linux硬件基礎

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1、第一章硬件基礎操作系統(tǒng)必須與基本硬件系統(tǒng)密切協(xié)作。它需要那些僅僅能夠由硬件提供的服務。為了全面理解Linux操作系統(tǒng)，你必須要懂得一些有關硬件的知識。本章將對硬件：現(xiàn)代PC做一個簡要的介紹。當1975年一月的"PopularElectronics"雜志以Altair8080的圖片作為封面時，一場革命開始了。家用電器愛好者能獨立組裝出來的Altair8080，當時價格僅僅為397美圓。這種帶有256字節(jié)內(nèi)存的8080處理器還沒有顯示器與鍵盤，以今天的標準來看，它是微不足道的。它的創(chuàng)造者，EdRoberts，發(fā)明了"personal

2、computer"來描敘他的新發(fā)明。但現(xiàn)在PC這一術語已被用來稱呼那些自己就可以攜帶的計算機。在這個定義上，非常強勁的計算機如AlphaAXP也可稱為PC。狂熱的HACKER們看到了Altair的巨大潛力，于是他們開始為它編寫軟件和設計硬件。對早期的先驅來說這意味者某種自由；一種從頑固的超級批處理主機中解放出來的自由。滾滾而來的財富讓許多著迷于此（一臺可以放在廚房餐桌上的計算機）的大學生紛紛退學。許多五花八門的硬件開始出現(xiàn)，軟件HACKER們忙著為這些新機器編寫軟件。有意思的是IBM首先堅定的進行現(xiàn)代PC的設計和制造并于1982

3、年推出產(chǎn)品。該產(chǎn)品的構造是：8080CPU、64K字節(jié)主存、兩個軟盤驅動器以及25行80列的彩色CGA顯示器。雖然以現(xiàn)在觀點看那些都不是多么先進的東西但當時銷售情況卻很好。緊接著，1983年，帶有昂貴的10MB硬盤驅動器的IBMPC-XT出現(xiàn)了。在IBMPC體系結構成為事實上的標準不久之后，大量仿制者如COMPAQ公司出現(xiàn)了。由于這種事實標準的存在，多個硬件公司在這一快速增長的市場上進行了激烈競爭。但用戶卻從低價中獲益。許多早期PC中的結構特征還保留在現(xiàn)代PC系統(tǒng)中。比如Intel公司最先進的PentiumPro處理器還保留著I

4、ntel8086的尋址模式。當LinusTorvalds開始寫Linux時，他選擇了當時最廣泛使用同時價格合理的Intel80386PC。圖1.1典型的PC主板示意圖。從PC的外部來看，最引人注目的是機箱，鍵盤，鼠標以及顯示器。在機箱前部有一些按鈕，一個微型顯示器顯示著一些數(shù)字，此外還有一個軟驅。今天的大多數(shù)機器還包含一個CDROM，另外，如果想保護你的數(shù)據(jù)，還可以添加一個磁帶機作為備份用。這些設備統(tǒng)稱為外部設備。盡管CPU是系統(tǒng)的總管，但是它僅僅是一個智能設備。所有的這些外設控制器都具有某種層度的智能，如IDE控制器。在PC內(nèi)

5、部，你可以看到一個包括CPU或者微處理器，主存和許多ISA或PCI外設控制器插槽的主板（圖1.1）。有些控制器，如IDE磁盤控制器必須建立在系統(tǒng)板上。圖1.1:典型的PC主板.?1.1CPUCPU，或者微處理器，是計算機系統(tǒng)的核心。微處理器進行計算或者邏輯操作并且管理來自主存的指令并執(zhí)行它。在計算機的早期時代，微處理器的功能部件使用的是分立元件（外型很大）。這就是中央處理單元這一名詞的由來?，F(xiàn)代微處理器將部件結合到小型硅片上的集成電路中。在本書中CPU和微處理器及處理器有相同的意義。微處理器的操作對象是二進制數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)由0和1組

6、成。1和0對應著電子開關的開路與斷路狀態(tài)。正如十進制的42表示有4個10和一個2一樣，一個二進制數(shù)是一系列表示2的次冪的二進制數(shù)字組成。二進制0001對應十進制的1，二進制的0010對應十進制的2，二進制的0011表示3，而0100對應4。十進制42的二進制表示為101010。但是在計算機程序中，人們常用十進制來表示數(shù)而不是直接使用二進制。在需要使用二進制數(shù)時，人們往往使用16進制數(shù)。如十進制數(shù)只能從0到9一樣，16進制數(shù)可以從0疏導15，其中10到15分別用字母A、B、C、D、E及F來表示。這樣16進制的2A的十進制表示為42

7、-2*16+10=42。在C程序語言中，16進制數(shù)的前綴為"0x"；16進制的2A寫成0x2A。微處理器可以執(zhí)行如加、乘和除以及象"X是否比Y大"這種邏輯運算。處理器的執(zhí)行由外部時鐘來監(jiān)控。這個時鐘稱為系統(tǒng)時鐘，它每隔相同的時間間隔就向CPU發(fā)送一個脈沖。在每個時鐘脈沖上，處理器都會做一些工作。比如，處理器每個時鐘脈沖上執(zhí)行一條指令。處理器的速度一般以系統(tǒng)時鐘的速率來描敘。一個100MHz的處理器每秒將接收100,000,000個時鐘滴答。但是用CPU的時鐘頻率來描敘CPU的工作能力是不正確的，因為它們執(zhí)行的指令不相同。然而，快

8、速的時鐘可以在某種程度上代表高性能的CPU。處理器執(zhí)行的指令是非常簡單的；例如"將內(nèi)存X處的內(nèi)容讀入寄存器Y"。寄存器是微處理器的內(nèi)部存儲部件，用來存儲數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)執(zhí)行某些指令。有些指令有可能使處理器停止當前的工作而跳轉到內(nèi)存中另外一條指令執(zhí)行?，F(xiàn)代微處理器的緊