總線和主板概要.ppt

第3章總線和主板 3 1總線基本概念3 2總線原理3 3微機系統(tǒng)總線標準3 4總線新技術3 5認識主板3 6主板結構3 7主板控制芯片組3 8主板發(fā)展趨勢 本章學習目標 總線的基本概念 總線的分類 總線控制原理主板的基本組成和結構 作用和功能微機主板和總線標準的發(fā)展歷程 主流技術和最新發(fā)展動態(tài) 返回本章首頁 3 1總線基本概念 3 1 1什么是總線3 1 2面向總線的體系結構3 1 3總線分類和性能指標 返回本章首頁 3 1 1什么是總線 總線能為多個部件服務 總線的基本工作方式通常是由發(fā)送信息的部件分時地將信息發(fā)往總線 再由總線將這些信息同時發(fā)往各個接收信息的部件 究竟由哪個部件接收信息 要由CPU給出的設備地址經(jīng)譯碼產(chǎn)生的控制信號來決定 返回本節(jié) 3 1 2面向總線的體系結構 1 使各部件之間的關系轉化為面向總線的單一關系 設計和使用某一部件 無須考慮該部件和其他相應部件間的復雜關系 只要滿足它和總線之間的關系即可 2 標準總線可以得到多個廠商的廣泛支持 便于生產(chǎn)與之兼容的硬件板卡和軟件 3 模塊結構方式便于系統(tǒng)的擴充和升級 4 便于故障診斷和維修 同時也降低了成本 返回本節(jié) 3 1 3總線分類和性能指標 1 總線有多種分類方法2 性能指標 1 總線有多種分類方法 按相對于CPU與其他芯片的位置可分為片內總線和片外總線 按總線傳送信息的類別 可把總線分為地址總線 數(shù)據(jù)總線和控制總線 按照總線傳送信息的方向 可把總線分為單向總線和雙向總線 按總線的層次結構可分為CPU總線 存儲總線 系統(tǒng)總線和外部總線 圖3 1現(xiàn)代微機總線機構示意圖 2 性能指標 常用的量化指標如下 總線帶寬 總線寬度 工作頻率 總線帶寬 總線寬度 總線工作頻率三者之間的關系就像高速公路上的車流量 車道數(shù)和車速的關系 車流量取決于車道數(shù)和車速 車道數(shù)越多 車速越快則車流量越大 同樣 總線帶寬取決于總線寬度和工作頻率 總線寬度越寬 工作頻率越高則總線帶寬越大 總線帶寬的計算公式如下 Q f W N 表3 1常見總線的帶寬和傳輸率 返回本節(jié) 3 2總線原理 3 2 1總線的控制3 2 2數(shù)據(jù)傳送3 2 3總線仲裁3 2 4總線驅動和其他控制 返回本章首頁 3 2 1總線的控制 總線的控制貫穿在從總線主部件申請使用總線到數(shù)據(jù)傳送完畢的整個過程 要經(jīng)過幾個步驟 總線請求 總線仲裁 尋址 傳送數(shù)據(jù) 檢錯和出錯處理 總線控制線路主要包括總線仲裁邏輯 驅動器和中斷邏輯等 返回本節(jié) 3 2 2數(shù)據(jù)傳送 1 總線數(shù)據(jù)傳輸方式2 總線傳輸方向3 定時信號的實現(xiàn)方式有三種 同步方式 異步方式和半同步方式 圖3 2半同步方式數(shù)據(jù)傳輸時序圖 返回本節(jié) 3 2 3總線仲裁 根據(jù)總線控制部件的位置 控制方式可以分成集中方式與分散方式兩類 總線控制邏輯集中在一處的 稱為集中式總線控制 總線控制邏輯分散在總線各部件中的 稱為分散式總線控制 返回本節(jié) 3 2 4總線驅動和其他控制 總線驅動除考慮信號線外 電源的驅動能力有時也是考慮的重要方面 特別是現(xiàn)在的一些外設總線 設備的電源完全從總線獲得 更應該考慮這個問題 返回本節(jié) 3 3微機系統(tǒng)總線標準 3 3 1系統(tǒng)總線標準3 3 2常見系統(tǒng)總線標準3 3 3其他總線 返回本章首頁 3 3 1系統(tǒng)總線標準 1 標準的重要性2 系統(tǒng)總線標準的內容 系統(tǒng)總線通常為50 100根信號線 這些信號線可分為五個主要類型 數(shù)據(jù)線 決定數(shù)據(jù)寬度 地址線 決定直接選址范圍 控制線 包括控制 時序和中斷線 決定總線功能和適應性的好壞 電源線和地線 決定電源的種類及地線的分布和用法 備用線 留給廠家或用戶自己定義 返回本節(jié) 3 3 2常見系統(tǒng)總線標準 1 PC XT ISA PC AT 總線2 MCA EISA總線3 VESA PCI總線4 AGP總線 1 PC XT ISA PC AT 總線 1 PC XT總線PC XT總線是一種開放式結構的計算機總線 該底板總線有62個引腳 支持8位雙向數(shù)據(jù)傳輸和20位尋址空間 有8個接地和電源引腳 25個控制信號引腳 1個保留引腳 總線底板上有5個系統(tǒng)插槽 用于I O設備與PC機連接 該總線的特點是把CPU視為總線的惟一主控設備 其余外圍設備均為從屬設備 2 ISA總線 圖3 3 IBM公司在PC總線基礎上增加36個引腳 形成了AT總線 即從1982年以后 逐步確立的IBM公司工業(yè)標準體系結構 簡稱為ISA IndustryStandardArchitecture 總線 有時也稱為PC AT總線 圖3 3ISA總線插槽 2 MCA EISA總線 1 MCA總線1987年IBM公司為保護自身的利益 在宣布PC 2機器時 推出相對封閉的微通道結構 簡稱為MCA總線 試圖由該公司加以專利控制 2 EISA總線為了打破IBM的壟斷 1988年9月 Compaq AST