計算機IO概述

1.、總線：

IO是經過共享一條總線的方式來實現的，總線也就是一條或者多條物理上的導線，每一個部件都接到這些導線上，導線上的電位每一個時刻都是相等的（這個地方須要注意下，以前沒有考慮這個問題），這樣總線上的全部部件都會受到相同的信號。也就是說，這條總線是共享的，同一個時刻只能有一個部件在接收或者發送，是全單工的工做模式。

 

全部的部件按照另外一條總線，也就是仲裁總線或者中斷總線上給出的信號來判斷這個時刻總線能夠由哪一個部件來使用。產生仲裁總線或者中斷電位的能夠是CPU，也能夠是總線上的其餘設備。

二、北橋芯片：

一塊電腦主板，以CPU插座爲北的方法拿着，靠近CPU插槽的一個起鏈接做用的芯片稱爲「北橋芯片」，英文名：North Bridge Chipset。北橋芯片（NorthBridge）是主板芯片組中起主導做用的組成部分，也稱爲主橋（HostBridge）。北橋是我的電腦主板芯片組兩枚大規模芯片中的一枚。北橋被用來處理高速信號，一般處理CPU（處理器），RAM（內存），AGP端口或PCI Express,和南橋芯片之間的通訊。

通常來講，芯片組的名稱就是以北橋芯片的名稱來命名的，例如英特爾 845E芯片組的北橋芯片是82845E，875P芯片組的北橋芯片是82875P等等。北橋芯片負責與CPU的聯繫並控制內存、AGP數據在北橋內部傳輸，提供對CPU的類型和主頻、系統的前端總線頻率、內存的類型（SDRAM，DDR SDRAM以及RDRAM等等）和最大容量、AGP插槽、ECC糾錯等支持，整合型芯片組的北橋芯片還集成了顯示核心。北橋芯片就是主板上離CPU最近的芯片，這主要是考慮到北橋芯片與處理器之間的通訊最密切，爲了提升通訊性能而縮短傳輸距離。由於北橋芯片的數據處理量很是大，發熱量也愈來愈大，因此如今的北橋芯片都覆蓋着散熱片用來增強北橋芯片的散熱，有些主板的北橋芯片還會配合風扇進行散熱。由於北橋芯片的主要功能是控制內存，而內存標準與處理器同樣變化比較頻繁，因此不一樣芯片組中北橋芯片是確定不一樣的，固然這並非說所採用的內存技術就徹底不同，而是不一樣的芯片組北橋芯片間確定在一些地方有差異。 

 

三、南橋芯片：

 

南橋芯片（SouthBridge）是主板芯片組的重要組成部分，通常位於主板上離CPU插槽較遠的下方，PCI插槽的附近，這種佈局是考慮到它所鏈接的I/O總線較多，離處理器遠一點有利於佈線。相對於北橋芯片來講，其數據處理量並不算大，因此南橋芯片通常都沒有覆蓋散熱片。南橋芯片不與處理器直接相連，而是經過必定的方式（不一樣廠商各類芯片組有所不一樣，例如英特爾的英特爾Hub Architecture以及SIS的Multi-Threaded「妙渠」）與北橋芯片相連。

南橋芯片負責I/O總線之間的通訊，如PCI總線、USB、LAN、ATA、SATA、音頻控制器、鍵盤控制器、實時時鐘控制器、高級電源管理等，這些技術通常相對來講比較穩定，因此不一樣芯片組中可能南橋芯片是同樣的，不一樣的只是北橋芯片。因此如今主板芯片組中北橋芯片的數量要遠遠多於南橋芯片。例如早期英特爾不一樣架構的芯片組Socket 7的430TX和Slot1的440LX其南橋芯片都採用82317AB，而近兩年的芯片組845E/845G/845GE/845PE等配置都採用ICH4南橋芯片，但也能搭配ICH2南橋芯片。更有甚者，有些主板廠家生產的少數產品採用的南北橋是不一樣芯片組公司的產品，例如之前升技的KG7－RAID主板，北橋採用了AMD760，南橋則是VIA 686B。南橋芯片的發展方向主要是集成更多的功能，例如網卡、RAID、IEEE 139四、甚至WI-FI無線網絡等等

