從PC總線到ARM的內部總線

總線的演變
首先應該講講總線的演變歷史,這方面《PC架構系列:CPU/RAM/IO總線的發展歷史!》 這篇文章寫得很好!感謝文章的作者! 以下內容大量來自這篇文章,可以說是這篇文章的縮減轉載。
 

公共總線

早期PC中,CPU/RAM/IO都是掛在一條總線上,所有的部件都必須在同步的模式下工作。這樣就帶來一個"互鎖" (locked to each other ) 效應:所有設備都被限定在一個通用時鐘頻率(Clock Frequency)上面,整個系統的速度會被系統中最慢的設備限制,系統的整體性能無法提高。

南橋誕生(I\ O總線誕生 )

1987 年,康柏(Compaq)公司想到一個辦法: 將系統總線與I/O總線分開,使得2個不同的總線工作在不同的時鐘頻率上。CPU和內存工作在系統總線上(the System Bus),獨立於所有的I/O設備。這樣高速的CPU/RAM組件就擺脫了低速I/O設備的束縛。

 

這裏的Bridge,就是現在的南橋 (South Bridge) 芯片 的前身,而它實際起到了降頻的作用。


倍頻出世

從80486開 始,CPU的發展迅猛,頻率大幅攀升。內存開始變得跟不上CPU的發展步伐了。Intel 於是決定在80486中引入倍頻(Clock Doubler)的概念。內存依舊工作在系統總線上,與系統總線保持同樣的工作頻率,而CPU的內部工作頻率(CPU主頻)是:

CPU 主頻 = 外頻(系統總線頻率System Bus Frequency)* 倍頻 (Clock doubler)

北橋和前端總線的誕生

PC結構的變化趨勢是把低速設備 與高速設備 用隔離總線的方法進行隔離。而發展到後來,就演變出了北橋(North Bridge)芯片 。內存與北橋間的總線稱爲內存總線 ,把CPU與北橋間連接的這段總線成爲前端總線 (Front Side Bus,FSB), 也就是系統總線 (System Bus )!


PC中的I\O總線 
通過上面的文章,我們知道的總線的演變過程。現在專門來講講I\O總線。

總線:用來傳送信號或能量的構造器。

系統 I/O 總線將指令從內存傳導至與輸入\輸出處理器(IOP) 相連的設備。系統 I/O 總線還會將指令從 IOP 傳導回內存。

以下的內容來自《認識物理I/O構件- 主機I/O總線(1)》  ,這篇文章寫得很好。感謝文章作者!

在數據離開系統內存總線後,它通常傳輸到另一條總線:主機I / O總線。現在最常見的主機I / O總線是P C I總線,另外還有如PCI-E總線、ISA總線,E I S A總線及V M E總線等等。主機I / O總線實現了幾種重要的功能,包括:

允許加入新的插卡。
允許從內存總線輸入和輸出數據。
允許在插卡之間傳輸數據 。
主機I / O總線並不是處於設備與系統內存總線間的僅有的中介物,在主機I / O總線和系統內存總線之間還存在着橋控制器芯片(南橋),該芯片負責在兩總線之間交換數據。 主機I / O總線是在內存和外設之間傳送數據的運輸工具。

ARM處理器的內部總線

認真研究ARM9(以s3c2410爲例)的結構框圖,你會發現:作爲高性能的嵌入式CPU,ARM9可以看成一個高度濃縮的計算機系統,類似於分化出南橋芯片且有倍頻的計算機構架!具體見下圖:

看了這些,應該可以對計算機的總線有了一些認識,更重要的是對ARM9的體系構架有了更好地認識!這裏值得注意的是:ARM 的內存芯片並沒有直接接在“內存總線”上,而是通過內存控制器間接地和“內存總線”連接。
 
如果你有興趣更深入地研究ARM的總線結構,推薦你看一下我上面提到的參考資料: 《AMBA、AHB、APB總線簡介》、《Introduction to AMBA Bus System 》 。我就不在這廢話了,因爲他們講得已經很全面,很精彩了。你如果是ARM總線的設計者,你應該看看 ARM 公司的 《AMBA™ Specification (Rev 2.0) 文檔(去ARM的官方網站註冊一下就可以下載了)。
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