BIOS入门篇 | x86 PC架构

前言

在文章开始前，先说明一下为什么标题写的是x86 PC。

首先是x86，它表示的是一种处理器的架构。多年前，PC都是Intel和AMD的X86架构阵营，但近几年来，其它架构的处理器也慢慢发展起来，逐渐也加入到PC这个行列之中，比如高通Arm64 ，搭载Windows系统的笔记本电脑。国产处理器飞腾也是arm64，但搭载的是国产Linux发行版OS。还值得一提的是，国产的龙芯处理器，LA64架构，指令集可完全自主设计，也加入到PC行列之中，搭载的OS也是国产Linux发行版OS。架构的差异，表示的是它们所使用的指令集是不同的。

然后是PC。PC即Personal Computer（个人计算机），严格来说它跟服务器不是同一类别的，因为它们所注重的功能都不一样，设计也不一样，所以服务器也不在本文讨论之内。

在上一篇入门篇中，以实际设备的视角介绍了PC的各个组成部分，这一篇将在此之上，更加深层次的来了解一下PC。

PC的大脑

CPU，即中央处理器，是PC的核心部分，负责各种数据的处理，它就像人体中的“大脑”，控制这整个PC系统的运行。早期的CPU就只是一个单纯的数据处理单元而已，它从外部获取数据得通过其它两个辅助性元件南桥和北桥。北桥主要负责高速信号的通讯，如内存，PCI显卡等；南桥则是负责相对低速的IO通讯，如SATA，普通的PCI，LPC等。

随着制程工艺的发展，北桥的功能被集成到CPU中了，甚至一些低功耗的处理器把南桥也集成到CPU中（即SOC），但目前桌面端的还是会有以CPU+PCH的形式存在。PCH可以当成南桥，但功能更加丰富了。

内存

内存又可以叫做主存。是CPU能直接寻址的存储空间，由半导体器件制成。内存的特点是访问数据的速率快。内存是电脑中的主要部件，它是相对于外存而言的。我们平常使用的程序，如Windows操作系统、打字软件、游戏软件等，一般都是安装在硬盘等外存上的，但仅此是不能使用其功能的，必须把它们调入内存中运行，才能真正使用其功能，我们平时输入一段文字，或玩一个游戏，其实都是在内存中进行的。就好比在一个书房里，存放书籍的书架和书柜相当于电脑的外存，而我们工作的办公桌就是内存。通常我们把要永久保存的、大量的数据存储在外存上，而把一些临时的或少量的数据和程序放在内存上，当然内存的质量会直接影响电脑的运行速度。

DDR

DDR即Double Data Rate双倍速率，DDR SDRAM即双倍速率同步动态随机存储器，人们习惯称为DDR。其中，SDRAM 是Synchronous Dynamic Random Access Memory的缩写，即同步动态随机存取存储器。而DDR SDRAM是Double Data Rate SDRAM的缩写，是双倍速率同步动态随机存储器的意思。

PC使用的内存便是DDR，它是PC中不可或缺的部分之一。CPU运行的时候，需要管理整个系统资源，这些资源会被集中放到内存中，这样CPU可以通过访问内存，便可以去操作一些设备。

以AHCI控制器为例，我画了个简图：CPU中有个AHCI控制器，CPU初始化完后，会将该控制器相关寄存器映射（可以理解为一个指针）到内存中，当读写该内存空间的时候，就相当于读写控制器的寄存器了。

PCI-E总线

PCIe全称PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express)，由PCI发展而来，它被定义为一种高性能和低成本的本地总线。 PCI-Express是继ISA和PCI总线之后的第三代I/O总线，由Intel在2001年的IDF上提出，由PCI-SIG（PCI特殊兴趣组织）认证发布后改名为“PCI-Express”。它的主要优势就是数据传输速率高，另外还有抗干扰能力强，传输距离远，功耗低等优点。

PCIe是一种点对点连接的总线，而不像PCI那样的共享总线。但PCIe总线系统可以通过Switch连接多个PCIe设备，也可以通过PCIe桥连接传统的PCI和PCI-X设备。一个简单的PCIe总线系统的拓扑结构图如上所示。

输入输出

输入设备是向计算机输入数据和信息的设备，是计算机与用户或其他设备通信的桥梁，是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。输入设备的任务是把数据、指令及某些标志信息等输送到计算机中去。键盘、鼠标是PC中最基本输入设备。

输出设备是把计算或处理的结果或中间结果以人能识别的各种形式,如数字、符号、字母等表示出来，因此输入输出设备起了人与机器之间进行联系的作用。显示器是最基本的输出设备。

输入输出设备（I/O）起着人和计算机、设备和计算机、计算机和计算机的联系作用。

设备接口

为了能够让处理器与外部设备通讯，便设计了各种各样的接口，如eDP，USB，SATA，SPI，I2C，PCIE等，根据需要，它们可以被用到不同的场合之中，前文有关CPU的图中已有详细的说明。

总结

处理器、内存、PCIe总线、输入输出与设备接口组成了一个最基本的 x86 PC 架构。