计算机硬件技术基础PPT电子课件教案-第三章 微机的总线与主板.ppt

第三章 微机的总线与主板,本章主要讲述微机总线的概念、主板结构、芯片组、常见主板、bios等。,计算机硬件技术基础,计算机硬件技术基础,本章学习的重点及要求,总线 功能、定义和分类，总线的三个组成部分。 掌握isa、pci和agp总线的规格和特点。 芯片组 芯片组(南桥和北桥)的基本功能。 掌握intel的常用芯片组的基本特点。 主机板 构成和各部分的功能。 了解主板的技术术语和特点。 掌握主板上各个设备接口的用途。,计算机硬件技术基础,3.1 总线系统 定义和特点,总线的定义： 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。通常根据传送信号的不同将它们分别称为地址(address bus)、数据(data bus)和控制(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,计算机硬件技术基础,数据总线 双向传送的内容 cpu取指令时用于传送指令代码 cpu访问存储器时用于传送数据 i/o操作时用于传送外部数据 产生中断时用于传送中断向量 地址总线 单向传送的地点 存储器访问传送存储器地址 i/o访问传送i/o地址 控制总线 传送的方向和内容定义 传送的是cpu和其它控制芯片发出的各种控制信号： 读/写(w/r)、存储器或i/o口访问(m/io) 中断请求、dma请求、dma应答等 时钟、复位等。,3.1 总线系统 三总线的作用,计算机硬件技术基础,总线工作过程举例 一个简化的存储器读周期如取指令、取操作数,3.1 总线系统 时序举例,计算机硬件技术基础,片内总线 在cpu内部，寄存器之间和算术逻辑部件alu与控制部件之间传输数据所用的总线称为片内总线(芯片内部的总线)。 系统总线(前端总线) 一般为cpu与存储器(l2 cache)、芯片组之间的连接总线。是cpu的数据、指令等传输通道，也是i/o总线的过度总线。 i/o总线 主机与外部设备之间的连接总线。微机目前使用的i/o总线主要是pci和isa。 其他符合总线概念的数据通道 包括usb、scsi等。,3.1 总线系统 分类,计算机硬件技术基础,3.1 总线系统 微机总线之间的关系,计算机硬件技术基础,总线位宽 总线宽度指的是可以同时发送的数据位数。位宽越宽则总线每秒数据传输率越大。 总线时钟频率 总线的工作时钟频率以mhz为单位，工作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传送多少mb的最大稳态数据传输率。 总线带宽=总线的位宽总线的工作时钟频率。,3.1.1 总线的主要参数,计算机硬件技术基础,系统总线又称前端总线(fsb: front side bus)，目前用于连接cpu与ram (一般是l2-cache)。在主板上系统总线是主干，其它总线是其支干。 系统总线的时钟频率 系统总线的设计频率一般取决于当时ram的速度。 以400m的pentium ii 为例：当时的存储器采用的是pc100的sdram，使用intel 440 芯片组：,3.1.2 系统总线,计算机硬件技术基础,3.1.2 系统总线 早期cpu的系统总线,由于cpu速度的发展高于存储器速度的发展,从intel 80486开始，cpu采用倍频技术。pentium 4 之前系统总线频率和cpu外频相同。,从pentium 4 开始，系统总线频率高于cpu外频。,计算机硬件技术基础,3.1.2 系统总线 p4使用的芯片组支持的系统总线频率,fsb,intel芯片组,400mhz,845, 845d/gl,533mhz,845e/g/ge/pe/gv, 865p, 910gl,800mhz,848p, 865pe/g/gv 875p, 915p/g/gv, 925x, 945, 955,1066mhz,925xe 945, 955,p4 cpu,pentium 4 1.32.6ghz,pentium 4 a,b系列 2.32.8ghz,pentium 4 c,e, f(64位)系列 2.43.6ghz,pentium 4 e, f(64位)系列 33.73ghz,计算机硬件技术基础,i/o总线的作用：i/o总线用于cpu 与存储器之外的其它部件的连接， 微机主要i/o设备如显卡、硬盘/光盘存储设备、网卡与主机系统的数据交换都是通过i/o总线完成的。 i/o总线的特点：i/o总线在传输速度上要比系统总线低得多，与cpu速度、系统总线速度无关。 i/o总线扩展槽：i/o总线还连接到一些特定的插槽上去对外开放，以便于外部的各种扩展电路板连入系统。这些插座被称为系统i/o总线扩展插槽（system input/output bus expanded slot）。 isa总线扩展槽 pci总线扩展槽,3.1.3 i/o总线,计算机硬件技术基础,i/o总线的逻辑结构,计算机硬件技术基础,8位isa16位isaeisavesapci pci express isa(industry standard architecture)总线：8086cpu开始使用的总线，速度较低，目前有些主板已不存在isa总线，将逐渐被淘汰。 eisa(extended isa)总线: 扩展工业标准结构，是eisa集团为配合32位cpu而设计的总线扩展标准。用于386pc，现今已被淘汰。 vesa(video electronics standards association)总线：vesa组织设计的一种开放性总线结构。