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第三章微机的总线与主板.ppt

第三章微机的总线与主板

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2012-03-10 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《第三章微机的总线与主板ppt》,可适用于IT/计算机领域

第三章微机的总线与主板第三章微机的总线与主板本章主要介绍系统总线、控制芯片组、常见主板、主板的结构等。本章学习的重点及要求本章学习的重点及要求总线的功能、定义和分类掌握ISA、VESA、PCI和AGP总线的规格和特点熟悉芯片组(南桥和北桥芯片)的基本功能掌握Intel等的常用芯片组的基本特点熟悉主板构成和各部分的功能了解主板的技术术语和特点掌握主板上各个设备接口的用途总线系统总线系统总线的定义:总线就是各种信号线的集合是计算机各部件之间传送数据、地址和控制信息的公共通路。通常根据传送信号的不同将它们分别称为地址(addressbus)、数据(databus)和控制(Controlbus)三大总线。采用总线结构便于部件和设备的扩充尤其制定了统一的总线标准则容易使不同设备间实现互连。总线的构成总线的构成总线是数据总线、地址总线和控制总线的总称。数据总线传送的是数据信号可双向传送。它的线数即总线宽度取决于系统采用的CPU的字长指标。系统总线的宽度是指其数据线的位数。地址总线传送的是内存(或IO接口)的地址信号单向传送。它的线数与系统采用的CPU的地址线宽度一致它决定了CPU直接寻址的内存容量。控制总线传送的是CPU和其它控制芯片发出的各种控制信号如:读写周期WR、指令代码传送DC、存储器或IO口访问MIO和系统复位Reset等。总线的分类总线的分类片内总线在CPU内部寄存器之间和算术逻辑部件ALU与控制部件之间传输数据所用的总线称为片内总线(即芯片内部的总线)片外总线是CPU与内存RAM、ROM和输入输出设备接口之间进行通讯的通路。本节主要介绍片外总线。片外总线片外总线片外总线通常指主板上传输数据的通道就物理特性而言就是一些并行的印刷电路导线。片外总线一般分为:系统总线(也叫前端总线FSB)通常是指CPU的IO接口单元与系统内存、LCache和主板芯片组之间的数据、指令等传输通道。IO总线IO总线用于CPU与其他部件的连接实际中IO总线是通过系统总线连接到CPU的。详细说明前端总线详细说明前端总线前端总线的英文名字是FrontSideBus通常用FSB表示是将CPU连接到北桥芯片的总线。计算机的前端总线频率是由CPU和北桥芯片共同决定的。   北桥芯片负责联系内存、显卡等数据吞吐量最大的部件并和南桥芯片连接。CPU就是通过前端总(FSB)连接到北桥芯片进而通过北桥芯片和内存、显卡交换数据。前端总线是CPU和外界交换数据的最主要通道因此前端总线的数据传输能力对计算机整体性能作用很大如果没足够快的前端总线再强的CPU也不能明显提高计算机整体速度。目前PC机上所能达到的前端总线频率有MHz、MHz、MHz、MHz、MHz几种前端总线频率越大代表着CPU与北桥芯片之间的数据传输能力越大更能充分发挥出CPU的功能。现在的CPU技术发展很快运算速度提高很快而足够大的前端总线可以保障有足够的数据供给给CPU较低的前端总线将无法供给足够的数据给CPU这样就限制了CPU性能得发挥成为系统瓶颈。外频与前端总线频率的区别外频与前端总线频率的区别  前端总线的速度指的是CPU和北桥芯片间总线的速度更实质性的表示了CPU和外界数据传输的速度。而外频的概念是建立在数字脉冲信号震荡速度基础之上的也就是说MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一万万次它更多的影响其它总线的频率。之所以前端总线与外频这两个概念容易混淆主要的原因是在以前的很长一段时间里(主要是在Pentium出现之前和刚出现Pentium时)前端总线频率与外频是相同的因此往往直接称前端总线为外频最终造成这样的误会。