计算机硬件结构简略介绍

前言

计算机硬件结构简略介绍

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一、计算机硬件

从软件开发者的角度来看，计算机硬件有三个部件最为关键，分别是中央处理器CPU、
内存、I/O控制芯片

二、早期

早期计算机，CPU的核心频率不高，和内存的频率一样，他们都是直接连接在同一个总线（bus）上。由于I/O设备如显示器键盘磁盘等的速度与CPU和内存的相比还是慢很多，所以需要为低速设备准备数据缓冲区。CPU的信号都是TTL电平，外设大多数都是机电设备，不可能使用TTL电平驱动。此外，CPU总线上传送的都是并行数据，外设并行、串行都有，需要转换格式。因此每个设备都会有一个相应的I/O控制器。早期的计算机硬件结构如下图所示：

I/O控制器需要解决的问题如下：

1. 设置数据缓冲区，解决CPU和外设数据不匹配问题
2. 设置信号电平转化电路
3. 设置数据转换格式（模拟->数据，串转并等等）
4. 设置时序控制电路来同步CPU和外部设备
5. 提供地址译码（每个硬件需要反馈的信息很多，所以一个I/O接口包含多个端口，即I/O接口上的寄存器，用来存储这些信息的内容。但同一时刻，只有一个端口和CPU数据交换，这就需要I/O接口提供地址译码电路，使得CPU可以选中某一个端口，使其可以访问数据总线）

二、后来

由于CPU核心频率的提升，导致系统内存跟不上CPU的速度，于是产生了与内存频率一致的系统总线，而CPU采用倍频的方式与系统总线进行通信。接着随着图形化操作系统以及3D游戏和多媒体的发展，使得图形芯片需要跟CPU和内存之间存在大量交换数据，所以人们设计了高速的北桥芯片，协调CPU、内存和高速图形设备之间的数据交换。此外人们还专门设计了处理低速设备的南桥芯片。
采用了PCI/ISA及南北桥设计的硬件架构如下图所示。

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总结

以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了从软件开发者的角度来看，计算机硬件的部件

文章内容来自于对《操作系统真相还原》及《程序员的自我修养》两本书内容的整理