系统 – 第 4 页 – JONY'S WORDPRESS

PCIE系统总线

PCIe总线随着技术发展，PCI的带宽已成为新IO设备的瓶颈，且PCI总线的插槽设计的也不是很合理，所以人们试着提出新总线标准。目前在主流PC、服务器中，占据统治地位的PCI总线的继任者是PCIe总线，全称为PCI Express总线。这种总线标准也是Intel提出的，其实际上和PCI总线几乎没有关系。可能Intel是因为考虑到PCI这几个字母已经成为了“品牌”，所以打算在名称上继续沿用它。 PCIe的核心在于它彻底抛弃了作为“连接众多设备的并行公共导线”的传统总线功能，取而代之的是提供基于“高速点对点串行连接设备”的总线功能。这就是为什么说PCIe和PCI是完全不同的，PCIE从局域网、交换以太网中借鉴了许多重要的思想，这使得PCIe非常的强大。 Intel在中后期版本的Intel奔腾4对应的主板上开始提供PCIe总线，上图提供了1种包含PCIe总线的计算机结构。其中CPU与内存仍采用原方式连接，IO设备则是经过PCIe所提供的交换网络与桥接芯片通信的，这里的交换网络是个逻辑概念，因为其功能通常被内置到CPU或桥接芯片中。… 阅读全文

德州仪器OMAP4430的微体系结构

功能模块OMAP4430上有2个ARM Cortex A9处理器核心，使用ARM v7指令集。该核心是32位的，使用32位的寄存器、数据通路、存储总线。与INTEL酷睿处理器不同，该核心是真正的RISC处理器，其使用的指令本身就是类似于微操作的。上图为其大致的组成。 A9比酷睿的微体系结构简单很多，但两者的关键部件有很多相似的地方。比如A9也使用了两级的高速缓存，但其L2缓存只有1MB。L1指令缓存是32KB的四路组相联结构，块大小为32字节。由于大多数ARM v7指令是4字节的，所以L1指令缓存可容纳8K条指令，比酷睿的微操作缓存的容量要大。L1数据缓存也是32KB的四路组相联结构，块大小为32字节。指令发射单元每个时钟周期能至多发射4条指令。遇到条件分支时会根据4K个表项的分支预测器判断跳转是否发生，如果预测发生，再去1K个表项的地址缓冲区判断跳转的目标地址。如果前端发现程序正在执行“紧凑的小循环”，会把循环装入快速循环旁路缓存，用于优化速度和能耗。… 阅读全文

因特网的组成

因特网的组成因特网的功能就是把全世界的上网设备连接，让它们可互相传递信息。假设全世界有\(N\)个上网设备，若让他们直接互联肯定不现实，其需要\(N^2\)量级的直连“通路”，故这些设备需中间设备进行“集线”，如上图所示。这就是简化版的因特网结构，这个结构类似于图数据结构。下面给出相关概念： 1) 节点：上图中的节点，可以按连接关系分为两类： 1.1) 边缘节点：上图中不被其他节点途径的节点。这些节点被称为主机或者端，是有直接上网需求的设备，比如手机、笔记本电脑、服务器、共享单车等等； 1.2) 核心节点：上图中的其他节点，一般是路由器、交换机、集线器等。是支持边缘节点上网的设备； 2) 链路：上图种的边，作用是连接节点。一般是水晶头双绞线、同轴电缆、光纤、微波等；网络这个概念是递归的，即整个因特网是由多个子因特网组成的。如上图左边的子因特网，其由3个手机和1个核心节点组成，有时为了简化问题可以把他们当成一个节点。小网络连接的是多个主机，大网络连接的是多个网络。通常会把从主机出发遇到的第1个交换机或路由器称为边缘交换机或边缘路由器。与之相对的同样有核心交换机和核心路由器。后者的造价和体积往往大于前者。… 阅读全文

因特网的评价指标

性能指标1) 速率：因特网终端最终发出接受的信号基本都是数字信号，其信息量的单位是比特(bit)，即1位的二进制数0或1。因特网速率的单位是比特/秒，即bit/s，也写作b/s或bps(bit per second)； 2) 带宽：传统模拟信号中的带宽是指通道能接受的频带宽度，单位是赫兹，这是种频域的观点。对于因特网而言，带宽基本上和速率一定程度上等价，速率是种时域的观点； 3) 吞吐量：即单位时间最大可通过信息量，其单位也是速率的单位，有时还会用帧每秒表示； 4) 时延：时延是数据从一端到另一端的时间，分为如下几种。前两种最重要。 4.1) 发送时延：定义是“端或交换机发出数据帧所需要的时间”，这里把数据帧当成连续的一些bit即可。也就是说发送时延等于“即将发出数据帧的第1个bit”到“发出数据帧的最后1个bit”之间的间隔时间。发送时延通常仅关于发送设备本身，和外部的链路、传输距离等无关；… 阅读全文

