苹果 M1 芯片预示着 RISC-V 完全替代 ARM？

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我们来看一看下面的示意图，以更好地了解协处理器如何与微处理器（CPU）或通用处理器的协同工作。

图：微处理器的工作原理概述。

数字沿彩色线移动。输入/输出可以是协处理器、鼠标、键盘以及其他设备。

我们可以将绿色和浅蓝色的公共总线视为管道。数字通过这些管道推送到 CPU 的不同功能单元（图中为灰色盒子）。这些盒子的输入和输出连接到了管道。

你可以认为每个盒子的输入和输出都带有阀门。红色控制线可用于打开和关闭这些阀门。因此，负责红线的解码器（Decoder）可以打开两个灰色盒子上的阀门，让数字在它们之间流动。

图：你可以将数据总线视为管道，而红色控制线则负责打开和关闭阀门。

但是，在电子设备中，这是通过我们所谓的多路复用器完成的，而不是实际的阀门。

下面，我们来介绍一下如何从内存中获取数据。

如果想执行数字运算，则首先需要将数字放入寄存器中。解码器使用控制线打开灰色盒子“内存”和“寄存器”之间的阀门。具体操作为：

1. 解码器打开负载存储单元（LSU）上的阀门，内存地址从绿色地址总线上流出。
2. 打开内存盒上的阀门，这样它就可以接收地址了，而地址由绿色管道（地址总线）负责传送。所有其他阀门都关闭，这样输入/输出就无法接收地址。
3. 选中地址指定的内存单元。然后解码器会打开通往数据总线的阀门，这样选定内存单元的内容就会流出到蓝色数据总线上。
4. 内存单元的数据可以流到任何地方，但是解码器仅打开了寄存器的输入阀门。

鼠标、键盘、显示器、GPU、FPU、神经引擎和其他协处理器都是“输入/输出”盒子。访问方式与访问内存一样。硬盘驱动器、鼠标、键盘、网卡、GPU、DMA（直接内存访问）和协处理器都被映射到自己的内存地址。

举个例子，如果处理器尝试从内存地址 84 读取数据：鼠标的 x 坐标，而 85 代表鼠标的 y 坐标。

因此，为了获取鼠标坐标，你可以通过汇编代码中执行以下操作：

load r1, 84   ; get x-coordinateloar r2, 85   ; get y-coordinate

对于 DMA 控制器，可能地址 110、111 和 113 有特殊的含义。下面这些伪汇编代码可以使用这些地址与 DMA 控制器进行交互：

loadi r1, 1024  ; set register r to source addressloadi r2, 50    ; bytes to copyloadi r3, 2048  ; destination address

store r1, 110   ; tell DMA controller start addressstore r2, 111   ; tell DMA to copy 50 bytesstore r3, 113   ; tell DMA where to copy 50 bytes to

一切都以这种方式工作。你只需读写特殊的内存地址。

当然，一般软件开发人员不需要知道这些，这些工作都是由设备驱动程序完成的。你使用的程序无法真正看到这些不可见的虚拟内存地址。但是，驱动程序会将这些地址映射到其虚拟内存地址。

我不打算过多地讨论虚拟内存。

本质上，我们拿到的是真实的地址。绿色总线上的地址将从虚拟地址转换为实际物理地址。当我在 DOS 中编写 C/C++的程序时，就不会遇到这种情况。我可以将 C 指针直接指向视频的内存地址，然后直接修改图片。

char *video_buffer = 0xB8000;    // set pointer to CGA video buffervideo_buffer[3] = 42;            // change color of 4th pixel

协处理器的工作方式与此相同。神经引擎、GPU、安全协处理器（Secure Enclave）都拥有可以与之通信的地址。你需要了解这些，同时也需要了解 DMA 控制器可以异步工作。

这意味着 CPU 可以为神经引擎或 GPU 安排一整套指令，并将它们写入内存的缓冲区。 然后，通过与 IO 地址的对话，将这些指令的位置通知给神经引擎或 GPU 协处理器。

你肯定不希望 CPU 处于空闲状态，等待协处理器仔细检查所有指令和数据。你也不想让 DMA 遇到这种情况。这就是为什么一般我们都需要使用某种中断的原因。

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