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总线及整机教材

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总线及整机教材

1 微型计算机及应用 2 3输入输出接口总线 PCPC的总线及整机结构的总线及整机结构 4 5 6 Pentium微型计算机系统 2 总线概述 PC主机结构及主板 1 局部总线 PC的外存储设备 3 1 总线概述 l总线是一种数据通道,系统各部件共享 l总线可同时挂接多个部件 l总线分为:内部总线、局部总线、外部总线 l总线上任一部件发送的信息,系统内连接到总线 上的部件均可收到 l信息传输时,每次只能有一个发送部件可利用总 线给一个接收部件发送信息 4 3输入输出接口总线 PCPC的总线及整机结构的总线及整机结构 4 5 6 Pentium微型计算机系统 1 总线概述 PC主机结构及主板 2局部总线 PC的外存储设备 5 l A19A0 地址线.可寻址1M字节的存储空间 l 存储器寻址时,可以使用全部20条线,在存储器读 和存储器写周期,这些地址线都变为有效,指示存储 器的地址 l 端口访问时,只有A15A0低16位有效,访问的端 口数限制在65636个以内,这是CPU的限制,但PC机的 设计中,仅使用了A9A010条地址线来寻址端口。因 此,PC机总共可以访问的端口地址仅有03FFH,总共 1024个 1.地址总线 2.1 ISA局部总线总线 6 D7D0和SD15SD8 16条数据线 在存储器读或写周期中,这16条数据线有效,将 数据从源地址传送到目标地址。 在I/O端口的读或写操作时,同样利用16条数据线 在端口与处理器之间传送数据。 2.数据总线 2.1 ISA局部总线总线 7 3.控制总线 2.1 ISA局部总线总线 l IOR 输入输出读信号 l IOW 输入输出写信号 l MEMR和SMEMR 存储器读信号 l MEMW和SMEMW 存储器写信号 l ALE 地址锁存允许信号 l AEN 地址允许信号 l I/O CH RDY I/O通道就绪信号 l I/O CH CK I/O通道检测信号 l IRQi 中断请求信号 l DRQi和DACKi DMA请求信号和DMA响应信号 8 PCI总线信号及分类 2.2 PCI局部总线总线 9 1.地址和数据信号 2.2 PCI局部总线总线 l AD31AD0 地址/数据线 l C/BE3C/BE0 总线命令与字节使能复用信号 l PAR 奇偶校验信号 10 2.接口控制信号 2.2 PCI局部总线总线 l FRAME 帧周期信号 l IRDY 主设备准备好信号 l TRDY 从设备准备好信号 l STOP 停止信号 l DEVSEL 设备选择信号 l IDSEL 初始化设备选择信号 11 3.出错指示信号 2.2 PCI局部总线总线 l PERR 数据奇偶校验出错信号 l SERR 系统出错信号 4.总线仲裁信号 l REQ 总线请求信号 l GNT 总线请求允许信号 5.系统信号 l CLK 系统时钟信号 l RST 复位信号 12 6.64位扩充信号 2.2 PCI局部总线总线 l AD63AD32 地址/数据扩充信号 l BE7BE4 总线命令/字节允许扩充信号 l PAR64 奇偶校验信号 l REQ64 64位传输请求信号 l ACK64 64位传输应答信号 7.总线锁定信号 LOCK 8.中断信号 INTA、INTB、INTC、INTD 13 9.cache信号 2.2 PCI局部总线总线 l SBO 测试Cache后返回信号 l SDONE Cache测试完成信号 10.