第三章微机的总线与主版

1、请点击鼠标观看,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,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,?,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,第,2,页,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,3.1,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

2、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,(address bus),、数据,(data bus),和控制,(Control bus),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。,第,3,页,总线的构成,总线是数据总线、地址总线和控制总线的总称。,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,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,I/O,接口）的地址信号，单向,传送。它的线数与系统采用的,CPU,的地

3、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,W/R,、指令,/,代码传送,D/C,、存储器或,IO,口访问,M/IO,和系统复位,Reset,等。,第,4,页,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,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。,第,5,页,片外总线,片外总线通常指主板上传

4、输数据的通道，就物理,计,特性而言就是一些并行的印刷电路导线。,算,片外总线一般分为：,机,系统总线（也叫前端总线,FSB,）,硬,件,通常是指,CPU,的,I/O,接口单元与系统内存、,L2 Cache,技,和主板芯片组之间的数据、指令等传输通道。,术,I/O,总线,基,I/O,总线用于,CPU,与其他部件的连接，实际中,I/O,总,础,线是通过系统总线连接到,CPU,的。,第,6,页,详细说明前端总线,前端总线的英文名字是,Front Side Bus,，通常用,FSB,表示，,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,是将,是由,CPU,CPU,连接到北桥芯片的总线。计算机的前端总线频率,和北

5、桥芯片共同决定的。,件，并和南桥芯片连接。,北桥芯片负责联系内存、显卡等数据吞吐量最大的部,到北桥芯片，进而通过北桥芯片和内存、显卡交换数据。,CPU,就是通过前端总（,FSB,）连接,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,体速度。目前,CPU,也不能明显提高计算机整,333MHz,大，代表着,、,400MHz,PC,、,机上所能达到的前端总线频率有,533MHz,、,800MHz,几种，前端总线频率越,266MHz,、,能充分发挥出,CPU,算速度提高很快，而足够大的前端总线可以保障有足够的,C

6、PU,与北桥芯片之间的数据传输能力越大，更,的功能。现在的,CPU,技术发展很快，运,数据供给给,给,CPU,，这样就限制了,CPU,，较低的前端总线将无法供给足够的数据,CPU,性能得发挥，成为系统瓶颈。,第,7,页,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,，,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,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，,100MHz,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

7、以前的很长一段时间里,（主要是在,Pentium 4,出现之前和刚出现,Pentium 4,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,（,Quad,Date Rate,）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,2X,或者,4X,，它们使得前端总线的频,率成为外频的,2,倍、,4,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。,第,8,页,内存总线速度,内存总线速度或者叫系统总路线速度，,计,算,机,硬,件,技,术,基,础

8、,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,(L2),高速缓存和内存之间的工作,频率。,第,9,页,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,微机总线之间的关系,控制器,（含在芯片组）,CPU,系统总线,L2,Cache,RAM,I/O设备,控制器,驱动器,（含在芯片组）,I/O总线,键盘,鼠标,适配器等,第,10,页,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,3.1.1,总线的主要参数,3.1.2,系统总线,3.1.3 I

9、/O,总线,3.1.4 ISA,总线,3.1.5 PCI,总线,3.1.6 AGP,总线,第,11,页,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,3.1.1,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。,第,12,页,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,3.1.2,系统总线,

10、系统总线在早期称为局域总线（,local bus,），,最新的叫法中称为前端总线（,FSB,）用于连接,CPU,与,RAM,（一般是,L2-cache,）。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。,第,13,页,现代,CPU,系统总线特性,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,CPU,Intel Pentium II,AMD K6-2,Intel Pentium II Xeon,Intel Pentium III,AMD Athlon,Intel Pentium,主板芯片,C

11、hip set,系统总线速度,100 MHz,100 MHz,100 MHz,133 MHz,200 MHz,400MHZ,CPU,速度,350, 400, 450 MHz,250, 300, 400 MHz,450, 500 MHz,600, 667 MHz and,up,600 - 1000 MHz,1.4GHz,以上,第,14,页,82440BX,82440GX,Via MVP3ALi,82450NX,i815,i820,VIA KT133,82850,、,82801,3.1.3 I/O,总线,I/O,总线用于,CPU,与除,RAM,之外的其,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,它部件的

12、连接，,微机主要,I/O,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,I/O,总线,完成的。在传输速度上,I/O,总线的速度要,比系统总线低得多。,第,15,页,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,I/O,总线的逻辑结构,AGP,（前端总线）,CPU,系统总线,北桥,RAM,I/O总线,南桥,键盘,PS2,USB,ISA,PCI,COM1,COM2,LPT,网,EIDE,其它适,卡,配器,第,16,页,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,常见,I/O,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。

