大話存儲 1 - 走進計算機IO世界

組成計算機的三大件：CPU，內存和IO。

1 總線

總線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，同一時刻只能有一個部件在接收或者發送。

仲裁總線：全部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。

如上圖所示，主板上的每一個部件都是經過總線鏈接起來的。

PCI總線：目前臺式機與服務器所廣泛使用的一種南橋與外設鏈接的總線技術。

北橋芯片：IO總線和以太網HUB模型的區別在於多了一個北橋芯片。由於CPU和內存足夠快，他們之間單獨用一個總線鏈接，這個總線和慢速IO總線之間經過一個橋接芯片鏈接，也就是主板上的北橋芯片。這個芯片鏈接了CPU、內存和IO總線。

前端總線：CPU與北橋鏈接的總線叫作系統總線，也叫做前端總線。

內存總線：內存與北橋鏈接的總線叫作內存總線。

因爲北橋速度太快，而IO總線速度相對北橋顯得太慢，因此北橋和IO總線之間，每每要增長一個網橋，叫作南橋，在南橋上通常集成了衆多外設的控制器，好比磁盤控制器、USD控制器等。

總線位數：系統總線的條數，好比64條或者128條，叫作總線的位數。

CPU位數：寄存器和運算單元之間總線的條數。

IO總線分紅數據總線、地址總線和控制總線。尋址用地址總線，發數據用數據總線，發中斷信號用控制總線。IO總線是並行而不是串行的。

2 CPU、內存和磁盤之間經過網絡來通訊

由於主板上的總線很短、很穩定，因此CPU和存儲設備之間組成的一個「網絡」不須要運輸層，而只須要物理層、網絡層和上三層的網絡。

設備映射：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，又被稱作IO端口。針對這個地址的數據，通通被被北橋芯片重定向到總線上實際的設備上。

CPU在對磁盤發送指令的時候，這些指令實際上是發給了主板南橋上集成的控制器，好比ATA控制器或者SCSI控制器。讓磁盤讀取或者寫入某個磁道、某個扇區等，CPU不須要知道這些，CPU只須要知道邏輯塊地址是讀仍是寫就能夠了，讓CPU產生這些信息的是磁盤控制器驅動程序。

 

3 小結

CPU、內存和磁盤之間組成的網絡能夠用下面圖抽象：

 

參考資料

《大話存儲2-存儲系統架構與底層原理極限剖析》