Yi Gao

Yi Gao

A true master is an eternal student

芯片分类：芯片通识课笔记

2 minute read

Published:

芯片分类：芯片通识课笔记

芯片分类

数字电路芯片

  1. 逻辑电路芯片：实现逻辑运算的芯片，如与门、或门、非门等。
  2. 通用处理器芯片：如CPU、GPU等，执行各种计算任务。
  3. 存储芯片：如RAM、ROM等，用于数据存储。
  4. 片上系统芯片（SoC）：集成了CPU、内存、外设等功能的芯片，如智能手机、平板电脑等。
  5. 微控制器芯片（MCU）：简化版SoC，也被称为单片机，用于控制和执行特定任务，如嵌入式系统。
  6. 专用集成电路芯片（ASIC）：用于特定应用的集成电路芯片，如通信芯片、图像处理器等。
  7. 可编程逻辑器件芯片（FPGA）：可编程的逻辑器件芯片，用户可以根据需求进行配置和编程。

MCU和SoC的区别不大，其实只是集成度不同。SoC集成度高，包含了CPU、内存、外设等多个功能模块，而MCU集成度低，通常只包含CPU、内存和一些外设。所以手机也是一个嵌入式系统。

感觉NPU本质是一个AISC，目前在逐渐向通用处理器芯片方向发展。

模拟电路芯片

  1. 分立器件和模组：如二极管，三极管等。
  2. 电源电路芯片：用于电源管理，电压变换，充电管理等。
  3. 信号检测电路芯片：用于检测和处理微弱电信号。
  4. 滤波器芯片：如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等，用于信号处理。
  5. 转换电路芯片：如电压转换器、电流转换器等，用于信号转换。
  6. 信号发生器芯片：如正弦波发生器、方波发生器等，用于生成特定的模拟信号。
  7. 放大器芯片：如运算放大器、功率放大器等，用于信号放大。

数模混合芯片

  1. 模-数转换器芯片：ADC和DAC等，用于将模拟信号和数字信号进行转换。
  2. 光电转换芯片：如光电传感器、光电二极管等，用于将光信号转换为电信号。
  3. 基带芯片：用于处理基带信号的芯片，如4G，5G等芯片。
  4. 调制解调芯片：如调制解调器、解调解调器等，用于信号的调制和解调。
  5. 接口电路芯片：用于芯片内部，芯片和外部设备之间的接口电路芯片，如USB接口芯片、HDMI接口芯片等。
  6. 传感器芯片：如温度传感器、压力传感器等，用于检测环境参数并输出模拟或数字信号。
  7. 驱动器芯片：如LED驱动器、电机驱动器等，用于驱动外部设备。

特种电路芯片

  1. 军工级芯片：用于军事领域的芯片，具有高可靠性和安全性。
  2. 射频功率芯片：用于射频信号的功率放大和处理，如射频放大器、射频电源等。
  3. 超高压芯片：用于处理高电压信号的芯片，如高电压开关、高电压转换器等。

存储芯片

RAM

  1. SRAM：用于缓存
  2. DRAM，double DRAM，LPDDR，GDDR，HBM等：用于内存条

ROM

其实ROM变化还挺多的，逐渐变得可读可写了，要不然固件怎么升级呢？只不过主板厂商为了防止用户乱改，一般会把写保护打开。

  1. ROM，PROM，EPROM，EEPROM
  2. Flash ROM（闪存）NOR Flash，NAND Flash
    1. 目前UEFI/BIOS主流存储介质
    2. 手机/平板电脑等嵌入式设备的主流存储介质：UFS，eMMC
    3. 也是SSD的主要存储介质：NVMe SSD，SATA SSD
      1. 插在SATA接口上的SSD，速度较慢
      2. 插在M.2接口上的SSD，速度较快，但是协议不同，分为NVMe和SATA两种，前者速度更快，直接走PCIe总线
    4. U盘：USB闪存盘
    5. SD卡：SD，microSD等
  3. HDD：插在SATA上，走南桥芯片组；机械硬盘，所以需要有磁头和马达等机械结构，速度慢
  4. 文物
    1. 光盘：机械结构，CD，DVD，蓝光等；分为只读的和可读写的
    2. 磁带：机械结构，速度慢，主要用于备份和归档
    3. 软盘：机械结构，速度慢，已经淘汰了

