计算机硬件基础第6章(总线与芯片组)

计算机硬件基础第6章总线与芯片组contents目录总线概述芯片组简介总线与芯片组关系常见总线标准与协议典型案例分析：Intel和AMD平台总线与芯片组对比总结与展望总线概述CATALOGUE01是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束，按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。总线（Bus）定义总线在微型计算机中的地位，如同现代化城市中的交通及通讯网络一样，通过总线可以交流信息并协调工作，从而使系统整体效能达到最优。总线功能总线定义与功能计算机的总线分为内部总线和外部总线。内部总线是微机内部各外围芯片与处理器之间的总线，用于芯片一级的互连；而外部总线则是微机和外部设备之间的总线，微机作为一种设备，通过该总线和其他设备进行信息与数据交换，它用于设备一级的互连。总线分类总线（bus）是指计算机组件间规范化的交换数据（data）的方式，即以一种通用的方式为各组件提供数据传送和控制逻辑。总线特点总线分类及特点总线宽度通常指数据总线的根数，用bit（位）表示，如8位、16位、32位和64位等。数据总线负责整个系统的数据流量的大小，而数据总线宽度则决定中央处理器与二级缓存、内存以及输入/输出设备之间一次数据传输的信息量。时钟同步/异步同步通信的所有设备都使用统一的时钟标准，从而保证通信双方工作步调一致。在异步通信中不使用时钟信号进行数据同步，它们直接在总线上发送数据，接收方随时准备接收（也就是接收方是被动接收）。总线性能指标这是指总线中出现了多少根独立的信号线。信号线数负载能力电源电压即驱动力，是指当总线接上负载后，总线输入输出的逻辑电平保持在正常的额定范围内。信号线与地之间的电位差。030201总线性能指标传输方向是单向的还是双向的。传输速率MBPS即每秒传输的字节数（MB），这是衡量总线性能的重要指标。总线性能指标芯片组简介CATALOGUE02芯片组（Chipset）是主板的核心组成部分，按照在主板上的排列位置的不同，通常分为北桥芯片和南桥芯片。北桥芯片提供对CPU的类型和主频、内存的类型和最大容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC纠错等支持。南桥芯片则提供对KBC（键盘控制器）、RTC（实时时钟控制器）、USB（通用串行总线）、UltraDMA/33(66)EIDE数据传输方式和ACPI（高级能源管理）等的支持。芯片组决定了主板的功能和性能，影响着整个电脑系统性能的发挥。芯片组定义及作用北桥芯片（NorthBridge）是主板芯片组中起主导作用的最重要的组成部分，也称为主桥（HostBridge）。南桥芯片（SouthBridge）是主板芯片组的重要组成部分，一般位于主板上离CPU插槽较远的下方，PCI的前面。南桥芯片负责I/O总线之间的通信，如PCI总线、USB、LAN、ATA、SATA、音频控制器、键盘控制器、实时时钟控制器、高级电源管理等。北桥芯片负责与CPU的联系并控制内存、AGP、PCI数据在北桥内部传输，提供对CPU的类型和主频、内存的类型和最大容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC纠错等支持，整合型芯片组的北桥芯片还集成了显示核心。南北桥芯片结构与功能SIS公司SIS的芯片组在以前曾经有过辉煌的历史，但近年来市场份额逐渐减少。常见的SIS芯片组有645、648、655等系列。Intel公司Intel的芯片组在业界有着极高的声誉，其产品稳定性和兼容性都非常好。常见的Intel芯片组有845、865、915、945、965等系列。AMD公司AMD的芯片组也颇受欢迎，其产品在性能和价格方面都有不错的表现。常见的AMD芯片组有750、760、780G、870、880G等系列。VIA公司VIA的芯片组在低端市场有着一定的市场份额，其产品以性价比高而著称。常见的VIA芯片组有PT800、PT880、PT890、K8T800等系列。常见芯片组厂商及产品总线与芯片组关系CATALOGUE03

