『阿男的工程世界』＊让我们简单聊一下IO（2）＊

『阿男的工程世界』＊让我们简单聊一下IO（2）＊

我们来考虑一下不同设备之间速度不匹配的协调问题。首先，最快的设备应该是CPU本身这里，但是CPU也最忙，要协调处理周边设备。CPU内部的内存，就是寄存器，是可以和CPU本身匹配的内存设备。现代的CPU还配备L1 Cache，L2 Cache这些分级缓存，速度没有寄存器那么快，但是要比内存快。

速度在第二梯队的应该就是内存这种，虽然没有CPU内部的内存那么快，但是要比硬盘这些设备快得多。当然现在的固态硬盘SSD慢慢在接近内存的速度，但仍然有个差异在里面。

所有这些速度的差异，直接决定了硬件架构和操作系统的设计。阿男这里给大家讲三个层面：南桥北桥，DMA，Memory Mapped IO。

首先，围绕着CPU的架构，要为了匹配不同的设备速度差异，产生了"南桥"，"北桥"的概念，也就是North Bridge，South Bridge：

从图中可以看到，CPU连接北桥，北桥连接速度快的设备，比如显卡和内存。北桥后面连接南桥，南桥连接一些速度相对而言在第二梯队的设备，比如键盘，硬盘，USB设备，网卡等等。

南桥和北桥在具体的实现上也有了不少演化，比如早期的设计，南桥和北桥是独立于CPU的芯片。比如下面是Intel制造的北桥芯片：

南桥和北桥在主板上早期也可以看到：

随着硬件的演进，现在CPU一般把北桥做在一起，还有显卡也集成在一起。比如Intel和Nvidia都做。然后在具体的工业标准上面，也在不断演化之中，但整体的设计思路不变。因为实际的场景并没有改变，比如键盘鼠标这种设备永远不会和内存等等设备的IO速度达到一致，这是客观现实。