CPU如何与众多不同设备交互?

技术Flow

合集 · 直观理解计算机技术【CoreDumped】 (68)

  1. 11:03
    代码中指定变量类型为何如此重要？
  2. 13:46
    栈为何如此之快?
  3. 17:53
    堆为何如此之慢？
  4. 19:56
    动态数组的内部机制（ArrayList VS LinkedList）
  5. 15:37
    探索计算机并发与多任务处理的历史
  6. 12:54
    晶体管是如何运行代码的？
  7. 16:12
    晶体管是如何记忆数据的？
  8. 18:47
    制作一个CPU来运行程序
  9. 11:23
    计算机如何将字符串转换为数字
  10. 17:18
    动态随机存取存储器（DRAM）的工作原理
  11. 16:05
    计算机处理器是如何运行条件和循环的？
  12. 6:51
    一个程序不是一个进程
  13. 14:52
    深入理解进程，如何进行上下文切换？计算机科学中最深刻和最成功的想法之一。
  14. 20:20
    处理器内部的单个位如何保护操作系统的完整性？
  15. 13:14
    计算的心跳：时钟如何推动 CPU 前进?
  16. 14:22
    英语原声版-计算的心跳：时钟如何推动 CPU 前进?
  17. 14:15
    (英语原声）进程间通信：共享内存或发送消息
  18. 12:29
    (中文配音）进程间通信：共享内存或发送消息
  19. 14:59
    (中文配音）为什么单核处理器需要线程？
  20. 16:07
    (英语原声）为什么单核处理器需要线程？
  21. 9:26
    (中文配音）多核系统上的线程
  22. 11:27
    (英语原声）多核系统上的线程
  23. 11:52
    （中文配音）为什么应用程序是特定于操作系统的?
  24. 13:09
    （英语原声）为什么应用程序是特定于操作系统的?
  25. 13:15
    (英语原声）硬件如何在多任务处理中协助软件?
  26. 11:29
    (中文配音）硬件如何在多任务处理中协助软件?
  27. 20:34
    链表的一个实际应用
  28. 45:02
    让你的电脑运行更流畅的奇妙算法
  29. 43:38
    （流畅中文配音）让你的电脑运行更流畅的奇妙算法
  30. 19:41
    (原声双语字幕）当程序调用 sleep() 时会发生什么?
  31. 17:57
    (流畅中文配音）当程序调用 sleep() 时会发生什么?
  32. 20:40
    这个简单算法驱动了真正的解释器：Pratt Parsing
  33. 18:19
    （双语字幕）编程中最难以捉摸的Bug：竞态条件
  34. 19:23
    （流畅中文配音）编程中最难以捉摸的Bug：竞态条件
  35. 16:02
    （中文配音）阻止内存攻击的底层电路
  36. 14:51
    （英语原声）阻止内存攻击的底层电路
  37. 18:04
    为什么有些项目会使用多种编程语言？
  38. 19:32
    为什么有些项目会使用多种编程语言？
  39. 17:15
    别再杀进程了！让 Ctrl+C 变成“喵”……（用信号实现）
  40. 19:23
    别再杀进程了！让 Ctrl+C 变成“喵”...（用信号实现）
  41. 19:05
    80 年代避免竞态条件的算法（以及它为何失败）
  42. 19:43
    80 年代避免竞态条件的算法（以及它为何失败）
  43. 22:10
    CPU如何与众多不同设备交互?
  44. 23:52
    （中文配音）CPU如何与众多不同设备交互?
  45. 14:04
    （中文配音）你每天都在用的奇特CPU操作
  46. 13:04
    你每天都在用的奇特CPU操作
  47. 18:04
    (中文配音）历史如何塑造了我们今天仍在使用的编程术语？
  48. 17:42
    (英语原声）历史如何塑造了我们今天仍在使用的编程术语？
  49. 16:41
    为什么有些底层项目里会充满这种奇怪的代码？
  50. 16:39
    （中文配音）为什么有些底层项目里会充满这种奇怪的代码？
  51. 21:35
    编译与解释代码如何共处同一程序中？
  52. 21:30
    (英语原声）编译与解释代码如何共处同一程序中？
  53. 17:09
    【双语字幕】Core Dumped 常见问题的集中回答
  54. 13:36
    【双语字幕】90年代的设计决策阻碍了Python并行化
  55. 12:01
    【中文配音】90年代的设计决策阻碍了Python并行化
  56. 17:51
    Linux创建进程的奇怪方式
  57. 18:14
    【中文配音】Linux创建进程的奇怪方式
  58. 19:49
    CPU如何运行函数?
  59. 19:38
    【中文配音】CPU如何运行函数?
  60. 17:15
    没有人解释的问题：内核的边界在哪里？
  61. 19:36
    【英语原声】没有人解释的问题：内核的边界在哪里？
  62. 35:49
    硬件如何让线程问题不再那么棘手?
  63. 19:47
    为什么在macOS、Windows和Linux上安装应用程序如此不同？
  64. 24:00
    游戏公司真的能破坏你的电脑吗？
  65. 10:43
    一个视频说透“架构”：为什么你的程序换个CPU就可能跑不了？
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    CPU如何执行有符号和无符号运算?
  67. 19:11
    简单指令, 奇妙算法
  68. 9:26
    当CPU遇到它不认识的指令，会发生什么？😱【底层原理】
Description 
https://www.youtube.com/watch?v=tadUeiNe5-g
视频详细总结：
本视频是Core Dumped频道的一期内容，主讲人是George。视频的核心主题是讲解CPU如何与各种输入输出设备（I/O devices）进行通信的基本原理和方法。
视频首先指出，通用计算机的关键特点是其可编程性，而这离不开与各种外设的交互。CPU并不直接控制这些设备，而是通过与它们通信来下达指令。这是因为I/O设备的速度远慢于CPU，让CPU直接进行微观管理（比如控制打印机的每一个机械动作）会极大地浪费其计算资源，影响主要任务的执行。
视频以早期键盘为例，解释了其通过行列矩阵扫描来检测按键的工作原理，并说明即使是这样相对简单的任务，如果由CPU亲自处理也会消耗其宝贵的运算周期。因此，更高效的方法是让设备自带专用的微控制器（如键盘控制器、硬盘控制器）来处理这些底层硬件操作。CPU只需通过一条控制总线向这些控制器发送请求，就可以转而处理其他任务，等设备准备好后再获取结果。
接下来，视频深入讲解了CPU与设备通信的两种主要方式：一种是内存映射I/O，即将设备控制器的寄存器映射到系统的内存地址空间中，CPU可以像读写内存一样用普通指令与设备通信（ARM架构采用此方式）；另一种是独立I/O（或称端口映射I/O），即使用一条与内存总线分离的专用总线和特殊的指令（如x86的IN/OUT指令）与设备通信。两者在硬件实现和指令支持上各有特点。
关于数据传输，视频介绍了两种技术：效率较低的轮询（程序控制I/O），即CPU不断主动检查设备状态；和更高效的中断驱动I/O，即设备在准备好后主动通过中断信号通知CPU，CPU再响应处理。现代CPU几乎都支持中断方式。
视频随后解释了现代硬件设计的演变，从过去的北桥/南桥芯片组设计，到现在将内存控制器等集成到CPU内部。尽管底层物理连接已变为PCI Express等标准化专用总线，但系统仍然普遍采用内存映射I/O作为抽象层。这样做的主要原因是为了解决早期计算机时代各厂商硬件地址映射不兼容的问题（例如Apple II和Commodore PET使用相同CPU却软件不通用）。通过标准化总线（如PCIe, USB）和抽象的内存映射模型，确保了设备的即插即用和跨平台兼容性，同时也为开发者提供了相对简单的编程模型。
最后视频指出，虽然总线协议标准化了物理通信，但每个设备都有自己的特定指令和数据格式，因此需要驱动程序作为操作系统和硬件之间的“翻译官”来处理这些具体协议。视频结尾预告了后续将详细讲解驱动程序，并推荐了赞助商Brilliant学习平台和CodeCrafters的编程挑战活动。
标签：
计算机组成原理 CPU 输入输出设备 硬件通信 内存映射IO 独立IO 端口映射IO   轮询 设备控制器 总线协议 PCIExpress 驱动程序 硬件兼容性 计算机历史 科技科普  CodeCrafters 编程学习

