第二章计算机组成原理23

2.3PC机的主机2.3.1主板、芯片组与BIOS2.3.2内存储器2.3.3I/O总线和I/O接口PC机的物理组成-机箱、显示器、键盘、鼠标器等机箱内包含-主板、硬盘、软驱、光驱、电源、风扇等主板上安装–CPU、芯片组、内存条、总线插槽、I/O控制器、I/O端口、扩充卡等部件台式机台式PC机(立式)的主机箱扩展空间PC机的物理结构键盘鼠标器打印机显示器话筒音箱网线I/O总线I/O接口硬盘，光驱I/O设备主板I/O设备I/O适配器（扩充卡）机箱插座板卡插座I/O控制器PCI总线插槽内存主板插槽机箱芯片组IDE接口CPU2.3.1主板、芯片组与BIOS1、主板（母板）“Mainboard”或“Motherboard”，简称M/BPC机主板示意图处理器I/O接口软驱、光驱、硬盘连接器存储器插座电源连接器总线插槽/扩充卡插槽CPU插座芯片组1芯片组2ROMBIOSCMOS存储器显卡插槽华硕P4T主板实物照片超链内存条CMOS芯片软驱、硬盘IDE连接器PCI总线插槽CPU插座内存条插座I/O端口BIOSCMOS芯片芯片组芯片组电池AGP总线插槽电源连接器BIOS芯片扩充卡及其与主板的关系扩充卡(适配器或控制器)–图形卡–声音卡–视频卡等扩充卡与主板及外部设备连接通过主板上的总线插槽与主板相连，有端口用于连接显示器等外部设备。许多扩充卡的功能可以部分或全部集成在主板上(例如，串行口、并行口、声音、网卡等控制电路都可以集成在主板上)。显示卡2、芯片组（Chipset）集中了主板上几乎所有的控制功能，把以前复杂的控制电路和元件最大限度地集成在几个芯片内，是构成主板电路的核心。一定意义上讲，它决定了主板的级别和档次。是PC机各组成部分相互连接和通信的枢纽。芯片组的作用yALU寄存器组CPU总线接口R6CPU(前端)总线I/O总线主板扩展槽PCI接口南桥芯片I/O总线寄存器组运算器中央处理器指令计数器指令寄存器控制器磁盘控制器以太网卡USB控制器和接口鼠标器键盘网线disk声卡视频卡光驱主存储器0A北桥芯片y存储器总线显卡CPUCPU前端总线(400/533MHz)82865PMCH显示卡接口双通道82801EICHUSB2.0接口(x8)以太网接口PCI插槽(x6)PCI-E插槽(3.2GB/s~4.3GB/s)内存条(2.1GB/s)BIOS&CMOS硬盘接口(x2)6声道音频接口、电话ModemI/O总线(133MB/s)存储器总线内存条千兆以太网接口（267MB/s）SuperI/O键盘、鼠标、软驱、并口、串口等电源管理、时钟生成北桥芯片南桥芯片Intel865P芯片组逻辑结构北桥芯片南桥芯片芯片组的作用：是PC机各组成部分相互连接和通信的枢纽北桥芯片：1.存储器控制功能；2.连接CPU、存储器、显卡、南桥芯片的枢纽南桥芯片：1.多种I/O设备的控制功能；2.I/O总线(PCI总线)功能；3.提供了各种I/O接口。关于芯片组的一些说明芯片组与CPU芯片同步发展，有什么样功能和速度的CPU，就有什么样的芯片组与之配套CPU类型或参数不同时，需要配备不同的芯片组CPU的系统时钟及各种与其同步的时钟均由芯片组提供由于集成电路集成度越来越高，为降低系统成本，芯片组中集成了越来越多的功能，包括网卡、显卡、声卡等功能芯片组产品：Intel芯片（如865、915、945、955、975系列等）VIA（威盛，中国台湾）nVIDIA（美国）ATI（加拿大）AMD（美国）2.3.3I/O总线、I/O控制与I/O接口I/O操作输入的任务：将输入设备输入的信息送入主存储器的指定区域输出的任务：将主存储器指定区域的内容送出到输出设备。