随着计算机技术的发展人们发现前端总线频率需要高于外频因此采用了QDR(QuadDateRate)技术或者其他类似的技术实现这个目前。这些技术的原理类似于AGP的X或者X它们使得前端总线的频率成为外频的倍、倍甚至更高从此之后前端总线和外频的区别才开始被人们重视起来。内存总线速度内存总线速度内存总线速度或者叫系统总路线速度一般等同于CPU的外频。内存总线的速度对整个系统性能来说很重要由于内存速度的发展滞后于CPU的发展速度为了缓解内存带来的瓶颈所以出现了二级缓存来协调两者之间的差异而内存总线速度就是指CPU与二级(L)高速缓存和内存之间的工作频率。微机总线之间的关系微机总线之间的关系总线的主要参数系统总线IO总线ISA总线PCI总线AGP总线总线的主要参数总线的主要参数总线的位宽 总线宽度指的是可以同时发送的数据位数。位宽越宽则总线每秒数据传输率越大。总线的工作时钟频率   总线的工作时钟频率以MHz为单位工作频率越高则总线工作速度越快。总线的带宽 带宽实质上指的是给定时间内可以发送的最大数据量即我们常说的每秒钟传送多少MB的最大稳态数据传输率。总线带宽=总线的位宽×总线的工作时钟频率。系统总线系统总线系统总线在早期称为局域总线(localbus)最新的叫法中称为前端总线(FSB)用于连接CPU与RAM(一般是Lcache)。在主板上系统总线是主干其它总线是其支干。在微机主板上的系统总线一般都是根据特定类型的CPU设计的。系统总线的速度要求与其连接的电子部件的速度与一致。现代CPU系统总线特性现代CPU系统总线特性IO总线IO总线IO总线用于CPU与除RAM之外的其它部件的连接微机主要IO设备如显卡、硬盘存储设备、高速网卡与CPU、内存及设备之间的数据交换都是通过IO总线完成的。在传输速度上IO总线的速度要比系统总线低得多。IO总线的逻辑结构IO总线的逻辑结构常见IO总线常见IO总线ISA总线较早期使用的低速总线现已逐渐被淘汰。PCI总线目前使用最广泛的高速总线。USB总线新型高速串行总线。AGP总线用于显示卡的高速总线。ISA总线ISA总线 ISA总线的主要特点和性能指标 位ISA扩展IO插槽由个引脚组成用于位的插卡位的扩展插槽除了具有一个位线的连接器外还有一个附加的线连接器这种扩展IO插槽既可支持位的插卡也可支持位插卡。 ISA总线的主要性能指标如下:IO地址空间HFFH 位地址线可直接寻址的内存容量为MB 位数据线 引脚 最大位宽位(bit) 最高时钟频率MHz 最大稳态传输率MBs 中断功能 DMA通道功能PCI总线PCI总线PCI(PeripheralComponentInterconnect)总线主要是为了满足对高速的图形图像传输与显示的要求而开发的一种先进的高性能位局部总线标准也是目前最流行的PC扩展总线标准。目前该总线可分为PCI1和PCI。PCI为32位总线时钟频率33MHz总线最大传输率为32*33/8=132MBS而PCI为64位总线时钟频率66MHz最大传输率264MBS,目前最新版本为PCI。PCI的特点PCI的特点●在CPU和外设之间插入了一个复杂的管理层以协调数据传输并提供总线接口。●由于采用了信号缓冲PCI能支持10种外设并在高时钟频率下保持最高的传输速率。●PCI芯片将大量系统功能高度集成节省联接逻辑电路使硬件成本大为降低。●PCI总线能够自动配置参数支持PCI总线扩展板和部件。●PCI能支持线性突发的数据传送模式以确保总线更有效地利用频带宽不断地满载数据进行传送减少无谓的寻址操作。●另外PCI独特的同步操作及对总线主控功能可确保CPU能与总线同步操作无须等待后者完成任务有助于改善PCI的性能。AGP总线AGP总线AGP(AcceleratedGraphicsPort)是Intel公司开发的新一代图形总线标准。它是建立在PCI基础上专门针对D图形处理而开发的高性能图形总线。它支持的AGP插槽可以插入符合该规范的AGP插卡。其视频信号的传输速率可以从PCI的MBs提高到MBs(×模式)现最高可达MBs(×模式)。  