總線和主板概要.ppt

第3章總線和主板 3 1總線基本概念3 2總線原理3 3微機(jī)系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)3 4總線新技術(shù)3 5認(rèn)識(shí)主板3 6主板結(jié)構(gòu)3 7主板控制芯片組3 8主板發(fā)展趨勢(shì) 本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 總線的基本概念 總線的分類(lèi) 總線控制原理主板的基本組成和結(jié)構(gòu) 作用和功能微機(jī)主板和總線標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程 主流技術(shù)和最新發(fā)展動(dòng)態(tài) 返回本章首頁(yè) 3 1總線基本概念 3 1 1什么是總線3 1 2面向總線的體系結(jié)構(gòu)3 1 3總線分類(lèi)和性能指標(biāo) 返回本章首頁(yè) 3 1 1什么是總線 總線能為多個(gè)部件服務(wù) 總線的基本工作方式通常是由發(fā)送信息的部件分時(shí)地將信息發(fā)往總線 再由總線將這些信息同時(shí)發(fā)往各個(gè)接收信息的部件 究竟由哪個(gè)部件接收信息 要由CPU給出的設(shè)備地址經(jīng)譯碼產(chǎn)生的控制信號(hào)來(lái)決定 返回本節(jié) 3 1 2面向總線的體系結(jié)構(gòu) 1 使各部件之間的關(guān)系轉(zhuǎn)化為面向總線的單一關(guān)系 設(shè)計(jì)和使用某一部件 無(wú)須考慮該部件和其他相應(yīng)部件間的復(fù)雜關(guān)系 只要滿(mǎn)足它和總線之間的關(guān)系即可 2 標(biāo)準(zhǔn)總線可以得到多個(gè)廠商的廣泛支持 便于生產(chǎn)與之兼容的硬件板卡和軟件 3 模塊結(jié)構(gòu)方式便于系統(tǒng)的擴(kuò)充和升級(jí) 4 便于故障診斷和維修 同時(shí)也降低了成本 返回本節(jié) 3 1 3總線分類(lèi)和性能指標(biāo) 1 總線有多種分類(lèi)方法2 性能指標(biāo) 1 總線有多種分類(lèi)方法 按相對(duì)于CPU與其他芯片的位置可分為片內(nèi)總線和片外總線 按總線傳送信息的類(lèi)別 可把總線分為地址總線 數(shù)據(jù)總線和控制總線 按照總線傳送信息的方向 可把總線分為單向總線和雙向總線 按總線的層次結(jié)構(gòu)可分為CPU總線 存儲(chǔ)總線 系統(tǒng)總線和外部總線 圖3 1現(xiàn)代微機(jī)總線機(jī)構(gòu)示意圖 2 性能指標(biāo) 常用的量化指標(biāo)如下 總線帶寬 總線寬度 工作頻率 總線帶寬 總線寬度 總線工作頻率三者之間的關(guān)系就像高速公路上的車(chē)流量 車(chē)道數(shù)和車(chē)速的關(guān)系 車(chē)流量取決于車(chē)道數(shù)和車(chē)速 車(chē)道數(shù)越多 車(chē)速越快則車(chē)流量越大 同樣 總線帶寬取決于總線寬度和工作頻率 總線寬度越寬 工作頻率越高則總線帶寬越大 總線帶寬的計(jì)算公式如下 Q f W N 表3 1常見(jiàn)總線的帶寬和傳輸率 返回本節(jié) 3 2總線原理 3 2 1總線的控制3 2 2數(shù)據(jù)傳送3 2 3總線仲裁3 2 4總線驅(qū)動(dòng)和其他控制 返回本章首頁(yè) 3 2 1總線的控制 總線的控制貫穿在從總線主部件申請(qǐng)使用總線到數(shù)據(jù)傳送完畢的整個(gè)過(guò)程 要經(jīng)過(guò)幾個(gè)步驟 總線請(qǐng)求 總線仲裁 尋址 傳送數(shù)據(jù) 檢錯(cuò)和出錯(cuò)處理 總線控制線路主要包括總線仲裁邏輯 驅(qū)動(dòng)器和中斷邏輯等 返回本節(jié) 3 2 2數(shù)據(jù)傳送 1 總線數(shù)據(jù)傳輸方式2 總線傳輸方向3 定時(shí)信號(hào)的實(shí)現(xiàn)方式有三種 同步方式 異步方式和半同步方式 圖3 2半同步方式數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序圖 返回本節(jié) 3 2 3總線仲裁 根據(jù)總線控制部件的位置 控制方式可以分成集中方式與分散方式兩類(lèi) 總線控制邏輯集中在一處的 稱(chēng)為集中式總線控制 總線控制邏輯分散在總線各部件中的 稱(chēng)為分散式總線控制 返回本節(jié) 3 2 4總線驅(qū)動(dòng)和其他控制 總線驅(qū)動(dòng)除考慮信號(hào)線外 電源的驅(qū)動(dòng)能力有時(shí)也是考慮的重要方面 特別是現(xiàn)在的一些外設(shè)總線 設(shè)備的電源完全從總線獲得 更應(yīng)該考慮這個(gè)問(wèn)題 返回本節(jié) 3 3微機(jī)系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn) 3 3 