嵌入式linux操作系统
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桥
存储器
高速设备
数据 高速设备
嵌入式linux操作系统
1.1嵌入式系统体系结构
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。
• 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。
嵌入式linux操作系统
1.1嵌入式系统体系结构
北桥芯片
嵌入式linux操作系统
1.1嵌入式系统体系结构
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。
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
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
嵌入式linux操作系统
1.1嵌入式系统体系结构
总线和总线桥
CPU
高速总线
低速设备
低速总线
嵌入式linux操作系统
1.1嵌入式系统体系结构
南桥芯片
嵌入式linux操作系统
1.1嵌入式系统体系结构
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
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。
嵌入式linux操作系统
1.1嵌入式系统体系结构
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
嵌入式linux操作系统
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
1.1嵌入式系统体系结构
嵌入式linux操作系统
1.1嵌入式系统体系结构
哈佛体系结构指令执行过程
嵌入式linux操作系统
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
嵌入式linux操作系统
1.1嵌入式系统体系结构
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
嵌入式linux操作系统
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
嵌入式linux操作系统
1.1嵌入式系统体系结构
输入输出接口:
• I/O • A/D、D/A • 键盘 • LCD • 存储器接口 • 设备接口
嵌入式linux操作系统
1.1嵌入式系统体系结构
嵌入式linux操作系统
嵌入式linux操作系统
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
嵌入式linux操作系统
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Biblioteka Baidu系统 • I/O接口
Cmp
取指
译码 执行cmp
时间
嵌入式linux操作系统
1.1嵌入式系统体系结构
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
嵌入式linux操作系统
1.1嵌入式系统体系结构
（1）为什么采用高速缓存
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。
• 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。
嵌入式linux操作系统
1.1嵌入式系统体系结构
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.
嵌入式linux操作系统
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;
存储器
高速设备
数据 高速设备
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1.1嵌入式系统体系结构
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。
• 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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1.1嵌入式系统体系结构
北桥芯片
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1.1嵌入式系统体系结构
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。
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
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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1.1嵌入式系统体系结构
总线和总线桥
CPU
高速总线
低速设备
低速总线
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1.1嵌入式系统体系结构
南桥芯片
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1.1嵌入式系统体系结构
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
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。
嵌入式linux操作系统
1.1嵌入式系统体系结构
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
嵌入式linux操作系统
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
1.1嵌入式系统体系结构
嵌入式linux操作系统
1.1嵌入式系统体系结构
哈佛体系结构指令执行过程
嵌入式linux操作系统
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
嵌入式linux操作系统
1.1嵌入式系统体系结构
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
嵌入式linux操作系统
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
嵌入式linux操作系统
1.1嵌入式系统体系结构
输入输出接口:
• I/O • A/D、D/A • 键盘 • LCD • 存储器接口 • 设备接口
嵌入式linux操作系统
1.1嵌入式系统体系结构
嵌入式linux操作系统
嵌入式linux操作系统
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
嵌入式linux操作系统
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Biblioteka Baidu系统 • I/O接口
Cmp
取指
译码 执行cmp
时间
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1.1嵌入式系统体系结构
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
嵌入式linux操作系统
1.1嵌入式系统体系结构
（1）为什么采用高速缓存
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。
• 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。
嵌入式linux操作系统
1.1嵌入式系统体系结构
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.
嵌入式linux操作系统
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;