AGP的性能特点 AGP的性能特点      AGP是一种在系统芯片集和图形芯片之间的高速点对点连接通道。AGP的设计使得图形子系统可以以较高的速度访问系统内存利用系统内存完成D渲染任务。借助AGP连接图形芯片可以通过系统芯片直接操作系统内存操作速度相当于内存总线的速度与PCI总线相比可以减少等待时间并提高性能。AGP相对与PCI的改进AGP相对与PCI的改进对内存的读写操作实行流水线处理充分利用等待的时延大大的增加了读内存的速度使其与写内存的速度相当。而在PCI中读内存的速度只是写内存速度的一半。使总线上的地址信号与数据信号分离一方面充分利用了读写请求与数据传输之间的空闲使总线的效率达到最大另一方面可以有效的分配系统资源避免了死锁的发生。可以达到MHz的数据传输速率这样数据吞吐速度可达到MBs。由于达到了这么高的传输速率便可以将图形内存的数据调入系统内存从而大大减轻了图形内存的压力而PCI总线的速度只有MHz最大吞吐率只有MBs。AGP总线的DIME原理AGP总线的DIME原理DIME(DirectMemoryExcute)直接内存执行就是直接用系统的内存作为Texture材质的存放空间来增加D显示卡所需的显存并降低显示卡的成本。由于PCI是一个MHz的bit扩展槽数据频宽仅有*=MBsec,通过PCI卡访问内存速度太慢无法达到实时的D运算的要求。采用AGP总线带宽高达MBsec,这跟显示芯片组访问显卡内存的带宽一样。AGP可以直接取用系统内存来当作自己的localmemory,来存放所需的材质(texture)资料。内存的资料直接传送到显示芯片上处理所以叫做DirectMemoryExcute。AGP总线的DIME原理AGP总线的DIME原理PCIExpress插槽PCIExpress插槽PCIExpress插槽PCIExpress插槽PCIExpress是最新的总线和接口标准是由英特尔提出的英特尔的意思是它代表着下一代IO接口标准。交由PCISIG(PCI特殊兴趣组织)认证发布后才改名为“PCIExpress”。这个新标准将全面取代现行的PCI和AGP最终实现总线标准的统一。它的主要优势就是数据传输速率高目前最高可达到GBs以上而且还有相当大的发展潜力。PCIExpress也有多种规格从PCIExpressX到PCIExpressX能满足现在和将来一定时间内出现的低速设备和高速设备的需求。能支持PCIExpress的主要是英特尔的i和i系列芯片组。当然要实现全面取代PCI和AGP也需要一个相当长的过程就象当初PCI取代ISA一样都会有个过渡的过程。主板的控制芯片组主板的控制芯片组芯片组(chipsets)是CPU与其它周边沟通的桥梁。芯片是整个电脑的控制中心。由芯片来联系CPU和其他周边设备的运作。芯片组是主板的灵魂和核心芯片组性能的优劣决定了主板性能的好坏与级别的高低。南北桥的功能南北桥的功能芯片组就是主板的大脑人的大脑分为左脑和右脑芯片组也是由北桥芯片与南桥芯片所组成。北桥芯片控制的是系统总线、LCache、AGP总线决定着支持内存的类型及最大容量是否支持AGP高速图形接口及ECC数据纠错等。南桥负责对USB、DMAEIDE传输和ACPI(高级能源管理)和大部分的IO设备(包括键盘、鼠标、串并口、软驱等)控制和支持。芯片组功能综述芯片组功能综述ISA总线(位)IrDA键盘PS(鼠)LPTCOM(串)软驱系统总线(位)PCI总线(位)LCacheCPURAMAGP北桥EIDEUSBEIDEUSB南北桥结构芯片组南桥IO控制器主板上的芯片发展史主板上的芯片发展史Intel系列的芯片组IntelTX-LX-BX-E---DE-GPE-P-、AMD系列的芯片组AMD--MP-VIA系列的芯片组VIAMVP-MVP--A-XT--KX-KTKTAKTEKM-KTKTAKM-KTKTCF-KTKTAKM-KT-KT-KTKTPTPTVIA的KT系列SIS系列的芯片组SIS---S-T-DX--S-FX-FX--GX-FXTX-nVidia系列的芯片组nVidiaNFX系列nVidia-nForcenForceUltranForceIGP-nForcenForce芯片组介绍芯片组介绍到目前为止能够生产芯片组的厂家有INTEL(美国英特尔)、VIA(中国台湾威盛)、SiS(中国台湾矽统科技)、ULI(中国台湾宇力)、Ali(中国台湾扬智)、AMD(美国超微)、NVIDIA(美国英伟达)、ATI(加拿大已被AMD收购)、ServerWorks(美国)、IBM(美国)、HP(美国)等为数不多的几家其中以英特尔和NVIDIA以及AMD的芯片组最为常见。