系统总线及外围设备接口.ppt

计算机维护与维修 第六章系统总线及外围设备接口 河北经贸大学信息技术学院 本章介绍了微机主板的各种标准系统总线和通用 专用接口的技术规格特点 也介绍了它们的使用方法等 第6章系统总线及外围设备接口 第6章系统总线及外围设备接口 6 1主板上的系统总线6 2系统 总线的标准6 3外围设备接口 6 1主板上的系统总线 总线原理主板上的系统总线是传输数据的通道 就物理特性而言就是一些并行的印刷电路导线 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 系统处理各种信息 实际上就是处理一组组二进制数 进一步说 就是在总线上不断传送高 低电平信号 由于元器件性能所限 电路的工作速度也是有限的 即不可能在一秒钟内开关任意多次 我们把系统总线电路每秒钟电平转换的最高次数 称为总线频率f 单位为MHz 频率f的倒数1 f称为总线时钟周期 总线原理 续 1 片内总线 片内总线也称为CPU总线 它位于CPU处理器内部 是CPU内部各功能单元之间的连线 片内总线通过CPU的引脚延伸到外部与系统相连 2 片间总线 片间总线也称为局部总线 LocalBUS 它是主板上CPU与其它一些部件间直接连接的总线 总线分类 3 系统总线 系统总线也称为系统I O总线 SystemI OBus 它是系统各个部件连接的主要通道 它还具有不同标准的总线扩展插槽对外部开放 以便各种系统功能扩展卡插入相应的总线插槽与系统连接 4 外部总线 外部总线也称为通信总线 它是电脑与电脑之间数据通信的连线 如RS 232C IE1364标准等 总线分类 续 系统I O总线是数据 地址和控制总线的总称 数据总线传送的是数据信号 双向 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I O接口 的地址信号 单向 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 系统总线构成 系统中的各个局部电路均需通过这三大总线互相连接 实现了全系统电路的互连 在主板上 系统I O总线还连接到一些特定的插槽上去对外开放 以便于外部的各种扩展电路板连入系统 插座被称为系统I O总线扩展插槽 SystemInput OutputBusExpandedSlot 系统I O总线的示意图如图6 1 系统总线构成 续 图6 1微机的系统I O总线 第6章系统总线及外围设备接口 6 1主板上的系统总线6 2系统 总线的标准6 3外围设备接口 6 2系统I O总线的标准 以往的总线标准目前主流总线标准前总线 6 2系统I O总线的标准 主板上的系统I O总线PC机主板上采用最多的系统I O总线标准有ISA VESA PCI和AGP等 稍早的主板仍保留着ISA 但目前主要是使用PCI和AGP 主板上的系统总线插槽如图6 2所示 图6 2主板上的系统I O总线插槽 主板上的系统I O总线插槽 1 PC总线 最初用于IBMPC XT主板 在以后的PC AT和各种286 386兼容机主板上继续使用 目前已被淘汰 PC总线是配合Intel8088处理器的 因此是8位总线 具有8位数据线和20位地址线 直接内存寻址能力为220即1MB 它的扩展插槽是黑色的 有62个触点 分列两边 每边31个 PC总线扩展插槽的引脚配置如图6 3所示 以往的总线标准 PC总线是配合Intel8088处理器的 因此是8位总线 具有8位数据线和20位地址线 直接内存寻址能力为220即1MB 它的扩展插槽是黑色的 有62个触点 分列两边 每边31个 PC总线扩展插槽的引脚配置如图6 3所示 图6 3PC总线扩展插槽的引脚配置 以往的总线标准 续 2 ISA总线 来源于IBMPC AT机主板 称为AT总线 ATBus 87年成为国际通用总线标准ISA IndustryStandardArchitecture 即工业标准结构总线 