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文档简介

1、1,第5章 总线与芯片组目录,5.1 总线 总线的概念、类型和性能 PC机总线的发展和演变 ISA总线、PCI总线、PCI Express总线 5.2 芯片组 芯片组的概念 Intel公司早期芯片组 Intel的8系列、9系列芯片组 5.3 主机板 主机板的构成 主机板标准,2,5.1 总线概念,总线的定义是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。 总线的构成通常根据传送信号的不同将它们分别称为地址总线(address bus)、数据(总线data bus)和控制总线(Control bus)三大总线。总线是数据总线、地址总线和控制总线的总称。 总线的特

2、性: 高速:满足CPU的外部访问要求 标准:使得不同的设备可以和计算机主机系统连接 公共:全部外部设备共同使用,3,5.1 总线概念,三总线的作用 数据信号:是所传输信息; 地址信号:说明信息的存储位置,无论是存储器,还是端口的寄存器,信息的存放都是有地址的; 控制信号:说明当前的总线状态,控制信号主要包括:存储器读/写控制、端口读/写控制、中断申请/应答信号、DMA控制信号等。,4,5.1 总线类型,总线的类型 片内总线:是指在CPU内部的总线,用于连接CPU内部的各个功能部件。片内总线一般不对外开放。 处理器总线:指CPU引脚总线,所以叫前端总线(FSB:Front Side Bus),有

3、时称为系统总线。现在的多总线计算机中系统总线一般不对外开放 I/O总线:和前端总线相比较是计算机外围的总线,速度低于前端总线。I/O总线是对外开放的,在计算机主机板上形成扩展插槽 外部总线:用于连接计算机外部设备、符合总线特征的连接通道,在现代微型计算机中最典型的就是通用串行总线USB 片间总线:芯片一级的总线,一般线数目很少,使用串行传输,速度不高,用于连接在一个系统中的多块芯片,常见的有I2C、SPI 。,5,5.1 总线性能,总线位宽 总线宽度指的是可以同时传送的数据位数。 总线时钟频率 总线的传送时钟频率。频率越高则总线工作速度越快。 总线带宽 带宽实质上指的是给定时间内可以发送的最大

4、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 8总线的工作时钟频率(字节/秒),6,5.1 总线标准的内容,为了充分发挥总线的作用,每个总线标准都必须有具体和明确的规范说明,通常包括如下几个方面的技术规范或特性: 机械特性: 规定模块插件的机械尺寸,总线插头、插座的规格及位置等; 电气特性: 规定总线信号的逻辑电平、噪声容限及负载能力等; 功能特性: 给出各总线信号的名称及功能定义; 规程特性: 对各总线信号的动作过程及时序关系进行说明。,7,5.1 总线PC机总线的发展和演变,8086/286时代ISA(Industry Standard Archite

5、cture)单总线结构,ISA的绝大多数信号直接来自CPU,是处理器总线的延伸。 386/486时代ISA + 新的32位总线(主要有MAC、EIAS和VL-Bus)。 Pentium时代FSB + PCI + ISA多总线模式。在Pentium 4期间,ISA总线逐步淘汰。为了满足显示适配器的高速需求,出现AGP显示专用接口。 Pentium D/EE时代FSB + PCI Express + PCI的多总线模式。由于速度更快的PCI Express的出现,成为PCI的更新换代的总线标准,PCI还将在很长一段时间内存在。,8,5.1 总线ISA总线,16位ISA的基本指标如下: 数据线宽16

6、位,一次传输需要两个时钟周期; 地址线宽24位,存储器寻址空间16MB; 最高时钟频率8.33MHz,最大传输带宽8.33MB/sec; 中断功能,总线中有16个中断通道中的10条中断申请信号线; 支持DMA,总线中有8个DMA通道的申请和应答信号; 电源部分,包括+5、-5、+12、-12V四组直流电源。 总线扩展槽(98条引脚 ):,9,5.1 总线ISA总线,根据ISA的信号线 DataBit 015,16位数据线; Address 023,24位地址线; IRQx,中断申请线; MEMR、MEMW,存储器读、写控制线; IOR、IOW,端口读、写控制线; DRQx,DMA申请信号线;

