计算机硬件技术基础 第5章(主机板).ppt
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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
2、性: 高速:满足CPU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
3、时称为系统总线。现在的多总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
4、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 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 Archit
5、ecture)单总线结构,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
6、线宽16位,一次传输需要两个时钟周期; 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
7、号线; DACKx,DMA应答信号线; CLK,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,C
8、PU不再是总线的主宰,而是一个主控设备,每一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 / B1B62 64位扩展槽的引脚号为A1A
9、94 / B1B94,14,5.1 总线PCI Express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
10、钟植入技术。很少的引脚,很高的性能。 配置灵活:可以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-Exp
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