ISA是针对80286设计的 8 16位总线 地址线24位 即直接寻址16MB 时钟是8 33MHz 16位ISA总线在8位ISA总线插槽的沿伸方向上增加了一个双排共36触点的插槽 因此16位ISA插槽同8位ISA插槽保持了互换性 即16位ISA槽也可以使用8位ISA卡 以往的总线标准 续 低速ISA标准与高速的32位386 486和PentiumCPU形成了一定的矛盾 但为了允许保留使用老的ISA卡 主板仍保留至少一个ISA插槽 ISA总线扩展插槽的引脚配置如图6 4所示 图6 4ISA总线扩展插槽 以往的总线标准 续 3 MCA总线 MCA MicroChannelArchitecture 即微通道结构总线来源于IBMPS 2机 是为80386设计的 是32位总线 地址线32位 直接内存寻址为4GB 时钟为33MHz 可以接16个外设 由于MCA技术不开放 且与ISA不兼容 以后在微机上很少使用 以往的总线标准 续 4 EISA总线 EISA总线是一种反垄断的产物 由Compaq等9家公司于1988年联合开发 借鉴了MCA的优势 即包含所有MCA的功能 同时又兼容ISA的产品 总线传输率可达33MB SEISA 2总线传输率理论上可达132MB S 和MCA一样 由于受专利权的保护 使用起来代价比较高 因此也没有广泛流行起来 以往的总线标准 续 EISA既可用于32位扩展卡 又可兼容老的8位 16位ISA扩展卡 在EISA插槽上 EISA卡可以更深地插入 以便与下一排触点连接 取得32位支持 EISA的结构用当时的工艺技术制做是比较复杂的 因而成本很高 通常用于服务器和工作站 EISA总线扩展插槽的引脚配置如图6 5所示 以往的总线标准 续 图6 5EISA总线扩展插槽 以往的总线标准 续 5 VESA总线 VLB总线 随着计算机速度的提高 总线速度已经满足不了系统的要求 成为总线速度的瓶颈现象 首先内存移到了自己的专用总线上 同样为了提高视频特征 将视频适配器从ISA总线移到内存总线上 VESA对32位微处理器直接访问 最大总线速度可达50MHz 大大提高了许多扩展卡 尤其是显卡的速度 以往的总线标准 续 VESA是在ISA总线的黑色插槽的延伸方向上增加了一个新的浅色插槽 它有双排共116个触点 单独提供32位数据线和32位地址线 因此32位的VESA总线槽同16位的ISA总线槽保持了互换性 即在VESA扩展槽上也可以插ISA扩展卡 只是VESA扩展卡比较长 如图6 6所示 以往的总线标准 续 图6 6VESA总线扩展插槽 以往的总线标准 续 1 PCI总线 PCI PeripheralComponentInterconnect 即外部设备互联总线 顾名思义 它的初衷就是使外设主芯片能快捷地连入系统 PCI是专门为IntelPentium处理器设计的 它也是一种高性能的PC机局部总线 LocalBus 目前主流总线标准 PCI总线于1992年发布 目前使用的标准是PCI2 2版 有5种类型 最常使用的是32位 33M的PCI总线 PCI总线类型 目前主流总线标准 续 目前主流总线标准 续 PCI总线在系统中的地位 PCI还有如下优点 1 PCI支持PnP PlugandPlay 即插即用功能 2 PCI总线支持猝发传送 大大提高了总线的数据传输率 3 PCI支持总线主控和同步操作 4 PCI采用多路复用技术 可以在有限的空间里加大总线宽度 提高总线利用率 5 PCI可以不依赖于CPU的主频和种类 接入的PCI设备也不影响CPU 目前主流总线标准 续 PCI总线识别 64位 33M的PCI 64位 64M的PCI 32位 33M的PCI 1 64位的PCI主要用在服务器2 还有一种PCI也经常用户于服务器 32位 66M 台式一般用32位 33M的PCI 目前主流总线标准 续 64位的PCI总线扩展槽是在32位PCI插槽上延长 每边增加32线而成 PCI总线插槽分为5V供电电源和3 3V供电电源两种 