测试信号 l TCK 对时钟信号进行测试 l TDI 对输入数据进行测试 l TDO 对输出数据进行测试 l TMS 对模式选择进行测试 l TRST 对复位信号RESET进行测试 14 2.3 视频视频 接口总线总线 AGP AGP(Accelerated Graphics Port)就是Intel公 司于1996年7月开发的专为实现高速图形显示的视频接 口,习惯上称其为总线 AGP对内存实现流水线式的读/写,提高了数据传 输速率。同时AGP是高速图形适配器的一条专用信息通 道,不用与其他任何设备共享 15 2.4 PCI Express总线总线 PCI Express总线总线 是一种高速串行IO总线总线 。PCI- E总线总线 继继承了前两代局部总线总线 的大多数优优点,又吸收了近几年 来计计算机体系结结构研发发的新成果。 PCI- E总线总线 采用点对对 点异步传输传输 模式,将数据封装成数据包,在设备设备 之间进间进 行高速串行传输传输 。 PCI- E总线根据总线宽度的不同而有以下规格,PCI Express 1x(250Mbps)、2x、4x、8x、16x和32x。 16 输入输出接口总线 PCPC的总线及整机结构的总线及整机结构 4 5 6 Pentium微型计算机系统 2 总线概述 PC主机结构及主板 3 局部总线 PC的外存储设备 1 17 3.1 ATA总线 和SATA总线 ATA(advanced technology attachment)接口总线是Compaq公司联 合Westrn Digital公司专门为主机和硬盘连接而设计的总线,也 适用于光驱和软驱的连接,ATA也称为IDE(integrated drive electronics或inteligent drive electronics)。 IDE是把“硬盘控制器”和“盘体”集成在一起的硬盘驱动器的接 口总线,它通过40芯扁平电缆将磁盘驱动器或光盘驱动器连接到 主机系统上。一个IDE接口可连两个硬盘。 串行硬盘驱动器接口SATA(serial ATA)非常小巧,仅为7针插座 ,在主板上标有SATA1、SATA2标志的7针插座就是SATA硬盘的数据 线接口,通过扁平的SATA数据线,即可与SATA硬盘连接。SATA采 用点对点的连接方式,每个SATA接口只能连接一块SATA硬盘。 SATA还有一大优势是支持热插拔。 18 3.2 SCSI总线总线 和SAS总线总线 SCSI是一个高速智能接口,可以作各种磁盘、光盘、磁带 机、打印机、扫描仪条码阅读器以及通信设备的接口。SCSI是 处于主适配器和智能设备控制器之间的并行输入输出接口,一 块主适配器可以连接7台具有SCSI接口的设备。 SCSI可以采用单级和双级两种连接方式,单级连接方式最 大传输距离可达6m;双级连接方式最大传输距离可达25m。 19 3.3 通用串行总线总线 USB USB(universal serial bus)是Intel、DEC、 Compaq、Microsoft和IBM等公司1996年共同制定的串 行接口标准。 主要特点: 速度快; 连接简单快捷,可进行热插拔; 无须外接电源; 扩充能力强; 具有高保真音频; 良好的兼容性。 20 3输入输出接口总线 PCPC的总线及整机结构的总线及整机结构 5 6 Pentium微型计算机系统 2 总线概述 PC主机结构及主板 4 局部总线 PC的外存储设备 1 21 4.1 北桥桥-南桥桥构建的PCI总线总线 型微型计计算机系统统 22 4.2 北桥桥-南桥桥构建的专专用总线总线 型微型计计算机系 统统 23 4.3 IOH和ICH芯片组组构建的微型计计算机系统统 24 4.4 单单芯片组组构建的微型计计算机系统统 25 3输入输出接口总线 PCPC的总线及整机结构的总线及整机结构 4 6 Pentium微型计算机系统 2 总线概述 PC主机结构及主板5 局部总线 PC的外存储设备 1 26 5.1 PC机主机结结构 微型计算机,或称PC机在不同场合,有不同的外围配置 ,或因品牌不同而外型包装各异,但万变不离其宗。PC机 最主要核心部分只不过“三大件”:主机箱、监控器(显 示器)和键盘。再缩小点说,PC机只不过是一个主机箱。 