工學第六章系統(tǒng)總線和主板課件

1、 第六章 總線和主板61 總線基本概念62 總線原理63 微機系統(tǒng)總線標準64 總線新技術65 認識主板66 主板結構67 主板控制芯片組68 主板發(fā)展趨勢本章學習目標總線的基本概念、總線的分類、總線控制原理 主板的基本組成和結構、作用和功能 微機主板和總線標準的發(fā)展歷程、主流技術和最新發(fā)展動態(tài) 返回本章首頁 6.1 總線基本概念6.1.1 什么是總線6.1.2 面向總線的體系結構6.1.3 總線分類和性能指標返回本章首頁 6.1.1 什么是總線 總線能為多個部件服務，總線的基本工作方式通常是由發(fā)送信息的部件分時地將信息發(fā)往總線，再由總線將這些信息同時發(fā)往各個接收信息的部件。究竟由哪個部件接收

2、信息，要由CPU給出的設備地址經(jīng)譯碼產(chǎn)生的控制信號來決定。返回本節(jié) 6.1.2 面向總線的體系結構（1）使各部件之間的關系轉化為面向總線的單一關系：設計和使用某一部件，無須考慮該部件和其他相應部件間的復雜關系，只要滿足它和總線之間的關系即可。（2）標準總線可以得到多個廠商的廣泛支持，便于生產(chǎn)與之兼容的硬件板卡和軟件。 （3）模塊結構方式便于系統(tǒng)的擴充和升級。 （4）便于故障診斷和維修，同時也降低了成本。 返回本節(jié)6.1.3 總線分類和性能指標1總線有多種分類方法2性能指標1總線有多種分類方法按相對于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別，可把總線分為地址總線、數(shù)

3、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。 按總線的層次結構可分為CPU總線、存儲總線、系統(tǒng)總線和外部總線。 圖6-1 現(xiàn)代微機總線機構示意圖2性能指標常用的量化指標如下： 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系就像高速公路上的車流量、車道數(shù)和車速的關系。車流量取決于車道數(shù)和車速，車道數(shù)越多、車速越快則車流量越大：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。總線帶寬的計算公式如下：Q=fWN表6-1 常見總線的帶寬和傳輸率返回本節(jié)6.2 總線原理6.2.1 總線的控制6.2.2

4、數(shù)據(jù)傳送6.2.3 總線仲裁6.2.4 總線驅動和其他控制返回本章首頁 6.2.1 總線的控制 總線的控制貫穿在從總線主部件申請使用總線到數(shù)據(jù)傳送完畢的整個過程，要經(jīng)過幾個步驟：總線請求、總線仲裁、尋址、傳送數(shù)據(jù)、檢錯和出錯處理?？偩€控制線路主要包括總線仲裁邏輯、驅動器和中斷邏輯等。返回本節(jié) 6.2.2 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定時信號的實現(xiàn)方式 有三種：同步方式、異步方式和半同步方式。圖6-2 半同步方式數(shù)據(jù)傳輸時序圖返回本節(jié) 6.2.3 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。總線控制邏輯集中在一處的，稱為集中式總線控制?？偩€控制邏輯分散

5、在總線各部件中的，稱為分散式總線控制。返回本節(jié)6.2.4 總線驅動和其他控制 總線驅動除考慮信號線外，電源的驅動能力有時也是考慮的重要方面，特別是現(xiàn)在的一些外設總線，設備的電源完全從總線獲得，更應該考慮這個問題。返回本節(jié)6.3 微機系統(tǒng)總線標準6.3.1 系統(tǒng)總線標準6.3.2 常見系統(tǒng)總線標準6.3.3 其他總線返回本章首頁 6.3.1 系統(tǒng)總線標準1標準的重要性2系統(tǒng)總線標準的內(nèi)容系統(tǒng)總線通常為50100根信號線，這些信號線可分為五個主要類型：數(shù)據(jù)線：決定數(shù)據(jù)寬度。地址線：決定直接選址范圍?？刂凭€：包括控制、時序和中斷線，決定總線功能和適應性的好壞。電源線和地線：決定電源的種類及地線的分布

