深入浅出计算机组成原理学习笔记：第四十三讲

我们在前面的章节搭建了最简单的电路，在这里面，计算机的输入设备就是一个一个开关，输出设备呢，是一个一个灯泡。的确，早期发展的时候，计算机的核心是做“计算”。
我们从“计算机”这个名字上也能看出这艺点。不管是中文名字“计算机”，还是英文名字“Computer”，核⼼都是在”计算“这两个字上。不过，到了今天，这些“计算”的贡作，更多的是艺个幕后工作。

我们讨论是使用自己的PC，还是智能手机，这部分时间都是在和计算机进行各种“交互操作”。换句话说，就是在和输入输出设备打交道。这些输入输出设备也不再是个一个开关，
或者一个一个灯泡。你在键盘上直接敲击的都是字符，而不是“0”和“1”，你在显示意器上看到的，也是直接的图形或者文字的画面，而不是一个一个闪亮或者关闭的灯泡。
想要了解这其中的关窍，那就请你和我一起来看一看，计算机里面的输入输出设备。

一、经典的适配器模式

1、硬件设备并不是直接和CPU直接通信的

2、内置在主板上的接口

 

3、CPU的三级缓存

二、经典的适配模式

1、把接口和实际设备分离

2、软件的设计模式口

3、Windows操作系统

 

三、CPU是如何控制I/O设备的？

 

首先是数据寄存器

然后是命令寄存器

而状态寄存器

四、发挥总线的价值

1、MIPS的CPU到底是如何通信

2、IntelX86

这个，其实也有点像我们在设计模式⾥⾯的Command模式。我们在总线上传输的，是一个个数据对象，然后各个接受这些对象的设备，再去根据对象内容，进行实际的解码和命令执行。

 

这是一张我自己的显卡，在设备管理器里面的资源（Resource）信息。你可以看到，里面既有MemoryRange，这个就是设备对应映射到的内存地址，也就是我们上⾯所说的MMIO的访问方式
。同样的，里面还有I/O?Range，这个就是我们上⾯所说的PMIO，也就是通过端⼝来访问I/O设备的地址。最后，里面还有一个IRQ，也就是会来⾃于这个设备的中断信号了。

五、总结与延伸

好了，讲到这里，不知道，现在你是不是可以把CPU的指令、总线和I/O设备之间的关系彻底串联起来了呢？我来带你回顾一下。

CPU并不是发送一个特定的操作指令来操作不同的I/O设备。因为如果是那样的话，随着新的I/O设备的发明，我们就要去扩展CPU的指令集了。

在计算机系统里面，CPU和I/O设备之间的通信，是这么来解决的。

首先，在I/O设备这⼀侧，我们把I/O设备拆分成，能和CPU通信的接⼝电路，以及实际的I/O设备本身。接⼝电路里面有对应的状态寄存器、命令寄存器、数据寄存器、数据缓冲区和设备内存等等
。接⼝电路通过总线和CPU通信，接收来⾃CPU的指令和数据。⽽接⼝电路中的控制电路，再解码接收到的指令，实际去操作对应的硬件设备。

而在CPU这⼀侧，对CPU来说，它看到的并不是已个个特定的设备，而是已个个内存地址或者端⼝地址。CPU只是向这些地址传输数据或者读取数据。所需要的指令和操作内存地址的指令其实没有什么本质差别。
通过软件层面对于传输的命令数据的定义，而不是提供特殊的新的指令，来实际操作对应的I/O硬件。