I/O操作也包括将外存储器的内容传输到内存，或将内存中的内容传输到外存储器I/O操作的特点：I/O操作与CPU的数据处理操作可并行进行多个I/O设备能同时进行工作配置的I/O设备数量、品种可经常增减和更新每类I/O设备都有各自的控制器，它们按照CPU的I/O操作命令，独立地控制I/O操作的全过程I/O设备的种类繁多，性能各异，操作控制的复杂程度相差很大，与计算机主机连接的I/O接口也各不相同I/O总线、I/O控制器、I/O接口与I/O设备的连接方式键盘鼠标器打印机显示器话筒音箱网线I/O总线I/O接口硬盘，光驱主板I/O设备I/O设备）机箱插座I/O适配器（扩充卡板卡插座I/O控制器PCI总线插槽内存主板插槽机箱芯片组IDE接口CPUI/O控制器：每个（类）I/O设备都有各自专用的控制器，接收CPU启动I/O操作的命令后，独立地控制I/O操作的全过程，直到I/O操作完成，最后再通知CPU。I/O控制器是一组电子线路，不同设备的I/O控制器结构、功能、复杂程度均不同。I/O控制器键盘、鼠标器等的I/O控制器较简单，集成在主板的芯片内；音频、视频等设备的I/O控制器较复杂，制作成适配卡（扩充卡或控制卡），插在主板的PCI扩充槽内，如：显卡等。I/O操作过程CPU执行I/O指令向I/O控制器发出启动命令I/O控制器接受命令后负责对I/O设备进行全程控制I/O控制器向I/O设备发出操作命令并收到应答后就向DMA控制器（芯片组内部）发出数据传输的请求获得DMA许可后，DMA启动并控制I/O设备在内存储器和I/O设备之间直接传输数据。所有数据传输完毕后，I/O控制器向CPU报告I/O操作完成。I/O操作过程（补充）中央处理器I/O设备1控制I/O设备k启动完成启动完成I/O控制器kI/O控制器1主存储器数据数据数据控制DMA控制器I/O操作中若干控制部件的作用CPU负责启动I/O操作I/O控制器负责在I/O操作期间对I/O设备进行全程控制DMA控制器（DirectMemoryAccess）DMA:直接存储器访问负责实现I/O设备与主存储器之间的直接数据传输的控制中断控制器负责向CPU报告I/O操作完成的情况，实现CPU处理与I/O操作之间的同步与通信I/O操作是由许多部件协同完成的关于总线总线的定义：用于在CPU、内存、外存和各种输入输出设备之间传输信息的一个共享的信息传输通路及其控制部件。总线的特点：1、共享；2、高速总线的性能：数据线宽度；总线工作频率；传输次数总线带宽＝(数据线宽度/8)×总线工作频率×每个总线周期的传输次数总线的类型：CPU总线存储器总线I/O总线关于I/O总线I/O总线是各类I/O控制器与CPU、内存之间传输数据的一组公用信号线，这些信号线在物理上与主板扩展槽中插入的扩展卡（I/O控制器）直接连接。目前PC机使用的I/O总线PCI总线AGP总线PCI-Express(高速PCI总线)PCI总线扩展槽AGP总线扩展槽I/O总线的标准总线名称推出时间工作频率（MHz）传输率（MB/S）数据宽度（位）带外设能力特点PCI199133133/26632/6410PCI总线独立于CPU，支持Intel80X86及PowerPC，为新一代标准，并行总线AGP1996662.1GB/S32随三维图形的应用而发展起来在图形卡与内存间提供了一条直接的访问途径,并行总线PCI-E1998400/700250(x2)2.5GB/S1~32PCI-Exprress,串行总线（图形显卡接口），采用上行与下行双向传输PC总线19814.7718PC机扩充总线，CPU与总线时钟频率同步，速度低，已淘汰ISA198588168CPU与总线时钟分离，用于IBM-AT机主板，已被淘汰MCA19871040328CPU总线宽度为16/32EISA198883316/326与ISA兼容，CPU与内存数据宽度为32，与外设宽度为16VESA19923313216/323数据传输速度快，总线局限于Intel386、486系列PCI-E包括x1、x4、x8、x16规格，分别包含1、4、8、16个传输通道每个通道的数据传输速率为250MB/S2.