不同领域对芯片组的要求不同领域对芯片组的要求  台式机芯片组要求有强大的性能良好的兼容性互换性和扩展性对性价比要求也最高并适度考虑用户在一定时间内的可升级性扩展能力在三者中最高。在最早期的笔记本设计中并没有单独的笔记本芯片组均采用与台式机相同的芯片组随着技术的发展笔记本专用CPU的出现就有了与之配套的笔记本专用芯片组。笔记本芯片组要求较低的能耗良好的稳定性但综合性能和扩展能力在三者中却也是最低的。服务器工作站芯片组的综合性能和稳定性在三者中最高部分产品甚至要求全年满负荷工作在支持的内存容量方面也是三者中最高能支持高达十几GB甚至几十GB的内存容量而且其对数据传输速度和数据安全性要求最高所以其存储设备也多采用SCSI接口而非IDE接口而且多采用RAID方式提高性能和保证数据的安全性。在台式机的英特尔平台上英特尔自家的芯片组占有最大的市场份额而且产品线齐全高、中、低端以及整合型产品都有其它的芯片组厂商VIA、SIS、ULI以及最新加入的ATI和NVIDIA几家加起来都只能占有比较小的市场份额。在AMD平台上AMD在收购ATI以后也开始像INTEL一样走向了自家芯片组配自家CPU的组合产品现在不但多而且市场份额也不小而曾经AMD平台上最大的芯片组供应商VIA已经基本上在市场上看不到原本凭借nForce、nForce、nForce、nForce系列芯片组打败VIA成为AMD平台最大的芯片供应商NVIDA也在AMD收购ATI并推出自有的系列及系列芯片组后市场分额不断被蚕食。AMD自身在系列芯片组的基础上发出了具有里程碑意义的系列组芯片组不但牢牢站稳了AMD平台芯片组销售量第一的宝座也通过强大的G(第一次同时代集成显卡击败低端独立显卡)集成芯片组打了INTEL个措手不及一扫前段时间被酷睿压着打的局面。而SIS与ULI依旧是扮演配角主要也是在中、低端和整合领域。笔记本方面英特尔平台具有绝对的优势所以英特尔自家的笔记本芯片组也占据了最大的市场份额其它厂家都只能扮演配角以及为市场份额极小的AMD平台设计产品。服务器工作站方面英特尔平台更是绝对的优势地位英特尔自家的服务器工作站芯片组产品占据着绝大多数的市场份额但在基于英特尔架构的高端多路服务器领域方面IBM和HP却具有绝对的优势例如IBM的XA以及HP的F都是非常优秀的高端多路服务器芯片组产品只不过都是只应用在本公司的服务器产品上而名声不是太大罢了而AMD服务器工作站平台由于市场份额较小以前主要都是采用AMD自家的芯片组产品现在也有部分开始采用NVIDIA的产品。值得注意的是曾经在基于英特尔架构的服务器工作站芯片组领域风光无限的ServerWorks在被Broadcom收购之后已经彻底退出了芯片组市场而ULI也已经被NVIDIA收购也极有可能退出芯片组市场。Intel芯片组命名规则Intel芯片组命名规则Intel芯片组往往分系列例如、、、、等同系列各个型号用字母来区分命名有一定规则掌握这些规则可以在一定程度上快速了解芯片组的定位和特点:一、从系列到系列以前  PE是主流版本无集成显卡支持当时主流的FSB和内存支持AGP插槽。  E并非简化版本而应该是进化版本比较特殊的是带E后缀的只有E这一款其相对于D是增加了MHz FSB支持而相对于G之类则是增加了对ECC内存的支持所以E常用于入门级服务器。  G是主流的集成显卡的芯片组而且支持AGP插槽其余参数与PE类似。  GV和GL则是集成显卡的简化版芯片组并不支持AGP插槽其余参数GV则与G相同GL则有所缩水。  GE相对于G则是集成显卡的进化版芯片组同样支持AGP插槽。  