微機原理第6章-PC總線及整機

第6章

PC的總線及整機結(jié)構(gòu)

3輸入輸出接口總線PC的總線及整機結(jié)構(gòu)456Pentium微型計算機系統(tǒng)2總線概述PC主機結(jié)構(gòu)及主板1局部總線PC的外存儲設(shè)備1總線概述總線的定義：總線是一種數(shù)據(jù)通道，系統(tǒng)中各部件可以共享，即各部件之間傳送信息的一組公用信號線。特點：公用性，它可同時掛接多個部件，但是信息傳輸時，每次只能有一個發(fā)送部件利用總線給一個接受部件發(fā)送信息。分類（按在微機系統(tǒng)中的層次和位置）：內(nèi)部總線與CPU總線、局部總線、輸入輸出接口總線1總線概述1、內(nèi)部總線與CPU總線內(nèi)部總線：處于微處理器芯片內(nèi)部的總線，用來連接片內(nèi)運算器、控制器、寄存器等功能部件的信息通路。CPU總線：內(nèi)部總線的對外引線就是CPU總線，用來實現(xiàn)CPU與主板上的存儲器、芯片組、輸入輸出接口等部件的信息傳輸。根據(jù)功能不同分為：地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。局部總線和輸入輸出接口總線都是源自CPU內(nèi)部和外部的地址、數(shù)據(jù)和控制總線。(一）總線的分類1總線概述2、局部總線局部總線：在印刷電路板上連接主板上各個主要部件的公共通路。系統(tǒng)總線：在多處理器系統(tǒng)中（高性能計算機系統(tǒng)）連接各CPU插件板的信息通道，實現(xiàn)CPU的并行工作。局部總線擴展槽：在主板上并行排列的插槽。在擴展系統(tǒng)功能時添加外設(shè)所用：在插槽中插入符合總線標(biāo)準(zhǔn)的適配器/接口卡（如聲卡、顯卡、網(wǎng)卡），再連接相應(yīng)的外設(shè)。1總線概述3、輸入輸出接口總線用途：用于微型計算機系統(tǒng)與系統(tǒng)之間，系統(tǒng)與外部設(shè)備（打印機，儀器儀表）之間的通信通道?？偩€的傳送方式：并行（與并行打印機連接的Centronics總線）或串行（如硬盤和光驅(qū)連接的IDE總線）。1總線概述總線操作定義：通過總線進行的信息交換（如讀、寫操作）。特點：同一個時刻，總線上只能有一對主控設(shè)備（master)和從屬設(shè)備（slave）進行信息交換。總線仲裁機構(gòu)：當(dāng)有多個主控設(shè)備都要使用總線進行信息傳送時，它們向總線仲裁機構(gòu)提出使用總線請求，經(jīng)仲裁機構(gòu)確定，把下一個總線操作周期的總線使用權(quán)分配給其中一個主控設(shè)備。多處理系統(tǒng)有總線仲裁機構(gòu)。(二）總線操作6.2局部總線局部總線的類型（教材P117）：ISA局部總線：IndustryStandardArchitecture工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)總線PCI局部總線:PeripheralComponentInterconnect外部設(shè)備互連總線AGP視頻接口總線：AcceleratedGraphicsProt圖像/視頻加速接口總線PCIExpress總線：取代PCI總線和AGP總線，實現(xiàn)總線標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。6.2局部總線1、ISA局部總線ISA總線是在原PC/XT總線的基礎(chǔ)上擴充而成的，總線接口信號共98個，均連接到主板的ISA總線插槽上（如圖）。ISA插槽長度138.5mm，由基本的62線8位插槽（A1~A31、B1~B31）和擴展的36線16位插槽（C1~C18、D1~D18）兩部分組成。6.2局部總線2、PCI局部總線（外部設(shè)備互連總線）特點：傳輸速度快：傳輸速率=PCI總線時鐘頻率*（線位數(shù)/8），教材p119.實現(xiàn)了外部設(shè)備自動匹配功能（自動配置I/O端口寄存器地址、存儲器緩存區(qū)等），真正做到設(shè)備的即插即用。6.2局部總線PCI總線信號