Comments

咸湿的gentleman王 2025-10-09

常见的通讯接口就有：USB、iic、SPI、UART、rj45[吃瓜]

♥ 50 ↩ 6

技术Flow 2025-10-08

英文字幕提示包含敏感信息，但没有提示什么地方有敏感信息，审核没有通过，大家看的过程中，如果觉得有地方会包含英文敏感信息可以评论提示一下，感谢，我后面修正后再上传英文字幕。

♥ 20 ↩ 5

ッめ鲍こ冰い乀 2025-10-11

南桥早晚也要砍掉试试看

♥ 7 ↩ 5

吃山阳 2025-10-14

这就是arm芯片需要设备树的原因吗？

♥ 2

AI视频总结 2025-10-09

✨ AI课代表总结： CPU委托设备控制器托管I/O交互，避免自身陷入低效微操。核心路径：发送指令（如"查data.txt"）→控制器自动执行硬盘寻道/键盘扫描等任务→完工后通过中断即时通知CPU，远超轮询效率。现代系统依托PCIe/USB标准化总线与驱动程序，完美化解80年代因内存映射冲突导致的设备互斥困境，达成跨品牌硬件无缝协同。猫咪都觉得这波设计绝了～ 视频精湛解析了中断机制对CPU资源利用率的革命性提升，并证实标准化总线是当代硬件生态可持续发展的基石，技术脉络梳理清晰有力。 --由@304186503 召唤发送，其他AI工具点头像自取

♥ 1

挑柴看剑电学专楂 2025-10-09

想看，期待中文配音

♥ 1 ↩ 11

小可教主的野爹 2025-10-13

控制

蜜糖酒红色 2025-10-09

黑色手里剑一样的啥应用程序？

↩ 2