1系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)3 3 2常見(jiàn)系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)3 3 3其他總線 返回本章首頁(yè) 3 3 1系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn) 1 標(biāo)準(zhǔn)的重要性2 系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容 系統(tǒng)總線通常為50 100根信號(hào)線 這些信號(hào)線可分為五個(gè)主要類(lèi)型 數(shù)據(jù)線 決定數(shù)據(jù)寬度 地址線 決定直接選址范圍 控制線 包括控制 時(shí)序和中斷線 決定總線功能和適應(yīng)性的好壞 電源線和地線 決定電源的種類(lèi)及地線的分布和用法 備用線 留給廠家或用戶(hù)自己定義 返回本節(jié) 3 3 2常見(jiàn)系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn) 1 PC XT ISA PC AT 總線2 MCA EISA總線3 VESA PCI總線4 AGP總線 1 PC XT ISA PC AT 總線 1 PC XT總線PC XT總線是一種開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)總線 該底板總線有62個(gè)引腳 支持8位雙向數(shù)據(jù)傳輸和20位尋址空間 有8個(gè)接地和電源引腳 25個(gè)控制信號(hào)引腳 1個(gè)保留引腳 總線底板上有5個(gè)系統(tǒng)插槽 用于I O設(shè)備與PC機(jī)連接 該總線的特點(diǎn)是把CPU視為總線的惟一主控設(shè)備 其余外圍設(shè)備均為從屬設(shè)備 2 ISA總線 圖3 3 IBM公司在PC總線基礎(chǔ)上增加36個(gè)引腳 形成了AT總線 即從1982年以后 逐步確立的IBM公司工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)稱(chēng)為ISA IndustryStandardArchitecture 總線 有時(shí)也稱(chēng)為PC AT總線 圖3 3ISA總線插槽 2 MCA EISA總線 1 MCA總線1987年IBM公司為保護(hù)自身的利益 在宣布PC 2機(jī)器時(shí) 推出相對(duì)封閉的微通道結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)稱(chēng)為MCA總線 試圖由該公司加以專(zhuān)利控制 2 EISA總線為了打破IBM的壟斷 1988年9月 Compaq AST Epson HP Olivetti NEC等9家公司聯(lián)合起來(lái) 推出了一種兼容性更優(yōu)越的總線 即EISA總線 3 VESA PCI總線 1 VESA總線1992年VESA VideoElectronicsStandardsAssociation視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì) 聯(lián)合60余家公司 對(duì)PC總線進(jìn)行了第五次創(chuàng)新 推出了VESALocalBus 簡(jiǎn)稱(chēng)VL總線 局部總線標(biāo)準(zhǔn)VESAV1 0 2 PCI總線 圖3 4 圖3 4PCI總線插槽 PCI局部總線的特點(diǎn) 線性突發(fā)傳輸 存取延誤極小 總線主控及同步操作 獨(dú)立于CPU的結(jié)構(gòu) 低成本 高效益 兼容性 預(yù)留發(fā)展空間 4 AGP總線 1 AGP總線簡(jiǎn)介 2 AGP總線的特點(diǎn) 3 AGP總線的工作方式 返回本節(jié) 3 3 3其他總線 1 EPP RS 2322 IEEE1394 USB3 EIDE SCSI 1 EPP RS 232 1 EPP并行接口EPP方式是IEEE1284并行接口標(biāo)準(zhǔn)的五種數(shù)據(jù)傳輸方式之一 IEEE1284標(biāo)準(zhǔn)為個(gè)人計(jì)算機(jī)的并行接口提供了高速的訪問(wèn)手段 其中的第一種 正向方式 被大多數(shù)計(jì)算機(jī)用來(lái)向打印機(jī)傳輸數(shù)據(jù) 通常稱(chēng)為 Centronics 方式 也稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)方式 2 RS 232串行接口雖然現(xiàn)在有一些高速串行總線標(biāo)準(zhǔn) 但是RS 232依然是現(xiàn)代微機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)串行口 一般提供兩個(gè)插座 MS DOS規(guī)定其設(shè)備名為COM1 COM2 現(xiàn)在仍沿用這些名稱(chēng) 也有主板只提供一個(gè)插座的情況 