6、和用法。備用線：留給廠家或用戶自己定義。返回本節(jié) 6.3.2 常見系統(tǒng)總線標準1PC/XT、ISA（PC/AT）總線2MCA、EISA總線 3VESA、PCI總線4AGP總線1PC/XT、ISA（PC/AT）總線（1）PCXT總線 PC/XT總線是一種開放式結構的計算機總線，該底板總線有62個引腳，支持8位雙向數(shù)據(jù)傳輸和20位尋址空間，有8個接地和電源引腳、25個控制信號引腳、1個保留引腳?？偩€底板上有5個系統(tǒng)插槽，用于I/O設備與PC機連接。該總線的特點是把CPU視為總線的惟一主控設備，其余外圍設備均為從屬設備。 （2）ISA總線（圖3-3）IBM公司在PC總線基礎上增加36個引腳，形成了A

7、T總線。即從1982年以后，逐步確立的IBM公司工業(yè)標準體系結構，簡稱為ISA（Industry Standard Architecture）總線，有時也稱為PC/AT總線。圖6-3 ISA總線插槽2MCA、EISA總線 （1）MCA總線1987年IBM公司為保護自身的利益，在宣布PC/2機器時，推出相對封閉的微通道結構，簡稱為MCA總線，試圖由該公司加以專利控制。（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，推出了一種兼容性更優(yōu)越的總線，即EISA總線。 3VESA、PCI總線（1）VESA總線1

8、992年VESA（Video Electronics Standards Association視頻電子標準協(xié)會）聯(lián)合60余家公司，對PC總線進行了第五次創(chuàng)新，推出了VESA Local Bus（簡稱VL總線）局部總線標準VESA V10。（2）PCI總線（圖6-4）圖6-4 PCI總線插槽PCI局部總線的特點。 線性突發(fā)傳輸。 存取延誤極小。 總線主控及同步操作。 獨立于CPU的結構。 低成本、高效益。 兼容性。 預留發(fā)展空間。 4AGP總線（1）AGP總線簡介 （2）AGP總線的特點 （3）AGP總線的工作方式 返回本節(jié) 6.3.3 其他總線1EPP、RS-2322IEEE1394、USB

9、3EIDE、SCSI1EPP、RS-232（1）EPP并行接口 EPP方式是IEEE 1284并行接口標準的五種數(shù)據(jù)傳輸方式之一，IEEE 1284標準為個人計算機的并行接口提供了高速的訪問手段。其中的第一種“正向方式”被大多數(shù)計算機用來向打印機傳輸數(shù)據(jù)，通常稱為Centronics方式，也稱為標準方式。（2）RS-232串行接口 雖然現(xiàn)在有一些高速串行總線標準，但是RS-232依然是現(xiàn)代微機的標準串行口，一般提供兩個插座，MS-DOS規(guī)定其設備名為COM1、COM2，現(xiàn)在仍沿用這些名稱。也有主板只提供一個插座的情況。2IEEE1394、USB（1）IEEE 1394總線 其實IEEE 139

10、4是一種串行接口標準，這種接口標準允許把電腦、電腦外設、家電非常簡單地連接起來，是一種連接外部設備的機外總線。 （2）USB總線 USB（Universal Serial Bus）稱為通用串行總線，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準總線。 3EIDE、SCSI （1）EIDE接口 作為接口，包括了硬件和軟件兩部分：接口設備是硬件，接口信號規(guī)范標準是軟件?；镜挠脖P接口標準有四種，即ST506，IDE，ESDI，SCSI。 （2）SCSI接口 SCSI的原文是Small Computer SystemInterf

11、ace，即小型計算機系統(tǒng)接口。SCSI也是系統(tǒng)級接口，可與各種采用SCSI接口標準的外部設備相連，如硬盤驅動器、掃描儀、光盤、打印機和磁帶驅動器等。 （1）EIDE接口 與IDE相比，EIDE有以下幾個方面的特點： 支持大容量硬盤，最大容量可達8.4GB，通過BIOS中對INT13H中斷的處理，可支持超過100GB的容量。 EIDE標準支持除硬盤以外的其他外設。 可連接更多的外設，最多可連接四臺EIDE設備。 EIDE具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。 為了支持大容量硬盤，EIDE支持三種硬盤工作模式：NORMAL，LBA和LARGE模式。SCSI接口標準的主要特性如下： SCSI是系統(tǒng)級接口，可與各種

12、采用SCSI接口標準的外部設備相連，如硬盤驅動器、掃描儀、光盤、打印機、磁帶驅動器、通信設備等。 SCSI是一個多任務接口，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總線上的設備沒有主從之分，相互平等。 返回本節(jié) 6.4 總線新技術1EV6與P4總線2PCI-X局部總線3NGIO總線 4UMA總線5FUTURE I/O總線 返回本章首頁1EV6與P4總線AMD公司在其最先推出的一款Athlon處理器上使用了一個200Mbps的前端總線，即Digital公司的Alpha總線協(xié)議Alpha EV6，其帶寬較目前Intel的P