C/BE：總線命令與字節(jié)使能的復(fù)用線

PAR奇偶校驗信號：用于對AD和C/BE上的信號進行奇偶校驗。FRAME幀周期信號IRDY主設(shè)備準(zhǔn)備好信號TRDY從設(shè)備準(zhǔn)備好信號STOP停止信號DEVSEL設(shè)備選擇信號IDSEL初始化設(shè)備選擇信號PERR

數(shù)據(jù)奇偶校驗出錯信號SERR

系統(tǒng)出錯信號TCK對時鐘信號進行測試TDI對輸入數(shù)據(jù)進行測試TDO對輸出數(shù)據(jù)進行測試TMS對模式選擇進行測試TRST對RESET信號進行測試SBO測試Cache后返回信號SDONE

Cache測試完成信號3.出錯指示信號2.2PCI局部總線

PERR

數(shù)據(jù)奇偶校驗出錯信號

SERR

系統(tǒng)出錯信號4.總線仲裁信號

REQ

總線請求信號

GNT

總線請求允許信號5.系統(tǒng)信號

CLK

系統(tǒng)時鐘信號

RST

復(fù)位信號：用來使PCI專用的特性寄存器或定序器相關(guān)的信號恢復(fù)規(guī)定的初始狀態(tài)。6.64位擴充信號2.2PCI局部總線

AD63～AD32

地址/數(shù)據(jù)擴充信號

BE7～BE4

總線命令/字節(jié)允許擴充信號

PAR64

奇偶校驗信號

REQ64

64位傳輸請求信號

ACK64

64位傳輸應(yīng)答信號

7.總線鎖定信號LOCK8.中斷信號INTA、INTB、INTC、INTD9.cache信號2.2PCI局部總線

SBO

測試Cache后返回信號

SDONE

Cache測試完成信號10.測試信號

TCK

對時鐘信號進行測試

TDI

對輸入數(shù)據(jù)進行測試

TDO

對輸出數(shù)據(jù)進行測試

TMS

對模式選擇進行測試

TRST

對復(fù)位信號RESET進行測試2.3視頻接口總線AGP

AGP（AcceleratedGraphicsPort）就是Intel公司于1996年7月開發(fā)的專為實現(xiàn)高速圖形顯示的視頻接口，習(xí)慣上稱其為總線特點：(1)AGP不像PCI總線那樣將地址想和數(shù)據(jù)線分時復(fù)用，而是完全分開，消除了“切換”的開銷，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率；（2）AGP是高速圖形適配器的一條專用信息通道，不用與其他任何設(shè)備共享，任何時候想用該信息通道都會立即得到響應(yīng)，效率極高。2.4PCIExpress總線PCIExpress總線是一種高速串行I/O總線。特點：PCI-E總線采用點對點異步傳輸模式，傳輸速度高。PCI-E總線根據(jù)總線寬度的不同而有以下規(guī)格，PCIExpress1x(250Mbps)、2x、4x、8x、16x和32x。6.3輸入輸出接口總線1、ATA總線和SATA總線(1)ATA(advancedtechnologyattachment)接口總線定義：是連接主機和硬盤的總線，也適用于光驅(qū)和軟驅(qū)的連接，又稱為IDE總線。傳輸方式：并行傳輸。特點：價格便宜，傳輸速度慢，適用于微型計算機系統(tǒng)。(2)SATA(SerialATA)接口總線定義：用作主板和大量存儲設(shè)備（如硬盤及光盤驅(qū)動器）之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌诳偩€。傳輸方式：串行傳輸。特點：SATA采用點對點的連接方式，每個SATA接口只能連接一塊SATA硬盤。6.3輸入輸出接口總線串行接口：是指數(shù)據(jù)一位一位地順序傳送；路線簡單，只要一對傳輸線就可以實現(xiàn)雙向通信，成本低，但速度慢，適用于遠距離通信；并行接口：各位數(shù)據(jù)都是并行傳送的，同時發(fā)送的數(shù)據(jù)量大，但各通道之間相互干擾，傳輸速度受到限制，且當(dāng)傳輸出錯時，要重新發(fā)送各位數(shù)據(jù)（通常為8位）；同時發(fā)送的數(shù)據(jù)量大，但比串口慢。3.2SCSI總線和SAS總線SCSI(smallcomputersysteminterface)總線定義：是主適配器和智能設(shè)備控制器之間的并行輸入輸出接口，用于主機和硬盤的連接。傳輸方式：并行傳輸。特點：價格高，傳輸速度快，適用于高性能計算機、服務(wù)器等。連接方式：SCSI可以采用單級和雙級兩種連接方式，單級連接方式最大傳輸距離可達6m；雙級連接方式最大傳輸距離可達25m。SAS總線（serialattachedSCSI）:串行連接，為改善存儲系統(tǒng)的效能、可用性和擴充性，并提供與SATA硬盤的兼容。3.3通用串行總線USB