为避免这两种不同的扩展卡插错 3 3V的插槽的定位挡片Key的位置改设在12 13引脚处 电源为3 3V和5V的32位PCI总线扩展插槽的引脚配置如图6 7所示 插槽的触点信号定义如表6 2 PCI插槽 续 目前主流总线标准 续 图6 75V和3 3V电源的PCI扩展槽的引脚配置 目前主流总线标准 续 目前主流总线标准 续 目前主流总线标准 续 目前主流总线标准 续 目前主流总线标准 续 目前主流总线标准 续 2 AGP总线 AGP AccelerateGraphicPort 即加速图形接口 它是Intel专门为Pentium 系统的图形控制器设计的系统总线结构 它十分默契地配合着Pentium 的高速浮点运算能力和MMX技术 目前几乎垄断了3D图形加速卡的接口 目前主流总线标准 续 AGP端口类型 定义了66MHz时钟速度及1x或2x使用3 3V的信号 AGP规范2 0发布于1998年5月 增加了4x信号及1 5V的工作能力 AGP规范最近版本是于2000年8月发布的AGP8x 目前主流总线标准 续 AGP槽识别 目前主流总线标准 续 AGP总线将显示卡与主板的芯片组直接相连 进行点对点传输 所以它不是那种通用性的总线 它只用于支持AGP图形加速卡 Intel公司推出了支持AGP的440LX和BX等芯片组 PentiumIICPU 440BX和AGP的系统结构如图6 8 AGP总线的系统结构 目前主流总线标准 续 图6 8Pentium 440BX和AGP系统结构 AGP总线的系统结构 续 目前主流总线标准 续 AGP在PC图形控制器和内存之间提供了高速通道 可使图形控制器直接从主内存执行纹理映射 而不必局限于少量的显存中 AGP还有助于加速从CPU到图形控制器的解码视频流 不需要将预取的纹理缓存到显存中 这使得3D程序运行更快 AGP总线的系统结构 续 目前主流总线标准 续 3 PCIExpress总线 PCI总线技术面临的几个的问题 最高带宽133MB s工作频率只有33MHzIRQ共享问题主板铜布线工艺设备数目限制 目前主流总线标准 续 PCIExpress总线 2003年7月发布PCIExpressPCIExpress从名称上来看似乎同PCI有着很大的关系 但实际上这并不是PCI技术的延续 不是新的具有更高带宽的PCI技术 也更不是一个驱动程序或者一个升级补丁 PCIExpress不只要取代PCI及AGP的插槽 同时也将是一些电脑内部系统连接接口 如处理器 绘图 网络及磁盘的I O子系统芯片间的连接 目前主流总线标准 续 PCIExpress主要技术特性和优势 设备间点对点的串行连接单针高带宽弹性总线带宽低功耗和电源管理功能支持热插拔 热交换支持同步数据传输通过中央I O桥芯片进行主桥传送或者通过交换器进行对等传送分包和分层协议机制支持多虚拟通道每物理通道端到端和连接层的数据集成PCI层的错误处理和高级错误报告采用小尺寸接口 节省空间软件层兼容PCI 目前主流总线标准 续 PCIExpress总线识别 PCIExpress接口根据总线接口对位宽的要求不同而有所差异 分为PCIExpress1X 2X 4X 8X 16X甚至32X 下面是几种PCIExpress接口插槽图 目前主流总线标准 续 PCIExpress总线识别 续 目前主流总线标准 续 前总线 FSB 前总线FSB FrontSideBus 是CPU和外界交换数据的最主要通道 CPU就是通过前端总线 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 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 第6章系统总线及外围设备接口 6 1主板上的系统总线6 2系统 总线的标准6 3外围设备接口 6 3外围设备接口 主板上的设备接口主机的重要性前面已经充分说明了 但是作为一个有效的计算机系统 外部设备也是不可或缺的 