2 IEEE1394 USB 1 IEEE1394總線其實(shí)IEEE1394是一種串行接口標(biāo)準(zhǔn) 這種接口標(biāo)準(zhǔn)允許把電腦 電腦外設(shè) 家電非常簡(jiǎn)單地連接起來(lái) 是一種連接外部設(shè)備的機(jī)外總線 2 USB總線USB UniversalSerialBus 稱(chēng)為通用串行總線 是由Compaq DEC IBM Intel Microsoft NEC和NT 北方電訊 七家公司推出的新一代接口標(biāo)準(zhǔn)總線 3 EIDE SCSI 1 EIDE接口作為接口 包括了硬件和軟件兩部分 接口設(shè)備是硬件 接口信號(hào)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)是軟件 基本的硬盤(pán)接口標(biāo)準(zhǔn)有四種 即ST506 IDE ESDI SCSI 2 SCSI接口SCSI的原文是SmallComputerSystemInterface 即小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口 SCSI也是系統(tǒng)級(jí)接口 可與各種采用SCSI接口標(biāo)準(zhǔn)的外部設(shè)備相連 如硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器 掃描儀 光盤(pán) 打印機(jī)和磁帶驅(qū)動(dòng)器等 1 EIDE接口 與IDE相比 EIDE有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn) 支持大容量硬盤(pán) 最大容量可達(dá)8 4GB 通過(guò)BIOS中對(duì)INT13H中斷的處理 可支持超過(guò)100GB的容量 EIDE標(biāo)準(zhǔn)支持除硬盤(pán)以外的其他外設(shè) 可連接更多的外設(shè) 最多可連接四臺(tái)EIDE設(shè)備 EIDE具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率 為了支持大容量硬盤(pán) EIDE支持三種硬盤(pán)工作模式 NORMAL LBA和LARGE模式 SCSI接口標(biāo)準(zhǔn)的主要特性如下 SCSI是系統(tǒng)級(jí)接口 可與各種采用SCSI接口標(biāo)準(zhǔn)的外部設(shè)備相連 如硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器 掃描儀 光盤(pán) 打印機(jī) 磁帶驅(qū)動(dòng)器 通信設(shè)備等 SCSI是一個(gè)多任務(wù)接口 具有總線仲裁功能 SCSI可以按同步方式和異步方式傳輸數(shù)據(jù) SCSI可分為單端傳送方式和差分傳送方式 SCSI總線上的設(shè)備沒(méi)有主從之分 相互平等 返回本節(jié) 3 4總線新技術(shù) 1 EV6與P4總線2 PCI X局部總線3 NGIO總線4 UMA總線5 FUTUREI O總線 返回本章首頁(yè) 1 EV6與P4總線 AMD公司在其最先推出的一款A(yù)thlon處理器上使用了一個(gè)200Mbps的前端總線 即Digital公司的Alpha總線協(xié)議AlphaEV6 其帶寬較目前Intel的P6GTL 總線協(xié)議大1倍 現(xiàn)在的Athlon采用266MHz的前端總線 峰值帶寬可達(dá)2 1Gbps AMDAthlon系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)能夠支持處理器物理可尋址存儲(chǔ)器取8TB 1TB 1000GB 以上的數(shù)據(jù) 相比之下 PCI總線的結(jié)構(gòu)則只可支持64GB的數(shù)據(jù)存取 而IntelPentium4處理器則采用了NetBurst微型架構(gòu) 沿用了多年的P6架構(gòu)被取代 2 PCI X局部總線 為解決Intel架構(gòu)服務(wù)器中PCI總線的瓶頸問(wèn)題 Compaq IBM和HP公司決定加快加寬PCI芯片組的時(shí)鐘速率和吞吐量 使其分別達(dá)到133MHz和1Gbps 利用對(duì)等PCI技術(shù)和Intel公司的快速芯片作為智能I O電路的協(xié)處理器來(lái)構(gòu)建系統(tǒng) 這種新的總線稱(chēng)為PCI X 3 NGIO總線 NGIO總線可以說(shuō)是Intel公司推出的所謂下一代I O總線結(jié)構(gòu) 英文為NextGenerationInput Output 與其他總線結(jié)構(gòu)有所區(qū)別 NGIO總線結(jié)構(gòu)采用的是與傳統(tǒng)共享總線不同的交換機(jī)制和系統(tǒng)主芯片連接的對(duì)等PCI總線 4 UMA總線 SGI公司提出的取代AGP的另一種方案 并于1996年推出了O2圖形工作站 它采用的是UMA統(tǒng)一內(nèi)存結(jié)構(gòu)總線 UnifiedMemoryArchit