第3章 Apple内幕
Apple于1994年发起了从68K硬件平台向PowerPC的迁移。在接下来的两年内， Apple的整个计算机系列都迁移到了PowerPC。在任何给定时间可用的各个基于PowerPC的Apple计算机家族通常在计算机体系结构①、使用的特定处理器以及处理器供应商方面有所区别。例如，在2003年10月推出G4 iBook以前，Apple当时最新的系统包括三代PowerPC：G3、G4和G5。其中G4处理器系列是由Motorola提供的，而G3和G5则来自IBM。表3-1列出了Apple使用的多个PowerPC处理器②。
表3-1 基于PowerPC的Apple系统中使用的处理器
处 理 器
推 出 时 间
停止使用时间
PowerPC 601
1994年3月
1996年6月
PowerPC 603
1995年4月
1996年5月
PowerPC 603e
1996年4月
1998年8月
PowerPC 604
1995年8月
1998年4月
PowerPC 604e
1996年8月
1998年9月
PowerPC G3
1997年11月
2003年10月
PowerPC G4
1999年10月
—
PowerPC G5
2003年6月
—
PowerPC G5（双核）
2005年10月
— 2005年6月6日，在旧金山的全球开发者大会上，Apple宣布了它的计划，使Macintosh计算机的未来型号基于Intel处理器。这个迁移过程持续了两年：Apple声明尽管基于x86的Macintosh型号到2006年中期将变得可用，但是所有的Apple计算机直到2007年末才会迁移到x86平台。迁移的速度比预期的更快，首批x86Macintosh计算机在2006年1月就出现了。这些系统——iMac和MacBook Pro——基于Intel Core Duo③双核处理器系列，它们构建在65nm处理器技术之上。
在本章中，将探讨特定类型的Apple计算机的系统体系结构：基于G5的双处理器Power Mac。而且，还将讨论这些系统中使用的特定PowerPC处理器：970FX。我们将重点介绍基于G5的系统，因为一般来讲970FX比它的前身更高级、更强大并且更有趣。它还是第一个64位双核PowerPC处理器（970MP）的基础。
3.1 Power Mac G5
Apple在2003年6月宣布了Power Mac G5——它的第一个64位桌面系统。最初基于G5的计算机使用IBM的PowerPC 970处理器，之后的系统基于970FX处理器。2005年后期，Apple通过迁移到双核970MP处理器，更新了Power Mac系列。970、970FX和970MP都源于POWER4处理器家族的执行核心，它是为IBM的高端服务器设计的。G5是Apple用于970及其变体的市场营销口号。
IBM的其他G5
还有另外一个来自IBM的G5——S/390 G5系统中使用的微处理器，它是在1998年5月宣布的。S/390 G5是IBM的CMOS④大型机家族的成员。与970处理器家族不同，S/390 G5具有CISC（Complex Instruction Set Computer，复杂指令集计算机）体系结构。 在研究任何特定的Power Mac G5的体系结构之前，要注意多种Power Mac G5型号可能具有稍微不同的系统体系结构。在下面的讨论中，将参考图3-1中所示的系统。
3.1.1 U3H系统控制器
U3H系统控制器结合了内存控制器⑤和PCI总线桥⑥的功能。它是一个自定义的集成芯片（Integrated Chip，IC），并且是许多关键系统组件的交汇点，包括：处理器、DDR（Double Data Rate，双倍数据速率）内存系统、AGP（Accelerated Graphics Port，加速图形端口）⑦插槽和进入PCI-X桥的HyperTransport总线。U3H通过在这些组件之间执行点对点路由，提供了桥接功能。它支持GART（Graphics Address Remapping Table，图形地址重映射表），允许AGP桥把AGP事务中使用的线性地址转换成物理地址。这改进了直接内存访问（Direct Memory Access，DMA）事务的性能，它们涉及在虚拟内存中通常不连续的多个页。U3H支持的另一个表是DART（Device Address Resolution Table，设备地址解析表）⑧，它为连接到HyperTransport总线的设备把线性地址转换成物理地址。在第10章中讨论I/O Kit时，将会遇到DART。
图3-1 双处理器Power Mac G5系统的体系结构
3.1.2 K2 I/O设备控制器
U3H通过16位的HyperTransport总线连接到PCI-X桥。PCI-X桥则通过8位的HyperTransport总线进一步连接到K2自定义的IC。K2是一个自定义的集成I/O设备控制器。特别是，它提供了磁盘和多处理器中断控制器（Multiprocessor Interrupt Controller，MPIC）功能。
3.1.3 PCI-X和PCI Express
图3-1中显示的Power Mac系统提供了3个PCI-X 1.0插槽。具有双核处理器的Power Mac G5系统使用PCI Express。
1.??PCI-X
开发PCI-X是为了提高总线速度和减少PCI等待时间（参见第116页框注“关于本地总线的基础知识”）。PCI-X 1.0基于现有的PCI体系结构。特别是，它还是一种共享总线。它解决了PCI的许多（但并非全部）问题。例如，它的分割事务协议改进了总线带宽利用率，导致了远远超过PCI的吞吐率。它完全向后兼容，这是由于PCI-X卡可以用在传统的PCI插槽中，传统的PCI卡（包括33MHz和66MHz）反过来也可以用在PCI-X插槽中。不过，PCI-X在电学上并不与仅支持5V的卡或者仅支持5V的插槽兼容。
PCI-X 1.0使用64位的插槽。它提供了两种速度等级：PCI-X 66（66MHz的信令速度，高达533MB/s的峰值吞吐量）和PCI-X 133（133MHz的信令速度，高达1GB/s的峰值吞吐量）。
PCI-X 2.0提供了如下增强。
* 纠错码（Error Correction Code，ECC）机制，用于提供自动的1位错误恢复和2位的错误检测。
* 新的速度等级：PCI-X 266（266MHz的信令速度，高达2.13GB/s的峰值吞吐量）和PCI-X 533（533MHz的信令速度，高达4.26GB/s的峰值吞吐量）。
* 新的16位接口，用于嵌入式或可移植应用程序。
注意在图3-1中插槽是如何连接到PCI-X桥的：其中一个插槽是“单独”连接的（点对点（point-to-point）负载），而另外两个插槽则“共享”一条连接（多点（Multidrop）负载）。PCI-X速度限制是：仅当负载是点对点的时，才支持它的最高速度等级。确切地讲，两个PCI-X 133负载都将以100MHz的最高速度工作⑨。相应地，这台Power Mac中有两个插槽是100MHz，而第三个插槽则是133MHz。
……
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