Epson HP Olivetti NEC等9家公司聯(lián)合起來 推出了一種兼容性更優(yōu)越的總線 即EISA總線 3 VESA PCI總線 1 VESA總線1992年VESA VideoElectronicsStandardsAssociation視頻電子標準協(xié)會 聯(lián)合60余家公司 對PC總線進行了第五次創(chuàng)新 推出了VESALocalBus 簡稱VL總線 局部總線標準VESAV1 0 2 PCI總線 圖3 4 圖3 4PCI總線插槽 PCI局部總線的特點 線性突發(fā)傳輸 存取延誤極小 總線主控及同步操作 獨立于CPU的結構 低成本 高效益 兼容性 預留發(fā)展空間 4 AGP總線 1 AGP總線簡介 2 AGP總線的特點 3 AGP總線的工作方式 返回本節(jié) 3 3 3其他總線 1 EPP RS 2322 IEEE1394 USB3 EIDE SCSI 1 EPP RS 232 1 EPP并行接口EPP方式是IEEE1284并行接口標準的五種數(shù)據(jù)傳輸方式之一 IEEE1284標準為個人計算機的并行接口提供了高速的訪問手段 其中的第一種 正向方式 被大多數(shù)計算機用來向打印機傳輸數(shù)據(jù) 通常稱為 Centronics 方式 也稱為標準方式 2 RS 232串行接口雖然現(xiàn)在有一些高速串行總線標準 但是RS 232依然是現(xiàn)代微機的標準串行口 一般提供兩個插座 MS DOS規(guī)定其設備名為COM1 COM2 現(xiàn)在仍沿用這些名稱 也有主板只提供一個插座的情況 2 IEEE1394 USB 1 IEEE1394總線其實IEEE1394是一種串行接口標準 這種接口標準允許把電腦 電腦外設 家電非常簡單地連接起來 是一種連接外部設備的機外總線 2 USB總線USB UniversalSerialBus 稱為通用串行總線 是由Compaq DEC IBM Intel Microsoft NEC和NT 北方電訊 七家公司推出的新一代接口標準總線 3 EIDE SCSI 1 EIDE接口作為接口 包括了硬件和軟件兩部分 接口設備是硬件 接口信號規(guī)范標準是軟件 基本的硬盤接口標準有四種 即ST506 IDE ESDI SCSI 2 SCSI接口SCSI的原文是SmallComputerSystemInterface 即小型計算機系統(tǒng)接口 SCSI也是系統(tǒng)級接口 可與各種采用SCSI接口標準的外部設備相連 如硬盤驅動器 掃描儀 光盤 打印機和磁帶驅動器等 1 EIDE接口 與IDE相比 EIDE有以下幾個方面的特點 支持大容量硬盤 最大容量可達8 4GB 通過BIOS中對INT13H中斷的處理 可支持超過100GB的容量 EIDE標準支持除硬盤以外的其他外設 可連接更多的外設 最多可連接四臺EIDE設備 EIDE具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率 為了支持大容量硬盤 EIDE支持三種硬盤工作模式 NORMAL LBA和LARGE模式 SCSI接口標準的主要特性如下 SCSI是系統(tǒng)級接口 可與各種采用SCSI接口標準的外部設備相連 如硬盤驅動器 掃描儀 光盤 打印機 磁帶驅動器 通信設備等 SCSI是一個多任務接口 具有總線仲裁功能 SCSI可以按同步方式和異步方式傳輸數(shù)據(jù) SCSI可分為單端傳送方式和差分傳送方式 SCSI總線上的設備沒有主從之分 相互平等 返回本節(jié) 3 4總線新技術 1 EV6與P4總線2 PCI X局部總線3 NGIO總線4 UMA總線5 FUTUREI O總線 返回本章首頁 1 EV6與P4總線 AMD公司在其最先推出的一款Athlon處理器上使用了一個200Mbps的前端總線 即Digital公司的Alpha總線協(xié)議AlphaEV6 其帶寬較目前Intel的P6GTL 總線協(xié)議大1倍 現(xiàn)在的Athlon采用266MHz的前端總線 峰值帶寬可達2 1Gbps AMDAthlon系統(tǒng)總線結構能夠支持處理器物理可尋址存儲器取8TB 1TB 1000GB 以上的數(shù)據(jù) 相比之下 PCI總線的結構則只可支持64GB的數(shù)據(jù)存取 而IntelPentium4處理器則采用了NetBurst微型架構 沿用了多年的P6架構被取代 2 PCI X局部總線 為解決Intel架構服務器中PCI總線的瓶頸問題 Compaq IBM和HP公司決定加快加寬PCI芯片組的時鐘速率和吞吐量 使其分別達到133MHz和1Gbps 利用對等PCI技術和Intel公司的快速芯片作為智能I O電路的協(xié)處理器來構建系統(tǒng) 這種新的總線稱為PCI X 3 NGIO總線 NGIO總線可以說是Intel公司推出的所謂下一代I O總線結構 英文為NextGenerationInput Output 與其他總線結構有所區(qū)別 NGIO總線結構采用的是與傳統(tǒng)共享總線不同的交換機制和系統(tǒng)主芯片連接的對等PCI總線 4 UMA總線 SGI公司提出的取代AGP的另一種方案 并于1996年推出了O2圖形工作站 它采用的是UMA統(tǒng)一內存結構總線 UnifiedMemoryArchit