0版本为500MB/S，3.0版本将达到1GB/SPCI-E支持高级电源管理和热插拔大多数芯片组生产厂商在北桥芯片中添加了对PCI-Ex16的支持，在南桥芯片中添加了对PCI-Ex1的支持I/O总线上的信号类别数据信号、地址信号、控制信号I/O总线上线路类别数据线、地址线、控制线总线控制器包含在主板的芯片组内，协调与管理I/O总线操作I/O接口I/O设备与I/O控制器之间的连接器包括：插头/插座的形式、通讯规程和电气特性等不同的设备对应不同的接口I/O接口分类从数据传输方式来分：串行（一次只传输1位）：COM1,COM2并行（8位、16位、32位一起进行传输）：LTP1从数据传输速率来分：高速低速从是否能连接多个设备来分：总线式（可连接多个设备，被多个设备共享）独占式（只能连接1个设备）从是否符合标准来分：标准接口（通用），例如USB专用接口（专用），例如VIDEO视频口串行端口并行端口视频口麦克风音箱键盘接口并行口USB网络接口串行口鼠标接口串行口9针并行口视频口键盘接口网络接口PS/2接口键盘/鼠标串行口25针台式PC机箱背板照片键盘接口鼠标接口串行接口电源接口打印机(并行)接口(游戏)操纵杆接口显示器接口扬声器接口麦克风接口电话线/MODEM接口常用I/O接口名称数据传输方式数据传输速率标准插头/插座形式可连接的设备数目通常连接的设备串行口串行,双向50～19200b/sEIA-232或EIA-422DB25F或DB9F1鼠标器，MODEM并行口(增强式)并行,双向1.5MB/sIEEE1284DB25M1打印机，扫描仪USB（1.1）串行,双向1.5MB/sUSBA最多127鼠标器，数码相机，移动盘，扫描仪等USB（2.0）串行,双向60MB/sUSBA最多127外接硬盘，数字视频设备等高速设备IEEE1394aIEEE1394b串行,双向12.5,25,50MB/s最高400MB/sFireWire(i.Link)最多63数字视频设备SATA串行,双向150MB/s300MB/sSATA1.0SATA2.07针插头座1硬盘显示器输出接口并行,单向VGAHDB151显示器IDE并行双向66MB/s,100MB/s,133MB/sUltraATA/66E-IDE1~4硬盘、光驱、软驱PS/2接口串行,单向1键盘或鼠标器红外线接口(IrDA)串行,双向红外线数据协会不需要1键盘，鼠标器，打印机等200~500MB/sSCSI5,10,20,40,80或160MB/sSCSI-2SCSI-3UltraSCSIC50F最多7或15硬盘，扫描仪，光驱，磁带机并行,双向常用I/O接口——VGA关于USB接口通用串行总线式接口（UniversalSerialBus）高速、可连接多个设备、串行传输传输速率：USB的1.0版：1.5Mb/s（慢速）USB的1.1版：1.5MB/s（全速）USB的2.0版：高达480Mb/s（60MB/s）USB是总线?是接口?使用4线连接器，体积小，符合即插即用规范（Plug&Play,即PnP），支持热插拔；使用“USB集线器”扩展机器的USB接口，最多连接127个设备；可通过USB接口由主机向外设提供电源（＋5V，100～500mA）。关于USB接口关于USB接口黑地GND4绿数据＋＋DATA3白数据－－DATA2红电源VCC1导线颜色名称信号引脚USB接口的3种类型接口类型A,通常在PC上出现接口类型B,通常在USB设备上出现Mini-USB,数码相机、移动硬盘等设备经常使用关于USB接口USBHUBUSB-PS/2转接器关于IEEE-1394接口又称为1394,i.link(sony)或FireWire(Apple)连接高速传输大量数据的音频和视频设备;传输速度：50MB/s~100MB/s支持即插即用和热插拔此接口的连接器共6线(电源,地,2对传输线，不需额外供电）接口以级联方式连接外设