新的i三、i五、i7處理器也都將將存儲控制器整新的i3合到CPU中，而且爲處理器提供了更快的管道和系統部件的通訊能力。同時新的移動處理器還「革命」性的將圖形處理核心(GPU)整合到了處理器中。這種將兩種製程工藝製造的處理器整合到一塊兒的產品堪稱業界獨創，32nm的處理器核心+45nm圖形處理核心、內存控制器共同構成了代號爲Arrandale的新款移動處理器，而與以往的分離式設計相比，這種將圖形處理核心集成在處理器內部的作法直接提升了系統總體的兼容性和穩定性。被Intel稱爲「高清顯卡」的圖形處理器支持2通道的高清全硬件解碼，令高清電影的播放更爲流暢，畫面更清晰逼真，令用戶的視覺體驗加倍升級。 

全新的酷睿i3/i5/i7是把北橋芯片組也集成到CPU上，其內部還是採用QPI總線來通信，而外部與主板芯片組通信，其實就是以往主板上南橋與北橋通信，採用的正是DMI總線。酷睿i3/i5/i7並無精簡QPI總線，只是集成度更高而已。

QPI總線能夠用於CPU內部通信，也能夠用於CPU與主板北橋芯片組通信，而Bloomfield Core i7正是利用QPI做爲CPU內部通訊以及CPU與北橋通訊的通道。

QPI總線的傳輸速率是FSB 1600MHz的4倍多，雖然前者數據位寬較窄，但傳輸帶寬仍然是後者的2倍。

經過QPI總線，能夠有效地下降了處理器和各個硬件之間數據傳輸的延遲，能有效地提升系統性能

四、IO案例分析：

下面咱們按照「連找發」 三元素理論，去分析一個CPU向磁盤要數據的例子：

連——總線

找——首先要有分區，纔能有所謂「找」，這個分區體如今主機總線中就是設備地址映射。每一個IO設備在啓動時都要向內存中映射一個或者多個地址，這個地址有8位長，又被稱做IO端口。針對這個地址的數據，通通被北橋芯片重定向到總線上實際的設備上。假如，IDE磁盤控制器地址被映射到了地址0xA0，也就是十六進制A0，CPU根據程序機器代碼，向這個地址發出多條指令來完成一個讀操做，這就是找。

發——首先CPU將這個IO地址放到系統總線上，北橋接收到以後，會等待CPU發送第一個針對這個外設的指令。而後CPU發送以下3條指令。

第一條：指令中包含了表示當前指令時讀仍是寫的位，並且還包含了其餘選項，好比操做完成時是否用中斷來通知CPU處理，是否啓用磁盤緩存等。

第二條：指明應該讀取的硬盤邏輯塊號（LBA）。這個邏輯塊在咱們講磁盤結構時會講到，總之邏輯塊就是對磁盤上存儲區域的一種抽象。

第三條：給出讀取出來的內容應該放到內存中哪一個地址中。

這3條指令被北橋依次發送給IO 總線上的磁盤控制器來執行。磁盤控制器收到第一條指令以後，知道這是讀指令，並且知道這個操做的一些選項，好比完成是否發中斷，是否啓用磁盤緩存等，而後磁盤控制器會繼續等待下一條指令，即邏輯塊地址。磁盤空間器收到指令後，會進行磁盤實際扇區和邏輯塊的對應查找，可能一個邏輯塊會對應多個扇區，查找完成以後，控制器驅動磁頭尋道，等盤體旋轉到那個扇區後，磁頭開始讀出數據。在讀取數據的同時，磁盤控制器會接收都第三條指令，也就是CPU給出的數據應該存放在內存中的地址。有了這個地址，數據獨處以後直接經過DMA（DMA是Direct Memory Access的縮寫。其意思是「存儲器直接訪問」。它是指一種高速的數據傳輸操做，容許在外部設備和存儲器之間直接讀寫數據，即不經過CPU，也不須要CPU干預。整個數據傳輸操做在一個稱爲「DMA控制器」的控制下進行的。CPU除了在數據傳輸開始和結束時做一點處理外，在傳輸過程當中CPU能夠進行其它的工做。這樣，在大部分時間裏，CPU和輸入輸出都處在並行操做。所以，使整個計算機系統的效率大大提升）技術，也就是磁盤控制器能夠直接對內存尋址並執行寫操做，而沒必要先轉到CPU，而後再從CPU存到內存中。