P有两种情况一种是增强版例如P另一种则是简化版例如PIntel芯片组命名规则Intel芯片组命名规则二、系列及之后  P是主流版本无集成显卡支持当时主流的FSB和内存支持PCIE X插槽。  PL相对于P则是简化版本在支持的FSB和内存上有所缩水无集成显卡但同样支持PCIE X。  G是主流的集成显卡芯片组而且支持PCIE X插槽其余参数与P类似。  GV和GL则是集成显卡的简化版芯片组并不支持PCIE X插槽其余参数GV则与G相同GL则有所缩水。  X和XE相对于P则是增强版本无集成显卡支持PCIE X插槽。    总的说来Intel芯片组的命名方式没有什么严格的规则但大致上就是上述情况。另外Intel芯片组的命名方式可能发生变化取消后缀而采用前缀方式例如P和Q等等。主板的组成部件主板的组成部件印刷电路板CPU插座(或插槽)主板芯片组PCI总线插槽AGP插槽槽主板电源插座内存插槽IDE接口与软驱接口AMR、CNR和NCR插槽各种外部设备输入输出端口BIOS芯片CMOS芯片跳线或DIP开关印刷电路板印刷电路板主板所用的印刷电路板(PCB)是由几层树脂材料粘合在一起的内部采用铜箔走线。一般的PCB线路板分有四层最上和最下的两层是信号层中间两层是接地层和电源层。CPU插座(或插槽)CPU插座(或插槽)CPU插座用于CPU芯片的插入主流的CPU插座主要有SOCKET和SOCKETA两种其中SOCKET支持的是PIII及新赛扬CYRIXIII等处理器而SOCKETA支持的则是AMD的毒龙及雷鸟等处理器。主板芯片组主板芯片组主板芯片组是主板的灵魂与核心它主要由南桥芯片(SOUTHBRIDGE)和北桥芯片(SORTHBRIDGE)组成。其中北桥芯片是CPU与其它外部设备连接的桥梁AGPPCIDRAM及南桥等设备都要通过不同的途径与它相连。南桥与北桥芯片共同组成了南北桥芯片组南桥芯片主要用来与IO设备及ISA设备相连并负责管理中断及DMA通道。INTEL公司从公布的II系列芯片组开始就不再以南北桥来组成而是由ICHGMCHFWH等芯片组成。总线插槽总线插槽ISA总线插槽PCI总线插槽AGP插槽主板电源插座主板电源插座电源盒输出的低压直流电由电源插座接入主板给主板供电。电源插座主要有AT电源插座和ATX电源插座两种目前主要采用口的ATX电源插座。内存插槽内存插槽内存插槽用于插入内存条。目前常见的内存插槽有SDRAMDDR插槽和RDRAM内存插槽。IDE接口与软驱接口IDE接口与软驱接口IDE接口是用来连接硬盘和光驱等设备而设的而软驱接口是用来连接软盘驱动器的。AMR、CNR和NCR插槽AMR、CNR和NCR插槽AMR总线插槽其全称为AUDIOMODEMRISER音效调制解调器插槽它用来插入AMR规范的声卡和MODEM卡等等。CNR是INTEL发布来用来替代AMR的技术标准。NCR是AMD和VIA等厂家推出的网络通讯接口标准各种外部设备输入输出端口各种外部设备输入输出端口外部设备输入输出端口简称IO端口是各种主板接口(已整合在主板中的外设接口)的引出端不必再加接口卡而直接与有关外设相连。目前主流主板的后侧边沿都有一个打印机端口(PRINTER)、两个串行端口(COM、COM)、两个USB端口通用串行总线(USB、USB)、一个PS鼠标器端口,一个PS键盘端口。BIOS芯片BIOS芯片BIOS芯片是主板上一个很重要的芯片用于存放BIOS程序。BIOS(Basicinput/utputSystem)即基本输入/输出系统。它是被固化到BIOS芯片中的一组程序为PC提供最基本、最直接的硬件控制。常见主板结构规范常见主板结构规范AT结构BabyAT结构ATX结构MiniATX结构MicroATX结构BTX结构主板的新技术主板的新技术增强型免跳线设置技术完善的硬件监控技术新颖的故障检测技术先进的防病毒技术ACPI技术主板设计及布局的变化主板设计及布局的变化面积缩小彩色接口标识跳线减少板载蜂鸣器

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