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140DDI35300 内置多层缓存
CPU 从不直接访问 RAM。现代 CPU 有一层或多层缓存。CPU 执行计算的能力比 RAM 向 CPU 提供数据的能力要快得多。其原因超出了本文的范围，但我将在下一篇文章中进一步探讨。

高速缓存比系统 RAM 更快，并且更接近 CPU，因为它位于处理器芯片上。高速缓存提供数据存储和指令，以防止 CPU 等待从 RAM 中检索数据。当 CPU 需要数据时——程序指令也被认为是数据——缓存会判断数据是否已经驻留并将其提供给 CPU。

如果请求的数据不在缓存中，它会从 RAM 中检索并使用预测算法将更多数据从 RAM 移动到缓存中。缓存控制器分析请求的数据并尝试预测需要从 RAM 中获取哪些额外数据。它将预期的数据加载到缓存中。通过将一些数据保存在比 RAM 更快的高速缓存中更靠近 CPU，CPU 可以保持忙碌状态，而不会浪费等待数据的周期。

我们的简单 CPU 具有三级缓存。第 2 级和第 3 级旨在预测接下来需要哪些数据和程序指令，将数据从 RAM 中移出，并将其移至更靠近 CPU 的位置，以便在需要时准备就绪。这些缓存大小通常在 1 MB 到 32 MB 之间，具体取决于处理器的速度和预期用途。

140CPU43412 CPU时钟和控制单元
140CPU43412包括所有 CPU 组件都同步才能顺利协同工作。控制单元以由时钟速度确定的速率执行此功能，并负责通过使用遍及整个 CPU 的定时信号来指导其他单元的操作。

随机存取存储器 (RAM)
尽管 RAM 或主存储器在此图和下图中显示，但它并不是 CPU 的真正组成部分。它的功能是存储程序和数据，以便在 CPU 需要它们时可以使用它们。

SCHNEIDER 140CRA31200 PCI设备
CPU和所有 PCI 设备都需要访问它们共享的内存。140CRA31200设备驱动程序控制 PCI 设备并通过使用此内存在它们之间传递信息。通常，此共享内存包含设备的控制和状态寄存器，用于控制设备和读取其状态。例如，PCI 140CRA31200 设备驱动程序会读取其状态寄存器以找出设备是否准备好写入信息块，或者它可能写入控制寄存器以在设备打开后启动设备。

CPU 的系统内存可用于此共享内存，但在这种情况下，每次 PCI 设备访问内存时，CPU 都暂停，等待它完成。对内存的访问通常一次于一个系统组件。这会减慢系统速度。它不允许系统的外围设备以不受控制的方式访问主内存。这将是非常危险的；发生故障的设备可能会使系统非常不稳定。

外围设备有自己的内存空间。CPU 可以访问这些空间，但是通过使用 DMA（直接内存访问）通道，设备对系统内存的访问受到非常严格的控制。ISA 设备可以访问两个地址空间；ISA I/O（输入/输出）和 ISA 内存。对于的微处理器，PCI 具有三个要素：PCI I/O、PCI 内存和 PCI 配置空间。

一些微处理器，例如 Alpha AXP 处理器，除了系统地址空间之外，不能自然访问地址空间。该处理器使用支持芯片组访问其他地址空间，例如 PCI 配置空间，通过使用稀疏地址映射方案窃取部分大型虚拟地址空间并将其映射到 PCI 地址空间。

SCHNEIDER施耐德 140CPU67160 CPU 通过数据和地址总线传输
中央处理器内部
在硬件层面，CPU是一块集成电路，也称为芯片。集成电路将数百万或数十亿个微小的电子部件“集成”在一起，将它们排列成电路并将它们全部装入一个紧凑的盒子中。

地址解码器控制对特定设计的内存和 I/O 寄存器的访问。通常，可编程逻辑器件 (PLD) 用于将每个存储芯片分配给特定范围的地址。特定范围内的输入地址代码会生成片选输出，从而启用该设备。I/O 端口寄存器，设置为处理进出系统的数据传输，也通过相同的机制分配特定地址，并由 CPU 以与内存位置相同的方式访问。分配给特定外围设备的地址称为内存映射。

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