制作系统和启动盘过程

TL;DR：

  1. windows：win11 ISO + 官方Media Creation Tool
  2. linux：ubuntu ISO + Rufus

技术细节

  1. 对于被安装的电脑，bios被主板厂商控制，基本只能升级，自己无法修改，但是可以修改启动项的，这一步没有修改bios程序，而是修改了bios的设置
    1. 电脑本身有一个启动项，也就是硬盘，
    2. 重装系统需要从另一个启动项启动，也就是U盘或者光盘等
    3. 旧的电脑使用BIOS，所以需要MBR分区表，新的电脑使用UEFI，所以需要GPT分区表
  2. 对于制作启动盘
    1. 根据1.3选择分区表，相当于给空白的书写上目录
    2. 还是因为bios的规则，首先读硬盘第一个扇区，也就是MBR，里面有一个分区表，告诉bios哪里是启动项；如果是UEFI，则bios会读取第二个扇区，也就是GPT，里面同样有一个分区表，一般是EFI分区，告诉bios哪里是启动项
    3. BIOS → 读MBR代码（446字节） → 代码加载活动分区引导扇区（bootloader加载内核） → 加载OS
    4. UEFI → 读GPT → 挂载EFI分区（FAT32）→ 直接执行.efi文件 → 加载OS
    5. 另一个要考虑的是文件系统，也就是书的内容组织方式，例如NTFS，FAT32，exFAT等
    6. grub以及windows boot manager等引导程序，负责加载内核和initramfs等文件就是bootloader
  3. 如果使用命令行替代Rufus
    1. Rufus干了什么？
      1. 选择分区表（MBR或GPT）
      2. 格式化U盘（FAT32或NTFS等）
      3. 将ISO文件中的内容写入U盘
      4. 设置引导标志，使U盘成为可启动设备，本来的ISO是为了光盘设计的
    2. 这些用命令行：
      1. 分区表：使用parted或fdisk创建MBR或GPT分区表
      2. 格式化：使用mkfs命令格式化分区
      3. 写入ISO：使用dd命令将ISO文件写入U盘
      4. 设置引导标志：使用parted或fdisk设置分区为活动分区（MBR）或创建EFI分区（GPT）
  4. 有真实的U盘，直接插上去会自动发现在/dev下，自动挂载，使用dd就可以复制ISO
    1. sudo dd if=./ubuntu.iso of=/dev/sdb bs=4M status=progress conv=fdatasync
  5. ISO已经包含了grub的引导程序，但如果自己做操作系统，需要自己安装grub，除了安装grub之外，还需要编译内核，以及制作initramfs，安装过程就是将grub的引导程序写入MBR或EFI分区，并配置grub.cfg文件，告诉grub如何加载内核和initramfs等
  6. 有真实的U盘，直接插上去会自动发现在/dev下，自动挂载，手工制作lunux系统
    1. sudo umount /dev/sdb*（相当于 Windows 的”安全弹出设备”）
    2. sudo parted /dev/sdb mklabel gpt，已经是相当于删除数据了
    3. sudo parted /dev/sdb mkpart primary fat32 1MiB 100%
    4. sudo parted /dev/sdb set 1 esp on
    5. sudo mkfs.fat -F32 /dev/sdb1，格式化，注意这里是sdb1，不是sdb，因为sdb是整个U盘，sdb1是第一个分区，插上就至少有一个分区
    6. 挂载并复制文件
    7. mkdir mnt
    8. sudo mount /dev/sdb1 mnt
    9. 复制kernel，initramfs，grub等文件到mnt
  7. 如果没有真实的U盘，可以使用一个文件来模拟U盘
    1. 创建一个大文件，例如1GB：dd if=/dev/zero of=usb.img bs=1M count=1024
    2. 使用losetup命令将文件关联到一个环回设备：sudo losetup /dev/loop0 usb.img
    3. 然后对/dev/loop0进行分区、格式化和复制文件，步骤与真实U盘类似
    4. 完成后，使用sudo losetup -d /dev/loop0解除关联