13、6 GTL+ 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2.1Gbps。AMD Athlon系統(tǒng)總線結構能夠支持處理器物理可尋址存儲器取8TB（1TB=1000GB）以上的數(shù)據(jù)，相比之下，PCI總線的結構則只可支持64GB的數(shù)據(jù)存取。而Intel Pentium 4處理器則采用了NetBurst微型架構，沿用了多年的P6架構被取代。 2PCI-X局部總線為解決Intel架構服務器中PCI總線的瓶頸問題，Compaq、IBM和HP公司決定加快加寬PCI芯片組的時鐘速率和吞吐量，使其分別達到133MHz和1Gbps。利用對等PCI技術和Intel公司的快速芯片作為智

14、能I/O電路的協(xié)處理器來構建系統(tǒng)。這種新的總線稱為PCI-X。 3NGIO總線 NGIO總線可以說是Intel公司推出的所謂下一代I/O總線結構，英文為NextGeneration Input/Output。 與其他總線結構有所區(qū)別，NGIO總線結構采用的是與傳統(tǒng)共享總線不同的交換機制和系統(tǒng)主芯片連接的對等PCI總線。 4UMA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)存結構總線（Unified Memory Architecture）。在UMA總線結構中，系統(tǒng)中所有的緩沖器合并成一個公共區(qū)，稱為系統(tǒng)主存。 在UMA總線結構中，系統(tǒng)中

15、所有的緩沖器合并成一個公共區(qū)，稱為系統(tǒng)主存。 UMA是多端口的存儲器陣列，具有足夠的帶寬，能保證各系統(tǒng)不會造成數(shù)據(jù)阻塞。 5FUTURE I/O總線 Future I/O總線結構是與NGIO相競爭的另一種總線Future I/O，目前仍處在IBM、Compaq、HP等公司的研制開發(fā)中，據(jù)稱其數(shù)據(jù)傳輸率可達10Gbps。返回本節(jié)6.5 認識主板1CPU插座（或插槽）2總線和總線插槽3主板電源插座4內(nèi)存插槽 5磁盤接口 6主控芯片組返回本章首頁7 BIOS芯片8 CMOS芯片9 跳線或DIP開關10電池11各種外圍設備輸入輸出端口12其他圖6-5 主板結構圖圖6-6 DDR傳輸示意圖返回本節(jié)6.6

16、 主板結構1AT結構2Baby AT結構3ATX結構4Mini ATX結構5Micro ATX結構6LPX結構7NLX結構8Flex ATX結構返回本章首頁6.7 主板控制芯片組6.7.1 概念及結構6.7.2 流行芯片組 6.7.3 BIOS與CMOS返回本章首頁6.7.1 概念及結構1南、北橋結構2加速中心體系結構 1南、北橋結構顧名思義，南、北橋的結構一般是由兩塊芯片組成的芯片組結構，即北橋芯片（North Bridge）和南橋芯片（South Bridge）。簡單地來說橋就是一個總線轉換器和控制器。它實現(xiàn)各類微處理器總線通過一個PCI總線來進行連接的標準，可見，橋是不對稱的。在橋的內(nèi)部

17、包含有兼容協(xié)議以及總線信號線和數(shù)據(jù)的緩沖電路，以便把一條總線映射到另一條總線上。北橋與南橋之間也通過PCI總線完成通訊。北橋芯片主要負責管理CPU、內(nèi)存與AGP接口間的數(shù)據(jù)傳輸，為Cache、PCI、AGP、ECC糾錯提供工作平臺。北橋芯片一般位于CPU插槽附近。南橋芯片負責管理IDE、I/O設備接口，為高級電源管理、USB等提供工作平臺?，F(xiàn)在的南橋芯片也集成了多媒體功能，整和了AC97 2.0（滿足PC98基本音頻規(guī)范）/SoundBlaster兼容的音頻處理等。 圖6-7 南北橋結構的KT133芯片組2加速中心體系結構（Accelerated Hub Architecture） 這種體系始

18、于Intel i810芯片組，是以GMCH（圖形、內(nèi)存控制中心/Graphics & Memory Controller Hub）ICH（I/O控制中心/I/O Controller Hub）FWH（固件中心/Firmware Hub）三塊芯片組成的芯片組。三塊芯片之間采用數(shù)據(jù)帶寬為266Mbps的新型專用高速總線，較之PCI總線的南、北橋結構要快得多。圖3-8為采用AHA（Accelerated Hub Architecture）體系的i815E芯片組結構示意圖。圖6-8 AHA結構的Intel 815E芯片組返回本節(jié)6.7.2 流行芯片組 1Intel公司芯片組 2AMD芯片組 3威勝（V