32位宽度，工作频率是33mhz，数据传输率为133mb/s。用于486pc，已经被pci代替。 pci(peripheral component interconnect)总线：从pentium开始使用，目前使用最广泛的高速总线。 pci express总线：新一代总线标准。,3.1.3 i/o总线 i/o总线的发展过程,计算机硬件技术基础,3.1.4 isa总线,isa总线标准来源于ibm pc/at机主板使用的系统i/o总线和扩展插槽，所以也称为at总线 (at bus)，87年成为国际通用总线标准isa (industry standard architecture) 即工业标准结构总线。 8位isa(8086pc/xt) 16位isa(80286pc/at) isa总线的主要性能指标如下 : 20/24位地址线可直接寻址的内存容量为1mb/16mb。 8/16位数据线。 62/62+36引脚。 最高时钟频率8mhz 最大传输速率16mb/s,计算机硬件技术基础,pci (peripheral component interconnect) 即外部设备互联总线，pci是专门为intel pentium处理器设计的。有32位和64位2个版本。 32位pci：工作时钟是33mhz，数据传输率为133mb/s。 64位pci：工作时钟提高到66mhz，数据传输率528mb/s。 pci的高速性能使之能支持各种高速设备，特别是3d图形加速卡。目前pci扩展卡已成为微机高速扩展卡的主流，包括显示卡、声卡、 modem卡、网卡、 视频卡等。,3.1.5 pci总线,计算机硬件技术基础,pci总线的特点 支持pnp：(plug and play 即插即用)功能。可以通过pci总线设置中断号、端口地址等。 支持线性突发数据传送方式：对存储器的连续区域的访问时大大提高了总线的数据传 输率。 支持总线主控和同步操作：可以由外设接管总线，cpu在这时可同步操作。 数据和地址线复用：地址和数据采用同一组线，分时复用传输地址和数据，以降低成本。 pci时钟独立于cpu的主频：提高使用的灵活性，pci设备也不影响cpu。,3.1.5 pci总线,计算机硬件技术基础,agp(accelerated graphics port)是intel公司开发的新一代图形总线标准。它是建立在pci基础上专门针对3d图形处理而开发的高性能显示专用接口。 基本agp采用32位位宽，基本agp时钟为66mhz时钟。传输带宽为266mb/s。 后相继发展到agp2x、agp4x、agp8x，其传输带宽分别为533mb/s、1.066gb/s、2.133gb/s。,3.1.6 agp,计算机硬件技术基础,pci express是一种串行总线，设备和设备采用点对点传输，也就是说连接在pci express总线上的各个设备单独享有一条总线的所有带宽，这样就避免了各个设备之间为争夺总线带宽所导致的系统性能下降。,pci express下一代总线标准,计算机硬件技术基础,isa,16,带宽 mb/s,8086时代为8位，286时代扩展为16位,eisa,33,386时代isa不能满足显示卡等高速外设,vesa,133,486时代的更高速度总线,pci,133,pentium时代的全新总线标准，早期的南北桥连接通道(i430、i440),iha,553,取代pci成为连接南北桥的通道标准(i810、i815、i875),agp,266 2133,pci速度不能满足要求，同时为减轻pci的负荷,pci express,500 16000,新一代总线标准，将取代pci、agp和iha。从i915开始采用新的南北桥连接标准。,需求,标准,pc机高速通道的发展史,计算机硬件技术基础,3.2 主板的控制芯片组,芯片组 (chipset) 就是与对应的cpu相配合的一组系统控制集成电路，它们集成了早期主板上的几十片intel专用集成电路的功能和不断增加的新功能。它集成了： 系统总线接口，用于连接cpu和存储器； pc机必须的通用接口和专用接口； 中断控制、定时器、dma控制等计算机必须的控制电路； 常用的外部设备，网卡、声卡等； i/o总线。,典型的芯片组是由南桥和 北桥两个ic构成，北桥芯片 连接着主机 (cpu和内存等)， 南桥芯片连接着各种接口 (驱动器、串并口和总线接 口等)。,计算机硬件技术基础,3.2.1 芯片组功能综述,计算机硬件技术基础,芯片组确定计算机的各方面的性能： 系统总线速度； 存储器标准、最大容量和速度； 各种通用接口和专用接口的功能、性能指标； 嵌入的声音、显示、网络等电路； 其他集成功能，如电源管理、防病毒等。 主流芯片组是intel的i系列： pentium mmx i430芯片组 pentium i440芯片组 pentium i810/i815/i820芯片组 pentium 4 i845/i850/i848/i865/i875芯片组 pentium 4 i915/i920/i925芯片组 pentium d i945/955芯片组,3.2.1 芯片组功能综述,计算机硬件技术基础,前端总线频率：cpu与芯片组之间的传送频率，一般为cpu的外频。 存储器支持： sdram：同步动态存储器，64位，pc100，pc133 ddr sdram：双倍速sdram，速度一般比sdram快一倍 rdram：rambusdram，成本较高 硬盘接口： udma/33：dma方式传送时速率为33mb/s udma/66：dma方式传送时速率为66mb/s ata-100： dma方式传送时速率为100mb/s serial-ata：最新的串行ata接口 raid：(redundant array of independent disks:容错式独立磁盘阵列) 通过多个磁盘驱动器的协同来实现高性能或高安全性的技术。