X86硬件系统架构的演变 (一)

    计算机系统架构自IBM PC问世以来发生了巨大的变化。可以这么说，自上世纪80年代初后面的30年里，在摩尔定律的推动下，硬件系统的技术进步和创新主导了计算机工业的发展。作为硬件系统设计从业人员，有必要了解一下X86系统架构的演变史。

         上世纪80年代早期，IBM开发最早期的PC系统，从此开启了个人计算机辉煌发展的时代。当时的PC/XT使用Intel8088微处理器，PC/AT使用Intel80286微处理器。8088支持8位数据线，16位地址线寻址，4.77MHz主频，有1M存储和64KBIO空间。80286的数据线扩展到16位，主频6MHz,存储空间发展到16M。

         早期的PC系统里没有现在那么多芯片组和总线。众多的控制器和I/O设备大多连接到微处理器的数据和地址线上。为了避免地址和数据线的冲突，要使用不少总线驱动器。故而当时的主板设计是非常复杂的，使用很多的分立器件实现寻址，数据传输，以及相关信号之间的时序控制。系统大致架构如下图。

       为了简化系统的设计，并提高系统性能，开始出现一些新技术。IntelCPU更新到386/486，可支持32位数据线和32位地址线寻址。内存空间进一步扩展，最多可访问4GB的内存空间。386的主频16~33MHz，486则达到32~160MHz。486还集成了8/16KB一级缓存和64~512KB二级缓存。

         这时也出现一些芯片组的设计，把总线驱动器和时序控制逻辑集成在一起，比如ISA总线控制芯片，内存控制芯片，集成串口，并口，键盘控制器等功能的早期superI/O芯片，以及集成CMOS,定时器，中断发生器，DMA控制器等功能的芯片。大致的系统架构如下。