19、IA）芯片組 4整合型芯片組1Intel公司芯片組 (1) 440BX440BX是Intel為支持高主頻PII CPU而專門開發(fā)的芯片組。作為440系列的第三代產(chǎn)品，440BX當時定位于高端CPU領域，相對于其前任LX芯片組，BX芯片組又多了幾個新的特點，首先，它開始支持總線速度為100MHz的頻率（一般可上133MHZ ），通過配合高頻CPU，主頻最少可支持到500MHz以上。其次，它采用四端口技術，有效地把CPU 、內(nèi)存、AGP端口和PCI總線連接起來并控制傳輸，提高了系統(tǒng)的性能。此外它還具有32位主PCI接口并支持同步AGP端口 (2) 815芯片組 815芯片組同810系列一樣，也采用

20、了Intel自行設計的Hub中心體系結構，并內(nèi)部集成顯卡；但815與810也有明顯的區(qū)別，815增加了外接AGP顯卡插槽，若你對內(nèi)置顯卡的效果不滿意，也可以另外購買AGP顯卡進行升級，目前815芯片組具體可分i815及i815e兩種，其中i815為82815（GMCH）配82801AA（ICH）；i815e為81815（GMCH）配82801BA（ICH2），而i815EP為i815E的簡化版本，省掉了內(nèi)置的i752圖形加速卡，GMCH也就變?yōu)镸CH的作用了。2AMD芯片組 AMD直到K7（Athlon）問世才自己設計制造芯片組，采用的仍是南北橋結構。其最新芯片組為AMD 760和760MP芯

21、片組，后者支持雙CPU。760芯片組提供了266MHz的外頻支持，而且還支持DDR-1600和DDR-2100的內(nèi)存規(guī)范，支持AGP 4X顯卡。它的代號是AMD 761，與它配套的南橋則是AMD 766。3威勝（VIA）芯片組 VIA（威盛）是一家老牌的芯片組廠商。其早先推出的MVP3、MVP4等芯片組都是相當成功的。目前其主打產(chǎn)品是694X芯片組。694X芯片組 KX133/KT133芯片組 Apollo Pro266/Apollo KT266 4整合型芯片組 整合型芯片組是為集成型主板服務的。目前主板的發(fā)展有個重要趨勢就是集成度日益提高，也許未來的系統(tǒng)上只會有兩個芯片：一個是CPU，一個是

22、集成了聲卡、顯卡、內(nèi)存等配件的芯片，事實上目前很多集成了聲卡、顯卡、MODEM、網(wǎng)卡的主板已經(jīng)推出，在這種主板上我們會看到多了一些成員，如顯示芯片、顯存等。返回本節(jié) 6.7.3 BIOS與CMOS BIOS的全稱應該是ROM-BIOS，意思是只讀存儲器基本輸入輸出系統(tǒng)。 CMOS的英文可比BIOS的英文難寫多了，它是“Complementary Metal Oxide Semiconductor”的縮寫，翻譯出來的本意是互補金屬氧化物半導體存儲器，指一種大規(guī)模應用于集成電路芯片制造的原料。 但在這里CMOS的準確含義是指目前絕大多數(shù)計算機中都使用的一種用電池供電的可讀寫的RAM芯片。 返回本節(jié)

23、6.8 主板發(fā)展趨勢6.8.1 主板結構的新變化6.8.2 主板總線速度的提升6.8.3 主板超頻穩(wěn)定性能的成熟6.8.4 主板安全穩(wěn)定性能的增強6.8.5 主板方便性能的提高6.8.6 主板能源功能的改進6.8.7 整合技術日新月異 返回本章首頁6.8.1 主板結構的新變化 新型芯片組架構的更新：傳統(tǒng)的芯片組結構采用南北橋的分控體系，而自 i810 芯片組開始引入加速集線器結構（Accelerated Hub Architecture），取代了原有的 PCI 總線，并采用專用總線以連接各設備和CPU，以達到高速處理的目的。i820芯片組則采用了替代北橋芯片的內(nèi)存控制集線器（Memory Controller Hub）和替代南橋芯片的I/O控制集線器（I/O Controller Hub），同時也采用專用總線來連接它們，其帶寬比傳統(tǒng)的PCI總線速度增加了一倍。 返