13、,USB,总线，新型高速串行总线。,AGP,总线,，用于显示卡的高速总线。,第,17,页,3.1.4 ISA,总线,ISA,总线的主要特点和性能指标,8,位,ISA,扩展,I/O,插槽由,62,个引脚组成，用于,8,位的插卡；,8/16,位的,计,扩展插槽除了具有一个,8,位,62,线的连接器外，还有一个附加的,36,线连,算,接器，这种扩展,I/O,插槽既可支持,8,位的插卡，也可支持,16,位插卡。,机,ISA,总线的主要性能指标如下,:,硬,?,I/O,地址空间,0100H-03FFH,?,24,位地址线可直接寻址的内存容量为,16MB,件,?,8/16,位数据线,技,?,62+36,引

14、脚,?,最大位宽,16,位,(bit),术,?,最高时钟频率,8MHz,基,?,最大稳态传输率,16MB/s,?,中断功能,础,?,DMA,通道功能,第,18,页,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,3.1.5 PCI,总线,PCI,(Peripheral Component Interconnect),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,32,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,PCI,.0,和,PCI 2.0,。,PCI1.0,为位总线，时钟频率,MHz,，总,线最大传输率为,MB/S,，而,PCI,2.0,

15、为位总线，时钟频率,MHz,，最大传输率,MB/S,目前最新版本为,PCI 2.1,。,第,19,页,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,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

16、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。,第,20,页,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,3.1.6 AGP,总线,AGP,（,Accelerated Graphics Port,）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,3D,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,132MB/s,提高到,266MB/s,（,1,模式）现最高可达,2128MB/s,（,8,模式）,。,第,21,页,AG

17、P,的性能特点,AGP,是一种在系统芯片集和图形芯片之,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,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,3D,渲染任务。,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。,第,22,页,借助,1.,计,算,机,2.,硬,件,技,3.,术,基,础,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

18、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,133MHz,的数据传输速率，这样数据吞吐速度,可达到,533MB/s,。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,33MHz,，最大吞,吐率只有,133MB/s,。,第,23,页,AGP,总线的,DIME,原理,DIME(Direct Memory Excute ),直接内存执行，就是,计,算,机,硬,件,技,术,

19、基,础,直接用系统的内存作为,Texture,材质的存放空间，,来增加,3D,显示卡所需的显存，并降低显示卡的成,本。,由于,PCI,是一个,33MHz,的,32bit,扩展槽，数据频,宽仅有,33*32/8=132MB/sec,通过,PCI,卡访问内存速度,太慢，无法达到,实时的,3D,运算,的要求。采用,AGP,总线，带宽高达,528MB/sec,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,local memory,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,Direct Memory Excute

20、,。,第,24,页,AGP,总线的,DIME,原理,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,CPU,图型显示卡,RAMDAC,系统总,线,控制芯片,（北桥）,AGP总线,图形控制器,前端总线,内存,RAM,DIME,显存,（4-32M),Texture,Cache,第,25,页,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,PCI Express,插槽,第,26,页,PCI Express,插槽,PCI-Express,是最新的总线和接口标准，是由英特,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,尔提出的，英特尔的意思是它代表着下一代,接口标准。交由,证发布后才改名为“,PCI-SIG,（,PCI,I/O,将全面取

21、代现行的,PCI,PCI-,和,AGP,Express”,特殊兴趣组织）认,，最终实现总线标,。这个新标准,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,发展潜力。,10GB/s,以上，而且还有相当大的,Express 1X,PCI Express,也有多种规格，从,PCI,一定时间内出现的低速设备和高速设备的需求。,到,PCI Express 16X,，能满足现在和将来,能支持,系列芯片组。当然要实现全面取代,PCI Express,的主要是英特尔的,需要一个相当长的过程，就象当初,PCI,i915,和,i925,样，都会有个过渡的过程。,PCI,和,取代,AGP,ISA,也,

22、一,第,27,页,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,主板总线与接口,常用接口,SATA,接口,：,SATA 2,.,0,接口带宽为,3.0Gbit/s,SATA,使用点对点传输协议，不存在硬盘设备,的主从问题，并且每个驱动器独享接口带,宽，,SATA,支持设备热插拔。,第,5,章,主板系统故障维修,第,28,页,共,72,第,页,28,页,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,主板总线与接口,常用接口,IDE,接口,：,ATA-133,标准的,IDE,接口采用,40,针,80,线,的接口型式，带宽为,133MB/s,，主要用于,连接硬盘和光驱。,第,29,页,主板总线与接口,计,算,机,同轴电

