架构bios开发设计课课件

X86架构 研发中心 软体支援部 BIOS开发设计课 目录 一 X86架构的整体认识二 主板及主板上的元件1 主板2 CPU3 北桥4 内存5 显卡6 显示器7 南桥 8 硬盘及其控制芯片9 音频Codec芯片10 网卡芯片11 SuperI O芯片12 CMOS芯片13 电源 一 X86架构的整体认识 X86架构是最早是由intel最先提出的 简单的说 CPU 主板 北桥 南桥 内存 硬盘 显卡 网卡 声卡 总线 接口 键盘 鼠标 显示器 电源及插槽组成了PC 当主机加电时 电流会在瞬间通过CPU 南北桥芯片 内存插槽 PCI插槽 SATA接口及主板边缘的串口 并口 PS 2接口等 然后主板根据BIOS识别硬件 进入操作系统 实现整台PC的功能 二 主板及主板上的元件 1 主板主板是一块一定规格尺寸的PCB板 其上布满了电阻 电容 芯片 扩充插槽及各种接口 这些插槽对系统局部升级 使用户根据自己的需要 可以选择不同的配置来满足自己的需要 具有很大的灵活性 控制单元 CU 控制单元是整个CPU的指挥控制中心 由指令寄存器IR InstructionRegister 指令译码器ID InstructionDecoder 和操作控制器0C OperationController 三个部件组成 存储单元 RS RS是CPU中暂时存放数据的地方 里面保存着那些等待处理的数据 CPU访问寄存器所用的时间要比访问内存的时间短 采用寄存器 可以减少CPU访问内存的次数 从而提高了CPU的工作速度 3 北桥NorthBridge 北桥在电脑中起着主导的作用 所以习惯上称为主桥 HostBridge 北桥离CPU最近 这主要是考虑到北桥芯片与处理器之间的通信最密切 为了提高通信性能而缩短传输距离 它连接CPU和内存 负责与CPU的联系并控制内存 数据处理量非常大 所以北桥的发热量也很大 因此现在的北桥芯片都覆盖着散热片用来加强北桥芯片的散热 整合型芯片组的北桥还集成了显示核心 即我们平时所说的集成显卡 会在下文详细说明 4 内存内存一般指的是随机存取存储器RAM RandomAccessMemory 内存条是连接CPU和其他设备的通道 起到缓冲和数据交换作用 当CPU在工作时 需要从硬盘等外部存储器上读取数据 但是硬盘容量大且离CPU较远 所以传输数据慢 就设置内存来解决这个问题 RAM分为 SRAM动态随机存储器不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据 存储速度快 集成度低 占用主板较大面积 但价格昂贵 现在一般用做高速缓存 DRAM静态随机存储器每隔一段时间 要刷新充电一次 否则内部的数据即会消失 集成度高 低功耗且价格便宜 适合做大容量存储器 现在内存一般都采用DRAM 现在主流的内存有 DDR DoubleDataRateSDRAM 频率200 266 333 400MHz DDR2 频率533 667 800 1066MHz 速度比DDR要快DDR3 频率1066 1333 1600 2000MHz 速度比DDR2要快 DDR DDR2 DDR3 内存插槽 上述内存需要安装在插槽中才能正常工作 内存条通过金手指与主板连接 内存条正反两面都带有金手指 金手指可以在两面提供相同的信号 也可以提供不同的信号 SIMMSIMM是一种两侧金手指都提供相同信号的内存结构 现逐渐被淘汰 DIMMDIMM的金手指两端不像SIMM那样是互通的 它们各自独立传输信号 因此可以满足更多数据信号的传送需要 根据内存型号 内存插槽可分为DDR DDR2 DDR3DIMMDDRDIMM采用184PinDIMM结构DDR2 DDR3DIMM为240pinDIMM结构 5 显卡 显卡连接在北桥 外接显示器 其作用是将计算机系统所需要显示的信息进行转换 控制显示器的正确显示 是 人机对话 的重要设备之一 显卡主要由GPU GraphicsProcessingUnit 即图形处理器 显存 显卡BIOS RAMDAC随机读写存储数模转换器和显卡PCB组成 GPU类似主板上的CPU GPU使显卡减少对CPU的依赖 并进行原本CPU的工作 特别是3D图形处理时 现在生产GPU的产商主要有nViDia和ATI两家公司 显存即显示内存 类似主板上的内存 其功能就是暂时存储显卡要处理的和处理完毕的数据 显卡BIOS 类似主板的BIOS 主要存放显卡的型号 规格 生产厂家以及出场时间等基本信息 显卡可分为独立显卡 集成显卡和核心显卡 独立显卡是指将GPU 显存及其相关电路单独做在一块电路板上 成为一独立板卡 需要用主板的扩张插槽 独立显卡一般不占用系统内存 比集成显卡能够得到更好的显示效果和性能 容易进行显卡的硬件升级 但功耗高 发热量大 且需额外花费购买显卡 集成显卡是将GPU 显存及相关电路做在主板上 与主板融为一体 大多数的GPU集成在北桥芯片中 集成显卡功耗低 发热量小且价格相对便宜 但其显示效果和图像处理能力相对较弱 不能对显卡进行硬件升级 核心显卡是新一代智能图形核心 它整合在智能处理器当中 提高图形处理的效率 这样的设计整合大大缩减了处理核心 图形核心 内存和内存控制的周转时间 有效提高处理效能并大幅降低芯片组整体功耗 