USB（universalserialbus）是Intel、DEC、Compaq、Microsoft和IBM等公司1996年共同制定的串行接口標(biāo)準(zhǔn)。主要特點：

速度快；連接簡單快捷，可進行熱插拔；無須外接電源；擴充能力強；具有高保真音頻；良好的兼容性。4.1

Pentium微型計算機系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)的發(fā)展趨勢：隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，北橋芯片的功能逐漸被CPU和南橋取代，南橋和北橋芯片組將整合成南北橋合一的單芯片組。4.1

Pentium微型計算機系統(tǒng)1、系統(tǒng)組成：北橋芯片、南橋芯片和I/O控制芯片；2、系統(tǒng)連接：通過PCI總線和總線擴展槽把各個控制芯片連接在一起；3、北橋功能：負責(zé)CPU、cashe緩存、內(nèi)存、顯示部件，并承擔(dān)對PCI總線的部分管理；4、南橋：管理PCI總線、E/ISA總線、E/IDE總線和USB總線，引出PCI/ISA/IO插槽。圖6-3：以北橋和南橋芯片組構(gòu)建的PCI總線型的微型計算機系統(tǒng)示意圖4.1

Pentium微型計算機系統(tǒng)圖6-4：以北橋和南橋芯片組構(gòu)建的專用總線型的微型計算機系統(tǒng)示意圖1、系統(tǒng)組成：北橋、南橋芯片，固件集線器FWH和I/O控制芯片；2、系統(tǒng)連接：通過PCI總線和總線擴展槽把各個控制芯片連接在一起；3、北橋功能：負責(zé)CPU、cashe緩存、內(nèi)存、顯示部件；4、南橋：管理PCI總線、E/IDE總線和USB總線，I/O控制芯片和固件集線器FWH芯片。4.1

Pentium微型計算機系統(tǒng)單芯片組構(gòu)建的微型計算機系統(tǒng)系統(tǒng)特點：北橋芯片的權(quán)力被削弱稱為輸入輸出通道IOH，其功能被集中到CPU或南橋(ICH)里.以北橋和南橋芯片組構(gòu)建的PCI、專用總線型的微型計算機系統(tǒng)IOH和ICH芯片組構(gòu)建的微型計算機系統(tǒng)4.4單芯片組構(gòu)建的微型計算機系統(tǒng)將內(nèi)存控制模塊和集成顯卡控制模塊都集中到CPU里的微處理器和南北橋合一單芯片組構(gòu)建的微型計算機系統(tǒng)，如下圖5.1