23、缆,SPDIF,硬,件,技,术,基,础,光纤,SPDIF,常用接口,SIO,接口,：键盘接口、鼠标接口、,RS-232,接口、,LPT,接口、软驱接口等。,1394a,RJ45,eSATA,USB,第,30,页,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,3.2,主板的控制芯片组,芯片组,(chip sets),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。,RAM,PCI,EIDE,CPU,控制,ROM-BIOS,RTC,芯片组,键盘,PS/2,IrDA,CO

24、M,LPT,第,31,页,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,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、,L2 Cache,、,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,、,DMA33/66 EIDE,传输和,ACPI,（高级能源管理）和大部分的,I/O,设备（包括键盘、,鼠标、串并口、软驱等）控制和支持。,第,32,页,3.2.1,芯片组功能综述,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,CPU,L2Cache,系统总线（,64

25、,位）,RAM,北桥,AGP,PCI,总线（,32,位）,EIDE1,南桥,USB1,USB2,ISA,总线（,16,位）,EIDE2,I/O,控制器,南北桥结构芯片组,IrDA,PS/2(,鼠,),键盘,LPT,COM(,串）,软驱,第,33,页,550MHz,Pentium III,L1,Cache,550MHz,L2,Cache,处理机总线,100MHz,显,示,计,器,算,机,硬,件,技,术,基,础,AGP,北桥,显卡,66MHz,440BX,100MHz,内存条,PCI,插槽,硬盘,光驱,PCI,总线,33MHz,USB,CMOS & RTC,南桥,PIIX4E,IDE1,IDE2,

26、ISA,总线,8MHz,软驱,键盘鼠标,ROM BIOS,ISA,插槽,硬件实验箱,COM1,超级,I/O,COM2,LPT1,MODEM,打印机,第,34,页,3.2.2,芯片组介绍,计,到目前为止，能够生产芯片组的厂,算,家有,INTEL,（美国英特尔）、,VIA,（中国台湾威,机,盛）、,SiS,（中国台湾矽统科技）、,ULI,（中国,硬,台湾宇力）、,Ali,（中国台湾扬智）、,AMD,（美,件,国超微）、,NVIDIA,（美国英伟达）、,ATI,（加拿,技,大,已被,AMD,收购）、,ServerWorks,（美国）、,IBM,（美国）、,HP,（美国）等为数不多的几家，,术,其中以

27、英特尔和,NVIDIA,以及,AMD,的芯片组最为,基,常见。,础,第,35,页,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,计,户在一定时间内的可升级性，扩展能力在三者中最高。,算,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，,机,笔记本专用,CPU,的出现，就有了与之配套的笔记本专用,硬,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。,件,服务器,/,工作站芯片组,的综合性能和稳定性在三者中,技,最高，部分产品甚

28、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,术,几十,GB,的内存容量，而且其对数据传输速度和数据安,基,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,础,安全性。,第,36,页,市场情况分析,在台式机的英特尔平台上，英特尔自家的,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,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。,

29、第,37,页,市场情况分析,在,AMD,平台上，,AMD,在收购,ATI,以后，也,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,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，而,SIS,与,ULI,依旧是扮演配角，主,要也是在中、低端和整合领域。,第,38,页,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,市场情况分析,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,

30、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，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

31、被,NVIDIA,收购，也极有可能退出芯片组市场。,第,39,页,3.3.1,主板的组成部件,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,1.,印刷电路板,2. CPU,插座（或插槽）,3.,主板芯片组,4. PCI,总线插槽,5. AGP,插槽槽,6.,主板电源插座,7.,内存插槽,8. IDE,接口与软驱接口,9. AMR,、,CNR,和,NCR,插槽,10.,各种外部设备输入,输出端口,11. BIOS,芯片,12. CMOS,芯片,13.,跳线或,DIP,开关,第,40,页,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,1.,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，

32、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。,主信号层,接地层,主信号层,内部信号层,接地层,电源层1,电源层,电源层2,辅助信号层,辅助信号层,(a)四层印刷电路板,(b)六层印刷电路板,第,41,页,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,2.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,SOCKET370,和,SOCKET A,两,种，其中,SOCKET370,支持的是,PIII,及新赛扬，,CYRIXIII,等处理器，而,SOCKET A,支持的则是,AMD,的毒龙及雷鸟等处理器。,第

33、,42,页,3.,主板芯片组,主板芯片组是主板的灵魂与核心，,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,它主要由南桥芯片（,SOUTH BRIDGE,）,和北桥芯片（,SORTH BRIDGE,）组成。,其中北桥芯片是,CPU,与其它外部设,备连接的桥梁，,AGP,，,PCI,，,DRAM,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,I/O,设备及,ISA,设备相连，并负责,管理中断及,DMA,通道。,第,43,页,计,算,机,硬,件,技,术,基,础,4.,总线插槽,ISA,总线插槽,PCI,总线插槽,AGP,插槽,第,44,页,计,算,机,硬,件,技,