7、DACKx,DMA应答信号线; CLK,总线时钟; +5Vdc、-5Vdc、+12Vdc、-12Vdc,电源线。,10,5.1 总线ISA总线,ISA总线一个简化的读存储器周期时序,11,5.1 总线PCI总线,Pentium时期的标准的I/O总线,PCI的初级版本为32位为宽,总线时钟33MHz,带宽为133MB/s。 PCI的版本类型:,12,5.1 总线PCI总线,PCI时钟独立于CPU外频,使得CPU时钟有较大的提高的空间,也使得PCI有较长的生命周期。 PCI总线采用了数据/地址线多路复用技术,分时传送数据和地址,减少引脚数目。 具备总线仲裁机制,使得多个主控设备可以共存,CPU不再

8、是总线的主宰,而是一个主控设备,每一个主控设备都可以通过总线仲裁机制取得总线的使用权。 支持线性突发传送。在连续寻址的情况下可以一次寻址,多次数据传送。 支持“即插即用”(Plug & Play)。PCI总线具有自动识别和自动配置外设的能力。当外设或外设接口卡在连接进入系统时,能自动为其分配系统资源,如端口地址、中断号、DMA通道号配置等。,13,5.1 总线PCI总线,PCI总线扩展槽 PCI扩展槽有32位和64位两种位宽,64位扩展槽兼容32位扩展槽。 同时PCI总线又有5V和3V两种不同电压插槽类型。 32位扩展槽的引脚号为A1A62 / B1B62 64位扩展槽的引脚号为A1A94 /

9、 B1B94,14,5.1 总线PCI Express总线,PCI Express连接结构可以由一个或多个基本串行连接构成,构成x1、x2、x4、x8、x12、x16和x32几种不同形式。,一个x1的连接具有4个差分信号线对,一个x16连接在每个方向上具有16个差分信号对。最多的连接是x32的连接。,x32 PCI-Express可以每个方向上进行10GB/sec的传输速率(2.5Gb/sec 328bit)。扣除20的植入时钟信号,实际上的带宽为8GB/ s。,15,5.1 总线PCI Express总线,新技术、高性能:PCI Express总线采用串行点对点方式的物理连接,采用时钟植入技

10、术。很少的引脚,很高的性能。 配置灵活:可以根据所连接的硬件设备的不同,使用不同的频率同其联系通讯。 连接灵活: PCI Express总线可以“走出机箱”。 PCI Express可以如同现在的USB一样作为计算机接口同设备进行连接。 多协议:PCI Express可以使用多种不同的信号协议包括它本身的协议。 热拔插:它还具有高级电源管理和监视功能,这样所有的PCI Express设备都会支持热插拔。 纠错:在PCI Express中诸如内存纠错等功能成为标准功能。,16,5.1 总线PCI Express总线,当前的计算机总线结构: PCI-ExpressX16 + PCI-Express

11、X1 + PCI,目前的PC中大多是一个(少数高档次主机板2个)PCI -E x16、2个 PCI -E x1。 目前PCI-E x16主要用于显示卡。,17,5.2 芯片组概念,构成现代PC机主机板的三大半导体部件CPU、存储器、芯片组。,18,5.2 芯片组Intel早期芯片组,Intel 440芯片组 南北桥结构: 北桥芯片连接CPU、存储器和AGP显示接口。 南桥提连接IDE、USB,并生成ISA总线。 其他接口通过ISA总线扩展。 北桥和南桥通过PCI总线连接。,南北桥结构芯片组,19,5.2 芯片组Intel早期芯片组,Intel 8系列芯片 Hub结构 原北桥芯片改称MCH(Me

12、mory Control Hub),南桥芯片改称ICH(I/O Control Hub)。 连接MCH和ICH的通道改为专用的高速通道。PCI总线由ICH扩展出来。取消ISA。,20,5.2 芯片组Intel早期芯片组,21,5.2 芯片组 Pentium4的8系列芯片组,22,5.2 芯片组 Intel Pentium4的8系列芯片组,FSB:Pentium4采用NetBurst体系结构,400MHz以上前端总线。是CPU外频的4倍。CPU接口为64位,CPU的连接带宽为648400 = 3.2GB/sec 双通道DDR SDRAM:开始支持DDR SDRAM,其中865/875支持双通道。