PC機主機結(jié)構(gòu)微型計算機，或稱PC機在不同場合，有不同的外圍配置，或因品牌不同而外型包裝各異，但萬變不離其宗。PC機最主要核心部分只不過“三大件”：主機箱、監(jiān)控器(顯示器)和鍵盤。再縮小點說，PC機只不過是一個主機箱。鍵盤和監(jiān)控器是其外部設(shè)備，一個作為數(shù)據(jù)輸入，一個作為數(shù)據(jù)輸出并兼有監(jiān)控作用。主機的主要部件是：電源、CPU、（4條）內(nèi)存條、（雙）顯卡、光驅(qū)和硬盤等，如下圖所示。5.1主機結(jié)構(gòu)5.2主板的結(jié)構(gòu)各種品牌的主板的基本組成都是相近的。主板上的器件很多，分布各異，但都可以分解為下列幾個部分：(1)CPU及其相關(guān)器件所組成的系統(tǒng)；(2)總線擴展槽所形成的系統(tǒng)；(3)主板上的存儲器系統(tǒng)；(4)芯片組(chipset)及其他芯片；(5)跳線(jumper)及各種輔助電路下圖為某PC機的主板的布局。從圖可見，主板上有，CPU插座、北橋芯片、南橋芯片、4條內(nèi)存插槽、PCI插槽、PCI-E16x插槽、2條PCI-E1x插槽、6個SATA接口、IDE插槽和外置輸入輸出接口等。5.2主板的結(jié)構(gòu)5.3常用的CPU及其在主板上的插座Intel公司生產(chǎn)的CPU型號至80486為止，此后生產(chǎn)的CPU型號改為Pentium(奔騰)。計算機技術(shù)發(fā)展很快，現(xiàn)在已有Pentium4、雙核處理器PentiumE5800和Cori2、四核處理器Corii7等。微型計算機常用的CPU的主要性能如下表。CPU插座:將主板與CPU通過連接在一起。CPU插座的類型：(1)Socket型插座:四周均勻地分布著插孔，其右邊還有一根壓桿。在插入CPU之前，先將壓桿提起，插下CPU之后，再把壓桿壓回原處，利用插座本身產(chǎn)生的擠壓力將CPU的引腳與插座牢牢地接觸，然后在CPU上安裝一組散熱片和風(fēng)扇。拆卸CPU時，將壓桿輕輕提起，壓力即可解除，CPU便可輕松取出。Socket插座大多根據(jù)CPU引腳的多少進行編號。(2)LGA型插座(LandGrindArray,接點柵格陣列):沒有插孔，只有一排排整齊排列的有彈性的金屬圓點，CPU不能利用其引腳與插座孔的接觸進行固定，而是利用安裝扣架固定，使CPU正確壓在LGA插座上的金屬圓點上。5.3常用的CPU及其在主板上的插座5.4主板上的芯片組主板上芯片組的作用：芯片組在主板上的作用僅次于CPU，是主板的靈魂，它決定了主板性能的好壞和級別的高低，影響整個計算機系統(tǒng)性能的發(fā)揮。構(gòu)成：通常由北橋芯片和南橋芯片組成；芯片組的名稱一般以北橋芯片命名，北橋芯片代表整塊主板的檔次。北橋芯片：緊靠著CPU，在芯片組中起主導(dǎo)作用，有主橋(hostbridge)之稱。主要功能是控制CPU與內(nèi)存、顯卡之間的通信。主板的性能取決于北橋芯片南橋芯片：距離CPU較遠，在局部總線擴展插槽附近。負責(zé)輸入輸出總線之間的通信。南橋芯片負責(zé)的功能較穩(wěn)定，在不同芯片組中，可能存在南橋芯片是相同的，不同的只是北橋芯片，主板支持外設(shè)功能的多少則取決于南橋芯片。PCI總線擴展槽：可插顯卡、聲卡、網(wǎng)卡、視頻采集卡等種類：用于32位總線；用于64位總線（3V）;用于64位總線（5V）PCI總線的優(yōu)點：①即插即用(plugandplay)——PCI總線有自動將增加的PCI卡配置到系統(tǒng)中去的能力。②可在多處理器環(huán)境使用中，支持多媒體及數(shù)據(jù)量非常大的應(yīng)用。它不會使CPU負擔(dān)過重，又能支持更多的局部總線。③PCI的擴展槽可以多達10個。5.5主板上的總線擴展插槽PCI總線擴展槽

2.AGP擴展槽AGP擴展槽如下圖所示，每塊主板只有1條AGP擴展槽，通常都是棕色的。AGP擴展槽結(jié)構(gòu)也與PCI、ISA完全不同，它不與PCI、ISA擴展槽處于同一水平位置，而是內(nèi)進一些，這使得PCI卡、ISA卡不可能插得進去。隨著顯卡速度的提高，AGP擴展槽已經(jīng)不能滿足顯卡傳輸數(shù)據(jù)的速度，目前AGP顯卡已經(jīng)逐漸淘汰，取代它的是PCIExpress顯卡。5.5主板上的總線擴展插槽5.5主板上的總線擴展插槽

3.PCI-E擴展槽

擴展槽有1x,2x,4x,8x,16x,32x通道規(guī)格。但目前PCI-E1x和PCI-Ex16x是PCIExpress的主流規(guī)格。芯片組廠商將在南橋芯片當(dāng)中添加對PCIExpress1x的支持，在北橋芯片當(dāng)中添加對PCIExpress16x的支持。取代AGP接口的PCIExpress