第三章微机的总线与主板

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。第2页计算机硬件技术基础本章学习的重点及要求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3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(addressbus)、数据(databus)和控制(Controlbus)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4页计算机硬件技术基础总线的构成总线是数据总线、地址总线和控制总线的总称。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5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6页计算机硬件技术基础片外总线片外总线通常指主板上传输数据的通道，就物理特性而言就是一些并行的印刷电路导线。片外总线一般分为：系统总线（也叫前端总线FSB）通常是指CPU的I/O接口单元与系统内存、L2Cache和主板芯片组之间的数据、指令等传输通道。I/O总线I/O总线用于CPU与其他部件的连接，实际中I/O总线是通过系统总线连接到CPU的。第7页计算机硬件技术基础详细说明前端总线前端总线的英文名字是FrontSideBus，通常用FSB表示，是将CPU连接到北桥芯片的总线。计算机的前端总线频率是由CPU和北桥芯片共同决定的。北桥芯片负责联系内存、显卡等数据吞吐量最大的部件，并和南桥芯片连接。CPU就是通过前端总（FSB）连接到北桥芯片，进而通过北桥芯片和内存、显卡交换数据。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CPU也不能明显提高计算机整体速度。目前PC机上所能达到的前端总线频率有266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz几种，前端总线频率越大，代表着CPU与北桥芯片之间的数据传输能力越大，更能充分发挥出CPU的功能。现在的CPU技术发展很快，运算速度提高很快，而足够大的前端总线可以保障有足够的数据供给给CPU，较低的前端总线将无法供给足够的数据给CPU，这样就限制了CPU性能得发挥，成为系统瓶颈。第8页计算机硬件技术基础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，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，主要的原因是在以前的很长一段时间里（主要是在Pentium4出现之前和刚出现Pentium4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（QuadDateRate）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9页计算机硬件技术基础内存总线速度内存总线速度或者叫系统总路线速度，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10页计算机硬件技术基础微机总线之间的关系系统总线I/O总线RAM控制器（含在芯片组）控制器（含在芯片组）L2CacheI/O设备驱动器键盘鼠标适配器等CPU第11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3.1.3I/O总线3.1.4ISA总线3.1.5PCI总线3.1.6AGP总线第12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13页计算机硬件技术基础3.1.2系统总线系统总线在早期称为局域总线（localbus），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14页计算机硬件技术基础3.1.3I/O总线I/O总线用于CPU与除RAM之外的其它部件的连接，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CPU北桥RAMAGP南桥PCIUSB键盘PS2系统总线（前端总线）ISAI/O总线EIDE网卡其它适配器COM1COM2LPT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。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页计算机硬件技术基础3.1.4ISA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。ISA总线的主要性能指标如下:•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•8/16位数据线•62+36引脚•最大位宽16位(bit)•最高时钟频率8MHz•最大稳态传输率16MB/s•中断功能•DMA通道功能第18页计算机硬件技术基础3.1.5PCI总线PCI(PeripheralComponentInterconnect)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PCI１.0和PCI2.0。PCI1.0为３２位总线，时钟频率３３MHz，总线最大传输率为３２＊３３／８＝１３２MB/S，而PCI2.0为６４位总线，时钟频率６６MHz，最大传输率２６４MB/S,目前最新版本为PCI2.1。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１０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3.1.6AGP总线AGP（AcceleratedGraphicsPort）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页计算机硬件技术基础AGP的性能特点AGP是一种在系统芯片集和图形芯片之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。借助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页计算机硬件技术基础AGP相对与PCI的改进1.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，读内存的速度只是写内存速度的一半。2.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。3.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页计算机硬件技术基础AGP总线的DIME原理DIME(DirectMemoryExcute)直接内存执行，就是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localmemory,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DirectMemoryExcute。第24页计算机硬件技术基础AGP总线的DIME原理图形控制器显存（4-32M)RAMDAC图型显示卡AGP总线控制芯片（北桥）内存RAMCPU系统总线前端总线TextureCacheDIME第25页计算机硬件技术基础PCIExpress插槽第26页计算机硬件技术基础PCIExpress插槽PCI-Express是最新的总线和接口标准，是由英特尔提出的，英特尔的意思是它代表着下一代I/O接口标准。交由PCI-SIG（PCI特殊兴趣组织）认证发布后才改名为“PCI-Express”。这个新标准将全面取代现行的PCI和AGP，最终实现总线标准的统一。它的主要优势就是数据传输速率高，目前最高可达到10GB/s以上，而且还有相当大的发展潜力。PCIExpress也有多种规格，从PCIExpress1X到PCIExpress16X，能满足现在和将来一定时间内出现的低速设备和高速设备的需求。能支持PCIExpress的主要是英特尔的i915和i925系列芯片组。当然要实现全面取代PCI和AGP也需要一个相当长的过程，就象当初PCI取代ISA一样，都会有个过渡的过程。第27页计算机硬件技术基础第5章主板系统故障维修第27页共72页主板总线与接口常用接口SATA接口：SATA2.0接口带