从PC总线到ARM的内部总线

总线的演变

首先应该讲讲总线的演变历史，这方面《PC架构系列：CPU/RAM/IO总线的发展历史！》 这篇文章写得很好！感谢文章的作者！ 以下内容大量来自这篇文章，可以说是这篇文章的缩减转载。

 

公共总线

早期PC中，CPU/RAM/IO都是挂在一条总线上，所有的部件都必须在同步的模式下工作。这样就带来一个"互锁" （locked to each other ） 效应：所有设备都被限定在一个通用时钟频率（Clock Frequency）上面，整个系统的速度会被系统中最慢的设备限制，系统的整体性能无法提高。

南桥诞生（I\ O总线诞生 ）

1987 年，康柏（Compaq）公司想到一个办法: 将系统总线与I/O总线分开，使得2个不同的总线工作在不同的时钟频率上。CPU和内存工作在系统总线上（the System Bus），独立于所有的I/O设备。这样高速的CPU/RAM组件就摆脱了低速I/O设备的束缚。

 

这里的Bridge，就是现在的南桥 （South Bridge） 芯片 的前身，而它实际起到了降频的作用。

倍频出世

从80486开 始，CPU的发展迅猛，频率大幅攀升。内存开始变得跟不上CPU的发展步伐了。Intel 于是决定在80486中引入倍频（Clock Doubler）的概念。内存依旧工作在系统总线上，与系统总线保持同样的工作频率，而CPU的内部工作频率（CPU主频）是：

CPU 主频 = 外频（系统总线频率System Bus Frequency）* 倍频 (Clock doubler)

北桥和前端总线的诞生

PC结构的变化趋势是把低速设备 与高速设备 用隔离总线的方法进行隔离。而发展到后来，就演变出了北桥（North Bridge）芯片 。内存与北桥间的总线称为内存总线 ，把CPU与北桥间连接的这段总线成为前端总线 (Front Side Bus，FSB）， 也就是系统总线 （System Bus ）！

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PC中的I\O总线 
通过上面的文章，我们知道的总线的演变过程。现在专门来讲讲I\O总线。

总线：用来传送信号或能量的构造器。

系统 I/O 总线将指令从内存传导至与输入\输出处理器(IOP) 相连的设备。系统 I/O 总线还会将指令从 IOP 传导回内存。

以下的内容来自《认识物理I/O构件- 主机I/O总线(1)》  ，这篇文章写得很好。感谢文章作者！

在数据离开系统内存总线后，它通常传输到另一条总线：主机I / O总线。现在最常见的主机I / O总线是P C I总线，另外还有如PCI-E总线、ISA总线，E I S A总线及V M E总线等等。主机I / O总线实现了几种重要的功能，包括：

允许加入新的插卡。

允许从内存总线输入和输出数据。

允许在插卡之间传输数据 。

主机I / O总线并不是处于设备与系统内存总线间的仅有的中介物，在主机I / O总线和系统内存总线之间还存在着桥控制器芯片（南桥），该芯片负责在两总线之间交换数据。 主机I / O总线是在内存和外设之间传送数据的运输工具。

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ARM处理器的内部总线

认真研究ARM9（以s3c2410为例）的结构框图，你会发现：作为高性能的嵌入式CPU，ARM9可以看成一个高度浓缩的计算机系统，类似于分化出南桥芯片且有倍频的计算机构架！具体见下图：

看了这些，应该可以对计算机的总线有了一些认识，更重要的是对ARM9的体系构架有了更好地认识！这里值得注意的是：ARM 的内存芯片并没有直接接在“内存总线”上，而是通过内存控制器间接地和“内存总线”连接。

 

如果你有兴趣更深入地研究ARM的总线结构，推荐你看一下我上面提到的参考资料： 《AMBA、AHB、APB总线简介》、《Introduction to AMBA Bus System 》 。我就不在这废话了，因为他们讲得已经很全面，很精彩了。你如果是ARM总线的设计者，你应该看看 ARM 公司的 《AMBA™ Specification (Rev 2.0) 》文档（去ARM的官方网站注册一下就可以下载了）。