总线在芯片组中实现方式局部总线连接CPU和芯片组，实现高速数据传输。系统总线连接芯片组中各功能模块，实现数据传输和控制。扩展总线连接芯片组与外部设备，提供扩展接口。数据传输速度不同总线类型具有不同的数据传输速度，影响芯片组性能。兼容性不同总线标准需要不同的接口电路，影响芯片组的兼容性和扩展性。功耗和散热高速总线会产生较大的功耗和热量，需要芯片组具备相应的散热设计。不同类型总线对芯片组影响随着计算机性能提升，总线传输速度不断提高。多功能芯片组的出现使得总线更加集成化，减少传输延迟。发展趋势及挑战集成化高速化发展趋势及挑战标准化：总线标准的统一有利于不同设备间的互联互通。高速总线设计需要解决信号干扰、传输延迟等技术问题。技术难度不同总线标准间的兼容性问题需要解决。兼容性挑战随着总线速度提升，散热问题日益严重，需要采取有效的散热措施。散热问题发展趋势及挑战常见总线标准与协议CATALOGUE04PCI-E总线PCIExpress总线的简称，是一种高速串行计算机扩展总线标准，用于连接主板和计算机中的各种高速设备。PCI与PCI-E的区别PCI是并行总线，而PCI-E是串行总线；PCI-E的传输速度比PCI更快。PCI总线一种高性能、32位或64位的数据传输总线，用于连接各种高速设备，如显卡、声卡等。PCI/PCI-E总线标准USB接口通用串行总线的简称，是一种连接计算机与外部设备的标准接口协议，广泛应用于各种设备，如鼠标、键盘、打印机等。Thunderbolt接口一种由Intel开发的连接接口，融合了PCIExpress数据传输技术和DisplayPort显示技术，可以连接高速数据和视频设备。USB与Thunderbolt的区别Thunderbolt的传输速度比USB更快，且支持更高的数据带宽和更多功能。USB/Thunderbolt接口协议03SATA与SAS的区别SAS支持更高的传输速度和更丰富的功能，但成本也更高；SATA则成本较低，适用于普通桌面计算机。01SATA接口串行高级技术附件的简称，是一种计算机总线接口，主要用于连接硬盘驱动器。02SAS接口串行连接SCSI的简称，是一种高性能、高可靠性的硬盘接口协议，主要用于服务器和工作站等高端应用领域。SATA/SAS硬盘接口协议其他常见总线标准与协议集成驱动电子设备的简称，是一种并行接口协议，曾广泛用于连接硬盘和光驱等设备。IDE接口一种高速串行总线标准，由苹果公司开发，主要用于连接数字音频和视频设备。IEEE1394接口（FireWire）小型计算机系统接口的简称，是一种并行接口协议，用于连接硬盘、光驱等存储设备。SCSI接口典型案例分析：Intel和AMD平台总线与芯片组对比CATALOGUE05Intel平台总线技术发展历程早期的Intel处理器采用前端总线技术，作为处理器与北桥芯片之间的通信接口。随着处理器性能的提升，前端总线的带宽逐渐成为瓶颈。前端总线（FrontSideBus，FSB）为了解决前端总线的带宽瓶颈，Intel推出了QuickPathInterconnect技术。QPI是一种高速、低延迟的点对点互联技术，用于连接处理器与芯片组，提供更高的带宽和更低的延迟。QuickPathInterconnect（QPI）HyperTransport（HT）AMD平台采用HyperTransport总线技术，这是一种高速、低延迟的总线技术，用于连接处理器、芯片组和其他设备。HyperTransport总线技术具有高度的可扩展性和灵活性，支持多个设备和处理器之间的并发通信。InfinityFabric近年来，AMD推出了InfinityFabric技术，这是一种用于连接处理器内部各个核心以及处理器与芯片组之间的互联技术。InfinityFabric提供了更高的带宽和更低的延迟，有助于提升处理器的整体性能。AMD平台总线技术发展历程性能对比在性能方面，Intel的QPI技术和AMD的HyperTransport技术都提供了高带宽和低延迟的通信能力。然而，在实际应用中，由于处理器架构和设计理念的不同，两者的性能表现会有所差异。一般来说，AMD平台在多任务处理和游戏性能方面具有一定优势，而Intel平台在单线程性能和稳定性方面表现更佳。要点一要点二兼容性对比在兼容性方面，Intel和AMD平台都遵循通用的PC硬件标准，因此大部分硬件设备和软件都可以在两个平台上运行。然而，由于处理器架构和芯片组的差异，某些特定的硬件设备和软件可能会对某个平台有更好的优化和支持。此外，不同平台的驱动程序和固件更新也可能存在差异，需要用户根据实际需求进行选择。两者在性能和兼容性方面对比总结与展望CATALOGUE06总线的分类与特点详细讲解了总线的分类，包括数据总线、地址总线和控制总线，并分析了它们各自的特点。芯片组的工作原理与架构深入探讨了芯片组的工作原理，包括北桥芯片和南桥芯片的功能和协作方式，以及芯片组的架构和设计思路。总线与芯片组的基本概念介绍了总线在计算机硬件中的作用，以及芯片组的组成和功能。回顾本次课程重点内容010405060302感想通过本次课程，对计算机硬件中的总线和芯片组有了更深入的了解，对计算机硬件的组成和原理有了更清晰的认识。课程讲解生动有趣，通过实例和案例分析，使得抽象的概念变得更加具体和易于理解。建议在后续课程中，可以进一步介绍一些先进的总线和芯片组技术，如PCIe4.0、USB4等，以跟上技术发展的步伐。可以增加一些实验或实践环节，让学生亲手操作和实践，加深对理论知识的理解。学生对本次课程感想和建议总线和芯片组技术将不断升级随着计算机硬件技术的不断发展，总线和芯片组技术也将不断升级，