA总线,E I S A总线及V M E总线等等。主机I / O总线实现了几种重要的功能,包括:
允许加入新的插卡。

允许从内存总线输入和输出数据。
允许在插卡之间传输数据




主机I / O总线并不是处于设备与系统内存总线间的仅有的中介物,在主机I / O总线和系统内存总线之间还存在着桥控制器芯片(南桥),该芯片负责在两总线之间交换数据。主机I / O总线是在内存和外设之间传送数据的运输工具。
ARM处理器的内部总线
认真研究ARM9(以s3c2410为例)的结构框图,你会发现:作为高性能的嵌入式CPU,ARM9可以看成一个高度浓缩的计算机系统,类似于分化出南桥芯片且有倍频的计算机构架!具体见下图:

看了这些,应该可以对计算机的总线有了一些认识,更重要的是对ARM9的体系构架有了更好地认识!这里值得注意的是:ARM 的内存芯片并没有直接接在“内存总线”上,而是通过内存控制器间接地和“内存总线”连接。
继承事业,薪火相传
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