关于计算机体系结构-北桥和南桥

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RAM（随机寄存器）

ROM ( 只读寄存器 )

个人计算机和小型服务器被标准化到了一个芯片组上，它由两部分组成: 北桥和南桥，见图

CPU通过一条通用总线(前端总线，FSB)连接到北桥。北桥主要包括内存控制器和其它一些组件，

内存控制器决定了RAM芯片的类型。不同的类型，包括DRAM、Rambus和SDRAM等等，要求不同的内存控制

器。为了连通其它系统设备，北桥需要与南桥通信。南桥又叫I/O桥，通过多条不同总线与设备们通信。

目前，比较重要的总线有PCI、PCI Express、SATA和USB总线，除此以外，南桥还支持PATA、IEEE 1394、串

行口和并行口等。比较老的系统上有连接北桥的AGP槽。那是由于南北桥间缺乏高速连接而采取的措施。现在的

PCI-E都是直接连到南桥的。

这种结构有一些需要注意的地方:

• 从某个CPU到另一个CPU的数据需要走它与北桥通信的同一条总线。
• 与RAM的通信需要经过北桥
• RAM只有一个端口。{本文不会介绍多端口RAM，因为商用硬件不采用这种内存，至少程序员无法访问到。
• 这种内存一般在路由器等专用硬件中采用。}
• CPU与南桥设备间的通信需要经过北桥

在上面这种设计中，瓶颈马上出现了。第一个瓶颈与设备对RAM的访问有关。早期，所有设备之间的通信

都需要经过CPU，结果严重影响了整个系统的性能。为了解决这个问题，有些设备加入了直接内存访问(DMA)

的能力。DMA允许设备在北桥的帮助下，无需CPU的干涉，直接读写RAM。到了今天，所有高性能的设备都

可以使用DMA。虽然DMA大大降低了CPU的负担，却占用了北桥的带宽，与CPU形成了争用。

第二个瓶颈来自北桥与RAM间的总线。总线的具体情况与内存的类型有关。在早期的系统上，只有一条总线，

因此不能实现并行访问。近期的RAM需要两条独立总线(或者说通道，DDR2（Double Data Rate 2）就是这

么叫的，见图2.8)，可以实现带宽加倍。北桥将内存访问交错地分配到两个通道上。更新的内存技术

(如FB-DRAM)甚至加入了更多的通道。DDR2内存拥有两倍于上一代双倍速DRAM(DDR)内存预读取能力

（即：4bit数据读预取）。换句话说，DDR2内存每个时钟能够以4倍外部总线的速度读/写数据，并且能够以内

部控制总线4倍的速度运行。