13、单通道DDR266的最大带宽为2.1GB/sec。双通道DDR266的最大带宽为4.2GB/sec。 HT:848/865/875开始支持超线程。 USB2.0:完成USB1.1到USB2.0的过渡,848/865/875开始支持USB 2.0。 SATA:865/875开始支持SATA。SATA初始版本速率为150MB/sec,将逐步取代ATA(IDE)接口。 AGP8X:AGP接口从AGP4X到AGP8X。848/865/875开始支持AGP8X。AGP8X的传输带宽为2.133GB/sec。(基本AGP带宽为266MB/sec,是初始PCI版本的2倍),23,5.2 芯片组 Intel

14、865PE芯片组,AC97规范:把声卡中成本最高的DSP(数字信号处理器)给去掉了,而通过特别编写驱动程序让CPU来负责信号处理,CSA(通信流架构:千兆以太网(GbE),Hub结构:IHA连接MCH和ICH,RAID支持:容错磁盘阵列,Intel 865PE芯片组构成的系统,24,5.2 芯片组 Intel 9系列芯片组,Intel 9系列芯片组:用于Pentium4 F系列及其之后的LGA775封装的CPU,最主要的特征:,DDRII:开始全面支持DDRII,其中部分芯片型号保留对DDR的支持。 PCI Express:开始支持PCI-E。 HD Audio:基本指标是24bit/96KH

15、z或24bit/192KHz,8声道,指标高于目前最高音质水平的DVD-Audio纯音乐光盘(6声道,每声道24bit/96KHz)。AC97的基本指标是16bit /48KHz的信号质量,6声道。与CD相当。,25,5.2 芯片组 Intel 9系列芯片组,Intel 915/925系列芯片组的MCH,26,5.2 芯片组 Intel 9系列芯片组,与915/925配合使用的ICH6:4种型号用于不同档次的主机板,Wi-Fi(Wireless Fidelity,无线高保真):是一种无线通信协议,属于短距离无线通信技术。Wi-Fi速率最高可达11Mb/sec。可达100米左右。,27,5.2

16、芯片组 Intel 9系列芯片组,Intel 925X和ICH6R构成的Pentium 4 EE系统,DMI(Direct Media Interface):基于PCI-E技术的MCH-ICH连接通道,带宽2GB/sce。,采用双通道DDR2-533:带宽可以达到8.5GB/sce。,Matrix RAID:Intel独创的RAID模式,相当于RAID 0和RAID 1的结合体。,28,5.2 芯片组 Intel 9系列芯片组,Intel945/955系列芯片组:支持Intel的双核心处理器。其中945只能支持Pentium D系列双核,不能支持Pentium Extreme Edition系

17、列,955芯片组则没有这方面的限制。,29,5.3 主机板构成,由PCB板构成的电路模块,集成了以下部件: 芯片组; CPU插座; 存储器条插座; 电源插座,电源调整变换电路; 总线扩展插槽; 各种外部接口,串行接口、并行接口、USB接口、键盘接口、鼠标器接口,其他接口可能包括音频接口、局域网接口、显示器接口、电话线接口等; 各种内部接口,包括ATA/S-ATA接口、软盘驱动器接口、AGP接口等; BIOS芯片和CMOS(RTC)芯片; 其他集成电路芯片。,30,5.3 主机板构成,AMR接口插槽,PCI总线扩展槽,音频接口,AC97 解码芯片,AGP接口,CPU插座,北桥芯片,电源插座,存储

18、器插座,软驱插座,ATA插座,电池,BIOS芯片,前面板USB,南桥芯片,音频MIDI接口,并行接口,键盘、鼠标接口,USB接口,电源变换电路,早期的Pentium4主机板,31,5.3 主机板构成,精英945P主机板,LGA775 CPU插座,DDR2 双通道 存储器插座,MCH,ICH,PCI 总线插槽,PCI-E x16 总线插槽,PCI-E x1 总线插槽,主电源插座,ATA插座,S-ATA 插座,软驱插座,CPU电源插座,32,5.3 主机板构成,标准ATX主机板的后面板插座,33,5.3 主机板结构标准,AT和Baby AT结构:最初应用于IBM PC/AT机上。AT主板大小为1312英寸。 Baby AT大小为13.58.5英寸。,ATX结构:是目前使用最多的结构标准。ATX结构的底板尺寸是129.6英寸。 Mini ATX结构:小型的ATX结构。 mini-ATX结构的底板尺寸是11.28.2英寸。机箱结构与AT

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