键盘和监控器是其外部设备,一个作为数据输入,一个作 为数据输出并兼有监控作用。 主机的主要部件是:电源、CPU、(4条)内存条、(双 )显卡、光驱和硬盘等,如下图所示。 27 5.1 主机结结构 28 5.2 主板的结结构 各种品牌的主板的基本组成都是相近的。主板上的器件很多,分布 各异,但都可以分解为下列几个部分: (1) CPU及其相关器件所组成的系统; (2) 总线扩展槽所形成的系统; (3) 主板上的存储器系统; (4) 芯片组(chipset)及其他芯片; (5) 跳线(jumper)及各种辅助电路 下图为某PC机的主板的布局。从图可见,主板上有,CPU插座、北桥 芯片、南桥芯片、4条内存插槽、PCI插槽、PCI-E 16x插槽、2条PCI -E 1x插槽、6个SATA接口、IDE插槽和外置输入输出接口等。 29 5.2 主板的结结构 30 5.3 常用的CPU及其在主板上的插座 Intel公司生产的CPU型号至80486为止,此后生产的CPU型号改为 Pentium(奔腾)。计算机技术发展很快,现在已有Pentium 4、双核 处理器Pentium E5800和Cori 2、四核处理器Cori i7等。微型计算 机常用的CPU的主要性能如下表。 31 主板与CPU通过CPU插座连接在一起,CPU插座目前常用的为Socket型 插座和LGA型插座。Socket型插座的四周均匀地分布着插孔,其右边 还有一根压杆。在插入CPU之前,先将压杆提起,插下CPU之后,再 把压杆压回原处,利用插座本身产生的挤压力将CPU的引脚与插座牢 牢地接触,然后在CPU上安装一组散热片和风扇。拆卸CPU时,将压 杆轻轻提起,压力即可解除,CPU便可轻松取出。Socket插座大多根 据CPU引脚的多少进行编号。LGA型插座没有插孔,只有一排排整齐 排列的有弹性的金属圆点,因此CPU不能利用其引脚与插座孔的接触 进行固定,而是利用安装扣架固定,使CPU正确压在LGA插座上的金 属圆点上。LGA插座可以随时解开扣架,更换CPU芯片。 5.3 常用的CPU及其在主板上的插座 32 5.4 主板上的芯片组 芯片组在主板上的作用仅次于CPU,是主板的灵魂,它决定了主板 性能的好坏和级别的高低,进而影响到整个计算机系统性能的发挥 。 目前的主板芯片组由北桥芯片和南桥芯片组成,芯片组的名称一般 以北桥芯片命名。北桥芯片不仅仅可以代表整块主板的名称,还能 代表整块主板的档次。北桥芯片是芯片组中起主导作用的芯片,故 也称之为主桥(host bridge)。其中北桥芯片的主要功能是控制内 存,南桥芯片的主要功能是负责输入输出总线之间的通信。南桥芯 片负责的功能较稳定,所以不同芯片组中,可能存在南桥芯片是相 同的,不同的只是北桥芯片。 33 5.4 主板上的芯片组 主板的性能取决于北桥芯片,主板支持外设功能的多 少则取决于南桥芯片。紧靠着CPU,上面覆盖着散热片的 芯片就是北桥芯片。而距离CPU较远,在局部总线扩展插 槽附近的芯片是南桥芯片,南桥芯片上面一般没有覆盖散 热片。 Intel公司的芯片组的命名规则是一个英文字母后跟 两个数字,其中英文字母代表针对的市场,第1个数字代 表芯片组系列,第2个数字则代表芯片组的功能。在同一 个系列中,且英文字母相同的情况下,数字大的芯片组的 性能高于数字小的芯片组。 34 1. PCI总线扩展槽 Intel公司于1992年7月推出的PCI总线是为配合奔腾 芯片而设计的。PCI总线扩展槽如下图所示。 PCI总线的优点如下: 即插即用(plug and play)PCI总线有自动将增加的 PCI卡配置到系统中去的能力。 可使用在多处理器环境中,还可支持多媒体及数据量非 常大的应用。它能支持更多的局部总线。 PCI总线可与早期的ISA总线、EISA总线、VESA总线共存于

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