有利于缩小核心组件的尺寸 6 显示器 显示器连接在显卡的输出接口上 有以下不同接口类型 1 VGA接口是现在主要的显示器接口 可以接CRT LCD LED等显示器 2 LVDS接口低压差分信号技术接口 采用低电压和低电流驱动方式 实现低噪声和低功耗 可接LCD LED显示器 3 HDMI接口高清晰多媒体接口 是一种数字化视频 音频接口技术 支持1080P的分辨率 还支持DVDAudio音频格式 比DVI更有优势 4 DVI接口数字视频接口 具有速度快 画面清晰等优点 7 南桥 南桥SouthBridge 南桥芯片负责I O总线之间的通信 如总线 USB SPI LAN ATA SATA 音频制器 键盘鼠标控制 实时时钟控制器 电源等 相对于北桥来说 南桥的数据处理量不大 一般没有散热片 在CPU插槽较远的下方 PCI插槽的附近 这种布局是考虑到它所连接的I O总线较多 离处理器远一点有利于布线 总线 现在主板的总线主要是PCI E总线 以其多种优势取代了以前的ISA PCI和AGP总线 其优势有 点对点串行连接方式支持热插拔每一个设备都有自己的独立的数据连接工作频率100MHz 与目前的PCI软件兼容 不同PCIE规格的总线 对应不同规格的插槽 SPI即SerialPeripheralInterface 串行外围接口 它可以使微机与外围设备以串行方式进行交换信息 主要应用在EEPROM FLASH RTC 实时时钟 AD转换器等 USB在计算机中比较常见的串口 以其支持热插拔 使用方便 连接灵活 独立供电等优点 可以连接鼠标 键盘 打印机 扫描仪 摄像头 MP3 移动硬盘 手机 外置光驱等 其传输速率为 USB1 1 1 5MB sUSB2 0 60MB sUSB1 0 640MB s 8 硬盘及其控制芯片硬盘HardDisk 连接在南桥芯片上 电脑的要信息都在硬盘里面 主要的硬盘接口模式有 IDE是现在使用的外部接口 主要接硬盘和光驱 采用16位数据并行传输方式 体积小 速度传输快 SATA是SerialATA 是一种完全不同于ATA的新型硬盘接口类型 由于采用串行传输方式传输数据而得名 传输速度比IDE快 在主板上会见到1个IDE接口和多个SATA接口且可同时使用 SATA与IDE相比 最大区别在于能对传输指令进行检查 如果发现错误会自动矫正 这在很大程度上提高了数据传输的可靠性 在BIOS中 硬盘模式会有IDE ACHI和RAID三种模式 其中IDE IntegratedDeviceElectronics 即电子驱动器 该模式是将SATA硬盘映射成IDE模式 这样用SATA硬盘装系统时不需要安装SATA硬盘驱动了 ACHI SerialATAAdvancedHostControllerInterface 即串行ATA高级主控接口 该模式与IDE模式相反 装系统需要安装SATA驱动 RAID RedundantArrayofIndependentDisk 即独立冗余磁盘阵列 该模式下需要两块硬盘才能实现 一般不常用 SATA硬盘控制芯片是一种连接PCI与SATA控制器的芯片 它通过PCI总线接受主机的指令并处理 并传输主机和SATA设备之间的数据 常见的SATA芯片有 SILICONIMAGE公司SIL3114CT176SIL3112ACT144 JMICRO公司JMB363 9 音频CODEC芯片 也就是常说的声卡 现在主板大都采用集成声卡 常见的CODEC芯片 REALTEK公司的ALC650 ALC880骅讯电子 C Media 的CMI9739 CMI8738AnalogDevices的AD1985 AD1988B 10 网卡芯片主板网卡芯片是指整合了网络功能的主板所集成的网卡芯片 一块网卡性能的好坏 主要是看这块芯片的质量 常见的网卡控制芯片有 REALTEK公司RTL8110BMARVELL公司88E8001Intel公司82550PM82559系列 11 SuperI O芯片 超级输入输出芯片 通过LowPinCountBus与南桥芯片连接 它为主板上的标准I O接口提供控制处理功能 它的主要功能包括负责处理从键盘 鼠标 串行接口COM等设备传输来的串行数据 将它们转换成为并行数据 同时也负责并行接口LPT 软驱接口数据FLOPPY的传输与处理 超级 是指它集成了PS 2键盘鼠标 COM接口 LPT接口 HardwareMonitor WatchDogTimer DIO等处理功能 常见的SuperI O芯片有F81866 I78718和Winbond等 LPT 是一种增强了的双向并行传输接口 在USB出现以前是打印机 扫描仪最常用的接口 最高传输速率1 5Mbps设备容易安装 但速度比较慢 COM COM接口是多功能接口 可以接打印机 游戏手柄 串口鼠标等 HardwareMonitor这是BIOS界面中的硬件监视器 通过HardwareMonitor可以读到 CPUTemperature CPUFanspeed SystemTemperature SystemFanspeed 以及一些电压值 根据HardwareMonitor读出的这些值可以判断电脑是否在正常工作 WDT 看门狗 一硬件单元 当程序由于某种原因跑飞时 它就Reset程序 实现自动复位功能 GPIO G