深刻淺出計算機組成原理學習筆記：第四十三講

咱們在前面的章節搭建了最簡單的電路，在這裏面，計算機的輸入設備就是一個一個開關，輸出設備呢，是一個一個燈泡。的確，早期發展的時候，計算機的核心是作「計算」。
咱們從「計算機」這個名字上也能看出這藝點。不論是中文名字「計算機」，仍是英文名字「Computer」，核⼼都是在」計算「這兩個字上。不過，到了今天，這些「計算」的貢做，更多的是藝個幕後工做。

咱們討論是使用本身的PC，仍是智能手機，這部分時間都是在和計算機進行各類「交互操做」。換句話說，就是在和輸入輸出設備打交道。這些輸入輸出設備也再也不是個一個開關，
或者一個一個燈泡。你在鍵盤上直接敲擊的都是字符，而不是「0」和「1」，你在顯示意器上看到的，也是直接的圖形或者文字的畫面，而不是一個一個閃亮或者關閉的燈泡。
想要了解這其中的關竅，那就請你和我一塊兒來看一看，計算機裏面的輸入輸出設備。

1、經典的適配器模式

一、硬件設備並非直接和CPU直接通訊的

二、內置在主板上的接口

 

三、CPU的三級緩存

2、經典的適配模式

一、把接口和實際設備分離

二、軟件的設計模式口

三、Windows操做系統

 

3、CPU是如何控制I/O設備的？

 

首先是數據寄存器

而後是命令寄存器

而狀態寄存器

4、發揮總線的價值

一、MIPS的CPU究竟是如何通訊

二、IntelX86

這個，其實也有點像咱們在設計模式⾥⾯的Command模式。咱們在總線上傳輸的，是一個個數據對象，而後各個接受這些對象的設備，再去根據對象內容，進行實際的解碼和命令執行。

 

這是一張我本身的顯卡，在設備管理器裏面的資源（Resource）信息。你能夠看到，裏面既有MemoryRange，這個就是設備對應映射到的內存地址，也就是咱們上⾯所說的MMIO的訪問方式
。一樣的，裏面還有I/O?Range，這個就是咱們上⾯所說的PMIO，也就是經過端⼝來訪問I/O設備的地址。最後，裏面還有一個IRQ，也就是會來⾃於這個設備的中斷信號了。

5、總結與延伸

好了，講到這裏，不知道，如今你是否是能夠把CPU的指令、總線和I/O設備之間的關係完全串聯起來了呢？我來帶你回顧一下。

CPU並非發送一個特定的操做指令來操做不一樣的I/O設備。由於若是是那樣的話，隨着新的I/O設備的發明，咱們就要去擴展CPU的指令集了。

在計算機系統裏面，CPU和I/O設備之間的通訊，是這麼來解決的。

首先，在I/O設備這⼀側，咱們把I/O設備拆分紅，能和CPU通訊的接⼝電路，以及實際的I/O設備自己。接⼝電路里面有對應的狀態寄存器、命令寄存器、數據寄存器、數據緩衝區和設備內存等等
。接⼝電路經過總線和CPU通訊，接收來⾃CPU的指令和數據。⽽接⼝電路中的控制電路，再解碼接收到的指令，實際去操做對應的硬件設備。

而在CPU這⼀側，對CPU來講，它看到的並非已個個特定的設備，而是已個個內存地址或者端⼝地址。CPU只是向這些地址傳輸數據或者讀取數據。所須要的指令和操做內存地址的指令其實沒有什麼本質差異。
經過軟件層面對於傳輸的命令數據的定義，而不是提供特殊的新的指令，來實際操做對應的I/O硬件。