嵌入式linux操作系统
1.1嵌入式系统体系结构
• 南桥芯片不与处理器直接相连，而是通过一定的 方式（不同厂商各种芯片组有所不同，例如英特 尔的英特尔Hub Architecture以及SIS的MultiThreaded“妙渠”）与北桥芯片相连。
• 离处理器较远,一般都没有覆盖散热片。
• 发展方向主要是集成更多的功能，例如网卡、 RAID、IEEE 1394、甚至WI-FI无线网络等等。
哈佛体系结构特点： （1）程序与数据存储在不同存储空间，各有独立 编址并可以各自独立访问； （2）有四套总线：程序的数据总线和地址总线， 数据的数据总线和地址总线； （3）可以在一个机器周期内同时获取指令和操作 数，且因程序和数据分属不同物理空间，取指与执 行可以重叠。
哈佛体系结构： 运算速度比较快
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1.1嵌入式系统体系结构
• 其中CPU的类型、主板的系统总线频率，内存类 型、容量和性能，显卡插槽规格是由芯片组中的 北桥芯片决定的；
• 扩展槽的种类与数量、扩展接口的类型和数量 （如USB2.0/1.1，IEEE1394，串口，并口，笔记 本的VGA输出接口）等，是由芯片组的南桥决定 的;
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1.1嵌入式系统体系结构
哈佛体系结构指令执行过程
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1.1嵌入式系统体系结构
影响CPU性能的因素：流水线、超标量和缓存
• 流水线技术：几个指令可以并行执行 提高了CPU的运行效率 内部信息流要求通畅流动
Add
取指
译码 执行add
Sub
取指
译码 执行sub
桥
存储器
高速设备
数据 高速设备
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芯片组（Chipset） • 主板的核心组成部分，如果说中央处理器（CPU） 是整个电脑系统的心脏，那么芯片组将是整个身 体的躯干。 • 芯片组是主板的灵魂。芯片组性能的优劣，决定 了主板性能的好坏与级别的高低。 • 目前CPU的型号与种类繁多、功能特点不一，如 果芯片组不能与CPU良好地协同工作，将严重地 影响计算机的整体性能甚至不能正常工作。
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冯·诺依曼体系结构模型
指令寄存 控制器器
数据通道
输入
输出
中央处理器
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存储器
程序
指令0 指令1 指令2 指令3 指令4
数据
数据0 数据1 数据2
1.1嵌入式系统体系结构
冯·诺依曼体系结构特点： （1）程序和数据共用一个存储空间； （2）程序指令存储地址和数据存储地址指向同一 个存储器的不同物理位置 ； （3）程序指令和数据宽度相同
微处理器的时钟频率比内存速度提高快得多， 高速缓存可以提高内存的平均性能。
（2）高速缓存的工作原理
高速缓存是一种小型、快速的存储器，它保存 部分主存内容的拷贝。
高 数据
速 缓
CACHE
CPU
存
主存
控
制 器
地址
数据
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总线和总线桥
CPU
高速总线
低速设备
低速总线
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南桥芯片
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存储器系统
• RAM：随机存取存储器， SRAM：静态随机存储 器， DRAM：动态随机存储器
• 1）SRAM比DRAM快 • 2）SRAM比DRAM耗电多 • 3）DRAM存储密度比SRAM高得多 • 4）DRM需要周期性刷新 • ROM：只读存储器 • FLASH：闪存
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输入输出接口:
• I/O • A/D、D/A • 键盘 • LCD • 存储器接口 • 设备接口
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• 还有些芯片组由于纳入了3D加速显示（集成显示 芯片）、AC＇97声音解码等功能，还决定着计算 机系统的显示性能和音频播放性能等。
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北桥芯片
• 北桥芯片负责与CPU的联系并控制内存、AGP、 PCI数据在北桥内部传输，提供对CPU的类型和 主频、系统的前端总线频率、内存的类型 （SDRAM，DDR SDRAM以及RDRAM等等）和 最大容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC纠错等支持.
Cmp
取指
译码 执行cmp
时间
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1.1嵌式系统体系结构
超标量执行：超标量CPU采用多条流水线结构
指令CACHE
预取
流 译码1 水 译码2 线 执行1 1
执行2
预取
流 译码1 水 译码2 线 执行1 2
执行2
数据
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1.1嵌入式系统体系结构
（1）为什么采用高速缓存
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第二章 操作系统基础知识及linux系统简介
1 嵌入式系统体系结构 2 操作系统的启动过程
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3 Linux系统简介
2
1.1嵌入式系统体系结构
• 冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构 （CPU的结构） • 影响CPU性能的因素 • 存储器系统 • I/O接口
• 整合型芯片组的北桥芯片还集成了显示核心。 • 离CPU最近的芯片，这主要是考虑到北桥芯片与
处理器之间的通信最密切，为了提高通信性能而 缩短传输距离。
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北桥芯片
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南桥芯片（South Bridge））
• 南桥芯片负责I/O总线之间的通信，如PCI总线、 USB、LAN、ATA、SATA、音频控制器、键盘控 制器、实时时钟控制器、高级电源管理等，这些 技术一般相对来说比较稳定，所以不同芯片组中 可能南桥芯片是一样的，不同的只是北桥芯片。 所以现在主板芯片组中北桥芯片的数量要远远多 于南桥芯片。
执行指令过程：先取指令并解码，再取操作数并 执行运算，影响运算速度，容易出现瓶颈效应。
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哈佛体系结构
地址
指令寄存
控制器器
指令
数据通道
输入
输出
中央处理器
地址 数据
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程序存储器
指令0 指令1 指令2
数据存储器
数据0 数据1 数据2
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