实际操作

  1. 在wsl中，Windows插入u盘，wsl无法识别，直接挂载也不适合对设备进行操作，需要在Linux机器上使用dd将iso直接放到u盘上
  2. 直接使用dd命令将iso文件写入u盘，会将u盘的分区表修改为iso9660，目前的笔记本需要关机再开机才能看到u盘，否则用重启的话，无法在bios的启动项中识别u盘
  3. 如果分步进行，将iso内容复制（不同于dd的操作），然后手动加boot loader（grub） ```sh

    复制文件

    sudo mount /dev/sda1 ubuntu_root sudo mount -o loop ubuntu.iso iso_mount sudo cp -r iso_mount/* ubuntu_root/

安装grub

sudo apt install grub-pc sudo grub-install –target=i386-pc –boot-directory=ubuntu_root/boot /dev/sda

这里会报错


### 笔记

1. 分区工具：fdisk，gdisk，parted
   1. fdisk：既支持mbr，也支持gpt（新版本）
   2. gdisk：只支持gpt
   3. parted：既支持mbr，也支持gpt
2. 文件系统：NTFS，ext4，APFS，FAT32，exfat
   1. NTFS：Windows系统默认的文件系统
   2. ext4：Linux系统默认的文件系统
   3. APFS：macOS系统默认的文件系统
   4. FAT32：兼容性最好的文件系统，通用，启动盘最好用这个
   5. exfat：没有4GB限制，U盘可以用这个
3. iso镜像
   1. dd写入：分区和文件系统都不用管，直接写入，分区是gpt，文件系统是iso
   2. cp -r，再自己安装grub
      1. 使用mbr
      2. 使用gpt
4. 内核加用户空间
   1. 编译内核
   2. 下载用户空间
      1. 可以用Ubuntu Base，这个最简单
      2. 也可以用debootstrap，就是再构建一下

### 开机

1. 装了系统之后，U盘的efi和系统被复制到了硬盘上，所以bios又回归到读取硬盘启动
2. 此时硬盘也是GPT分区表，bios读取GPT，挂载EFI分区，执行.efi文件，加载OS内核
3. OS内核被加载到内存中，开始执行，同时还有一些初始化工作，例如挂载根文件系统，启动init进程等，这些也占用一些内存
4. 剩下的操作系统文件和用户文件都存储在硬盘上，需要时从硬盘读取到内存中执行

### 参考：MBR vs GPT 详解

```text
MBR 硬盘空间
├── 扇区0: MBR (包含446字节代码 + 分区表)
├── (未使用空间，直到第一个分区开始)
├── 分区1 (例如C盘)
│   ├── **扇区X: 该分区的VBR (卷引导记录)**  ← 这是核心！
│   ├── 文件系统元数据 (如NTFS的$Boot)
│   ├── 操作系统文件
│   └── 用户可用空间
├── 分区2 (例如D盘)
│   ├── **扇区Y: 该分区的VBR** (如果此分区也可启动)
│   ├── 文件系统元数据
│   └── 用户可用空间
└── ...

GPT 硬盘空间
├── 扇区0: **保护性MBR** (仅为了让老工具识别，防止其破坏GPT)
├── 扇区1: **GPT主头** (包含分区表位置、备份位置等关键信息)
├── 扇区2-33: **GPT主分区表** (最多128个分区条目，每个128字节)
├── (对齐空闲，通常从扇区34开始)
├── 分区1: **EFI系统分区** (ESP，必须第一个，FAT32格式)
│   ├── EFI/
│   │   ├── /Boot/bootx64.efi (默认启动文件)
│   │   ├── /Microsoft/Boot/ (Windows启动文件)
│   │   └── /ubuntu/ (Ubuntu的GRUB文件)
│   └── (其他UEFI应用和驱动)
├── 分区2: **MSR分区** (微软保留，16MB，Windows专用)
├── 分区3: **主分区 (例如C盘)**
│   ├── 文件系统元数据 (如NTFS的$Boot) ← 无传统VBR！
│   ├── 操作系统文件
│   └── 用户可用空间
├── 分区4: **其他数据分区 (例如D盘)**
│   ├── 文件系统元数据
│   └── 用户可用空间
├── (更多分区...)
├── (磁盘末尾预留空间)
├── **GPT备份分区表** (主分区表的完整拷贝)
└── 最后一个扇区: **GPT备份头** (用于灾难恢复)

You May Also Enjoy

年度总结：2025

less than 1 minute read

Published:

一句话总结：适应了新的工作节奏