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。总线的特性：高速：满足CPU
2、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），有时称为系统总线。现在的多总
3、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数据量，即我们常说的每秒钟
4、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 Architecture）单总线结构，
5、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位，一次传输需要两个
6、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； DACKx，DMA应答信号线； C
7、LK，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不再是总线的主宰，而是一个主控设备，每一
8、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 / B1B6264位扩展槽的引脚号为A1A94 / B1B94,14,5.1 总线PCI Ex
9、press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，采用时钟植入技术。很少的引脚，很高的性能。 配置灵活：可以
10、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-ExpressX1 + PCI,目前的PC中大多是一个(少数
11、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(Memory Control Hub)，南桥芯片改称I
12、CH(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。单通道DDR266的最大带宽为2.1GB/sec
13、。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 865PE芯片组,AC97规范：把声卡中成本最高
14、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/96KHz或24bit/192KHz，8声道，指标高于目
15、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 芯片组 Intel 9系列芯片组,Intel 9
16、25X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系列，955芯片组则没有这方面的限制。,29,5.
17、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,存储器插座,软驱插座,ATA插座,电池,BIOS芯片
18、,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
19、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ATX相同。,34,5.3 主机板结构标准,Micro ATX结构：是Intel公司提出的主板结构。主要是通过减少PCI和ISA插槽的数量来缩小主板尺寸的。Micro-ATX结构的底板尺寸是9.69.6英寸。,35,5.3 主机板结构标准,Flex-ATX结构：Micro-ATX之后intel公布的更小的主板，是为了允许新PC设计中的变化，尤其是廉价的、小型的、面向消费者的应用类型系统。Flex-ATX主板尺
20、寸仅为9.07.5英寸。,36,作业和实验,名词解释 FSB、ISA、PCI、PCI Express、PCI-X、AGP、IHA、MCH、ICH、SATA、HD Audio、AC97、DMI、RAID、ATX。 说明总线的主要特征。总线有哪几种类型？ PCI总线和其之前的ISA相比较采用了一些新技术，主要有哪些新技术？ 微机采用AGP的原因是什么？简述AGP的基本指标。 简述PCI Express的基本指标。 北桥芯片（或MCH）确定了主机系统的那几个重要的速度指标。 简述Intel芯片组中南北桥结构和Hub结构的主要区别。 在CPU和存储器支持方面，Intel 915/925与Intel 945/955芯片组有什么不同？ 使用软件CPU-Z（1.39版）测试一台计算机的以下参数：CPU型号、CPU封装、CPU电压、芯片组北桥（或MCH）和南桥（或ICH）型号、主机板型号、主机板制造商、BIOS厂商和版本。,