因特网的体系结构

OSI参考模型ISO在1977年成立专门的机构，用于研究如何让不同计算机之间互相通信，该机构提出了开放式系统互联通信参考模型(Open System Interconnection Reference Model)，简称OSI，是一种用于在未来实现“互联”的标准的开放框架，旨在实现“任何设备只要实现了OSI，就能够和世界各地的其他OSI设备进行通信”。这个标准提出后得到世界各国的支持，并在90年代作为了ISO国际标准。这里不剖析这7层的具体涵义，只需知道它们间的关系类似于软件工程中的“面向对象设计”，其中的每层都是对更低1层进行“包装”的。当有两个应用层的程序需要互相通讯的时候，数据会层层“解封”成为物理层的电学信号，在传递到另一端后，又层层“封装”成为应用程序数据。终端往往其需要完整的7层(刷微博)，而对于核心部分的分组交换机，通常只需要3层(路由器需要3层，2层交换机需要2层)。… 阅读全文

USB外部总线

USB总线显卡等高速设备是十分适合通过PCI/PCIe连入计算机的。但对于键盘、鼠标等设备而言，如果每个设备都占用1个PCI/PCIe的“席位”，那么代价就会较昂贵。于是IBM、Intel、微软等公司联手设计了一种将低速设备连入计算机的方案，于1998年正式发布，称为通用串行总线(USB)。USB设备无需复杂的跳线和插槽、安装设备无需重启，单机可接入127个设备(采用7位的设备地址)，设备直接由数据线供电。USB经过多年的版本迭代，从USB1.0时的1.5Mbps带宽发展到目前USB3.2 Gen2的10Gbps带宽。 USB由接入系统总线(PCI/PCIe)的USB根集线器实现，根集线器可接入设备或扩展集线器，扩展集线器可提供更多接口用于接入设备，故其拓扑结构类似于以根集线器为根的树结构，具体如上图所示。… 阅读全文

爱特梅尔ATMEGA168的微体系结构

接口电路与地址译码电路

接口电路接口电路是指计算机之间，计算机与外围设备之间，计算机内部部件之间起连接作用的电路。一般由寄存器组、专用存储器和控制电路几部分组成，当前的控制指令、通信数据、以及外部设备的状态信息等分别存放在专用存储器或寄存器组中。接口电路这4个字容易令人望文生义，联想到PCIe接口、USB接口。实际上接口电路一定程度上与总线这个概念平行，并且有部分的重合。接口电路强调两个部件直连，总线强调多个部件用公共的总线互连。接口电路强调信号和数据形式的转换，总线更注重可扩展性、灵活性、规范化。接口与总线有时也不加区分，合称为总线接口。通常接口电路是连入计算机系统总线的，比如INTEL 8255A接口电路芯片。上图是个类似INTEL 8255A的接口电路芯片引脚图，是种并行IO接口(PIO)芯片。右边3×8根IO信号线可用于连接各种支持它的IO设备，可以是键盘，开关等。左边包括接入总线的D0-D7信号线，WR/WD的写信号线/读信号线，RESET充值信号线，A0-A1的地址信号线，CS片选信号线。该PIO接口芯片可通过3位的配置寄存器配置，来设置3个Port的输入输出，而每个Port都会对应一个8位锁存器用来暂存数据。… 阅读全文

机器级数据的检错与纠错

二进制数据的检错纠错计算机在用“高低电平”的方式传输和表示数据的时候，会因为电平毛刺等导致某些位出错，这时就需要相应的数据纠错检错的机制。比如多用于服务器的ECC内存，其同时具备纠错和检错功能。而普通PC内存通常只有检错功能。计算机电路结构使数据出错时不会出现“多位或少位”的情况，只会出现“位值”的错误，并且多个位中的每个位是否出错可看作是概率独立的。目前主要的纠错检错机制是纠错码，其核心是在原字(数据位)额外加若干位(校验位)，新数据称为码字(用于和字区分)，码字同样是定长的，实际传输数据会传输码字而不是字。下面通过汉明距离给出编码方案与纠错检错能力间的关系，汉明距离的定义之前在<算法>中讨论过： 1) 若两两合法码字的汉明距离是\(d+1\)且错误不大于\(d\)位则必可检错。因为到合法码字汉明距离为\(1-d\)的所有数据中，不可能有合法码字；… 阅读全文

字符的机器级表示

字符大多数计算机中的数据和指令都是二进制位形式的。注意这里区分一下二进制位和二进制数，二进制数是数学概念，而机器本身是“无法理解”数学概念的，只能按照人类规定的范式处理二进制位。只有人类规定好相关范式，计算机才能把二进制位当作数来处理。之后可能不去区分二进制位和二进制数的概念。想要让计算机存储和表示字符，需要用公认和权威的标准，建立其与二进制位的映射关系，否则计算机间很难交互。这种映射称为字符编码。其由国际机构或国家机构制定。可分为如下2部分： 1) 字符集：规定了语言包含的所有字符和标点符号等。但语言是比较复杂的，比方说让大陆、香港、台湾、日本出具一份汉字的字符集，那它们可能出的不一样。所以汉语这“一种语言”就有国际、大陆、台湾等的多个版本的字符集； 2) 编码：编码是指给定字符集中的字符的区分和表示的方案，对于非计算机有莫尔斯电码的方案，计算机则通常用定长或变长的二进制数来做编码。考虑到二进制数表示字符常需要较多的位，以及机器中数据的位数常以字节为倍数，在很多时候又会用十六进制来表示二进制的编码；… 阅读全文