如果没有最基本的外存设备和输入输出设备 计算机主机系统就无法运行和与用户交互 微型计算机的外部设备主要包括外存设备和输入输出设备 I O设备 常用的外部存储器有软盘和软盘驱动器 硬盘 光盘和光盘驱动器 磁带和磁带机等 常用的输入设备有键盘 鼠标 扫描仪 麦克风 数码相机 摄像机和光笔等 常用的输出设备有显示器 打印机 功放扬声器和绘图仪等 由于外部设备各自的特点 主机与外设间交换的信息载体形式 模拟 数字 电压 电流 数据传送的速率和方式 串行 并行 等都会有所不同 因此必须在它们之间建立多种数据转换和缓冲的界面 这就是各种规格的输入输出接口 Input OutputInterfacePort 简称I O接口 6 3外围设备接口 微机采用的通信接口标准有计算机专用的也有电器设备领域通用的 有某一类外设专用的也有不同外部设备通用的 专用接口如硬盘接口IDE 键盘鼠标接口PS 2和显示器接口 VGA口 等 通用I O通信接口按其数据传送的形式不同可以分为串行接口和并行接口两大类 6 3外围设备接口 1 串行端口RS232C 串行是指发送一个字节字符的八位二进制位时是按顺序一位一位的发送了 而接收也是一位一位地接收 而不是八位同时传送 计算机系统一般都有一个或两个串行端口 通常位于系统的后部 这些内置的串口可以通过主板上的SuperI O芯片控制 串行端口 PC机通常配置有两个RS 232C异步串行通信接口 串口一的逻辑名为COM1 COM3 9针D型插座 通常用来接鼠标 串口二的逻辑名为COM2 COM4 25针D型插座 连接Modem 数码相机和磁卡机等外设 串行接口的9针和25针插座针孔配置见图6 10 各针孔的信号定义如表6 3 串行端口 续 图6 10串口插座针孔配置 串行端口 续 串行端口 续 串口的配置 在PC机中 一般可为com1 com2两个串口进行参数配置 BIOS生产商从来没有将支持COM3和COM4的信息写入BIOS Dos不能配置串口想增加除标准的COM1和COM2之外的串口 那么必须确保这些串口使用了惟一和不冲突的中断 如果购买子串口适配卡 并想通过使用该卡来获得除标准的COM1和COM2外的端口 那么要确保这些端口没有使用IRQ3和IRQ4 最新的PCI串口卡具有共享IRQ的特性 允许COM3以上的串口使用单独的IRQ而不会发生冲突 串行端口 续 2 USB通用串行总线 USB 通用串行总线 是一种外部设备总线标准 它的设计为PC的外部连接设备带来了即插即用功能 USB在同一台计算机上最多可以同时支持127台设备的运行 并且还支持将外设为插入的点 使用简单 这个标志用来表示USB的电缆 连接器 集线器和外部设备 串行端口 续 USB技术 USB1 1版被定义为通过简单的4线连接以12Mbit 秒 或1 5Mbit 秒 的速率运行 该总线支持多达127台设备并且使用了级联 星形的拓扑结构 该结构由PC内的扩展集线器 所有的USB外设 甚至是独立的集线器盒所构成 USB2 0比USB1 1要快40倍 可以支持的传输速率达480Mbit sec或60MB secUSB也带有一个慢一些的1 5Mbit 秒的子通道 该子通道的连接机构可以用于慢速接口设备 例如键盘和鼠标 串行端口 续 USB连接器 USB规定了两种不同的连接器 称为A系列和B系列 A系列连接器是为那些电缆要永久连接的设备设计的 B系列连接器是为需要可分离电缆的设备设计的 A系列和B系列的USB插头和插座 串行端口 续 USB连接器 续 产品标签标明那些设备支持1 1和2 0 USB IF符合USB1 1的新标签 左 和USB IF符合USB2 0的新标签 右 串行端口 续 USB的特点 速度快 双向 同步 低成本 可动态加入 热拔插 使用方便 连接单一 自动识别 适用范围宽 连接灵活 独立供电 USB接口提供内置电源 USB电源能向低压设备提供5伏的电源 串行端口 续 3 IEEE 1394 IEEE 1394 简称1394