有多个版本，raid 0/1/2一般用于pc，raid 3/4/5通常用于服务器。有ide raid和sata raid。,芯片组主要技术术语,计算机硬件技术基础,agp：支持的agp端口的速率。目前有agp、agp2x、agp4x和agp8x几种，其中agp8x最新。 ac97规范：intel于1996年发布了ac97标准，它把声卡中成本最高的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，它工作时需要占用一部分cpu资源。目前大多数芯片组支持ac97。 usb支持：通用串行接口。目前芯片组都支持usb，提供2-8个usb接口，有1.1和2.0两个版本。 i/o总线：早期的p4微机一般是pci和isa共存，目前大多数主板没有isa总线，最新的总线标准是pci express，将取代pci和agp。 csa（通信流架构:communication streaming architecture） 千兆以太网（gbe）,芯片组主要技术术语,计算机硬件技术基础,应用于pentium 4的intel系列芯片组举例 i845e i848p i865pe i875p cpu p 4 p 4 p 4 p 4 超线程 x y y y 前端总线 533m 800m 800m 800m 存储器 2gb 2gb 2gb 4gb ddr266 ddr400 ddr400x2 ddr400x2 ata接口 ata100 ata100 ata100 ata100 serialata x 2 2 2 agp agp4x agp8x agp8x agp8x ac97 6通道 6通道 6通道 6通道 usb 6x2.0 8x2.0 8x2.0 8x2.0 i/o总线 133m pci 133m pci 133m pci 133m pci,目前使用的芯片组主要指标,计算机硬件技术基础,目前使用的芯片组主要指标 intel 865芯片组结构,计算机硬件技术基础,intel芯片组i915/i925,计算机硬件技术基础,hd audio（high definition audio，高保真音频） ac97：基本指标是16bit /48khz的信号质量，6声道。因此，ac97电脑音频与一般家用音响的cd相当。,intel芯片组i915/i925,hd audio：基本指标是24bit/96khz或24bit/192khz，8声道，指标高于目前最高音质水平的dvd-audio纯音乐光盘（6声道，每声道24bit/96khz）。 pci-e总线的主机板,计算机硬件技术基础,digital media interface,intel芯片组i925结构,计算机硬件技术基础,intel芯片组i945/i955 2005年intel最新推出的芯片组,全面支持intel的双核心处理器：pentium d和pentium extreme edition 支持ddr2-667规格的内存,计算机硬件技术基础,3.3 主板,主板（main board）又称为系统板（system board）或母板（mother board），它是微机的核心部件，其性能和质量基本决定了整机的性能和质量。主板上装有多种集成电路，如中央处理器、专用外围芯片组、只读存储器基本输入输出系统rom bios、随机读写存储器ram等。还有若干个不同标准的系统输入输出总线的扩展插槽和各种标准接口。,7.1声道 音频接口,pci express x16,2个 pci express x1,4个 sata 硬盘接口,双通道 ddrii,计算机硬件技术基础,3.3.1 主板的组成部件,1. 印刷电路板 2. cpu插座(或插槽) 3. 存储器插槽 4. 芯片组 5. i/o总线插槽 pci / isa总线插槽 6. 接口 通用接口：串行口、并行口、 usb、声音、 ide 专用接口：agp、软驱接口、键盘、鼠标、网络 电源 7. bios芯片 8. cmos芯片,计算机硬件技术基础,印刷电路板,主板所用的印刷电路板(pcb)是由几层树脂材料粘合在一起的，内部采用铜箔走线。一般的pcb线路板分有四层，最上和最下的两层是信号层，中间两层是接地层和电源层。,计算机硬件技术基础,cpu插座（或插槽）,pentium 4 cpu使用的插座主要有： socket423 socket478 lga775,计算机硬件技术基础,芯片组,intel 815,via pt800,sis 756,ali magik 1,amd 760,nforce 4 ultra sli,计算机硬件技术基础,总线插槽,pci总线插槽,agp插槽,isa总线插槽,计算机硬件技术基础,内存插槽,内存插槽用于插入内存条。目前常见的内存槽有sdram、ddr sdram和rdram内存插槽。,计算机硬件技术基础,硬盘接口与软驱接口,软驱接口,ata接口,s-ata接口,s-ata连接线,计算机硬件技术基础,各种外部设备输入输出端口,外部设备输入输出端口简称i/o端口，是各种主板接口的引出端，不必再加接口卡而直接与有关外设相连。目前主流主板的后侧边沿都有一个并行端口、两个串行端口(com1、com2)、usb端口、ps/2鼠标器端口、ps/2键盘端口。,计算机硬件技术基础,电源插座,电源插座主要有at电源插座和atx电源插座两种，目前主要采用20口的atx电源插座。 at电源：是由p8和p9两组接口组成，每