第6章 总线及整机

1、1微型计算机及应用23 3输入输出接口总线输入输出接口总线4 45 56 6PentiumPentium微型计算机系统微型计算机系统2 2总线概述总线概述PCPC主机结构及主板主机结构及主板1 1局部总线局部总线PCPC的外存储设备的外存储设备31 1 总线概述总线概述l总线是一种数据通道，系统各部件共享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总线可同时挂接多个部件l总线上任一部件发送的信息，系统内连接到总线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上的部件均可收到l信息传输时，信息传输时，每次只能有一个发送部件可利用总每次只能有一个发送部件可利用总线给一个接

2、收部件发送信息线给一个接收部件发送信息4 按照总线在微机结构中所处的不同层次和位置按照总线在微机结构中所处的不同层次和位置, ,总线分为：总线分为：内部总线、局部总线、输入输出接口总线。内部总线、局部总线、输入输出接口总线。n内部总线：内部总线：CPUCPU芯片内部各功能单元电路之间传送信息用的芯片内部各功能单元电路之间传送信息用的总线。内部总线的对外引线就是总线。内部总线的对外引线就是CPUCPU总线。根据使用功能总线。根据使用功能CPUCPU总线分为地址总线、数据总线和控制总线。总线分为地址总线、数据总线和控制总线。n局部总线：局部总线：局部总线是在印刷电路板上连接主板上各个主要局部总线是

3、在印刷电路板上连接主板上各个主要部件的公共通路。表现为局部总线扩展槽。目前已经推出部件的公共通路。表现为局部总线扩展槽。目前已经推出3 3代代局部总线。局部总线。n输入输出接口总线输入输出接口总线：用于微机系统与外部设备或其他仪器仪用于微机系统与外部设备或其他仪器仪表的连接。如串行总线表的连接。如串行总线EIA-RS232EIA-RS232，USBUSB等。等。 6.1.16.1.1 总线分类总线分类5 内部总线内部总线6内存条插座内存条插座硬盘硬盘IDE连接器连接器PCI插槽插槽显卡插槽显卡插槽PCI-E插槽插槽局部总线局部总线7一、一、RS-232总线总线二、二、IEEE1394总线总线三

4、、三、 USB通用串行总线通用串行总线 输入输出接口总线输入输出接口总线86.1.26.1.2 总线操作总线操作 微机系统中的各种操微机系统中的各种操作，包括存储器读写以及作，包括存储器读写以及IOIO输入输出等，都是通过输入输出等，都是通过总线进行的信息交换，统总线进行的信息交换，统称为总线操作。称为总线操作。9总线的标准化与总线的性能指标总线的标准化与总线的性能指标(1)总线宽度总线宽度：即总线位宽：即总线位宽 ，能同时传送数据的二进制位数，能同时传送数据的二进制位数 ，单，单位为位位为位(bit) 。(2)总线频率总线频率 :一秒钟能够传送数据的次数，通常用一秒钟能够传送数据的次数，通常

5、用MHz表示表示 。(3)总线带宽总线带宽:每秒钟总线上可传送的数据总量即最大数据传输速每秒钟总线上可传送的数据总量即最大数据传输速率，通常以率，通常以MB/s为单位。为单位。 总线带宽总线带宽(总线宽度总线宽度/8)总线频率总线频率不同厂商生产的相同功能的部件互不同厂商生产的相同功能的部件互换使用换使用 要求总线标准化。要求总线标准化。103 3输入输出接口总线输入输出接口总线4 45 56 6PentiumPentium微型计算机系统微型计算机系统1 1总线概述总线概述PCPC主机结构及主板主机结构及主板2 2局部总线局部总线PCPC的外存储设备的外存储设备116.2.1 ISA6.2.1

6、 ISA局部总线局部总线信号线信号线9898根根 ISA（Industry Standard Architecture）总）总线是于线是于1984年由年由Intel、IEEE和和EISA集团联合集团联合开发出的工业标准体系结构总线。开发出的工业标准体系结构总线。A1B1B31A1A31D1A31C1D18C18外内10.16138.52.54138.5单位：mm8位插槽16位插槽扩展部分12PCIPCI局部总线是局部总线是IntelIntel公司为适应奔腾高性能而开发的公司为适应奔腾高性能而开发的32/6432/64位总线。位总线。6.2.2 PCI6.2.2 PCI局部总线局部总线13PCI

7、ISA最大特点：即插即用最大特点：即插即用146.2.3 6.2.3 视频接口总线视频接口总线AGPAGP AGPAGP（Accelerated Graphics PortAccelerated Graphics Port）就是）就是IntelIntel公司于公司于19961996年年7 7月开发的月开发的专为实现高速图形显示的视专为实现高速图形显示的视频接口频接口，习惯上称其为总线，习惯上称其为总线 AGPAGP对内存实现流水线式的读对内存实现流水线式的读/ /写，提高了数据传写，提高了数据传输速率。同时输速率。同时AGPAGP是高速图形适配器的一条专用信息是高速图形适配器的一条专用信息通道

8、，不用与其他任何设备共享通道，不用与其他任何设备共享156.2.4 PCI Express6.2.4 PCI Express总线总线PCI ExpressPCI Express是最新的总线和接口标准。是最新的总线和接口标准。PCI ExpressPCI Express总线是一种高速串行总线是一种高速串行IOIO总线。总线。PCI- EPCI- E总线总线继承了前两代局部总线的大多数优点，又吸收了近几年来继承了前两代局部总线的大多数优点，又吸收了近几年来计算机体系结构研发的新成果。计算机体系结构研发的新成果。 PCI- E PCI- E总线采用点对点总线采用点对点异步传输模式，将数据封装成数据包

9、，在设备之间进行高异步传输模式，将数据封装成数据包，在设备之间进行高速串行传输。速串行传输。PCI- EPCI- E总线根据总线宽度的不同而有以下规格，总线根据总线宽度的不同而有以下规格，PCI PCI Express 1x(250Mbps)Express 1x(250Mbps)、2x2x、4x4x、8x8x、16x16x和和32x32x。16输入输出接口总线输入输出接口总线4 45 56 6PentiumPentium微型计算机系统微型计算机系统2 2总线概述总线概述PCPC主机结构及主板主机结构及主板3 3局部总线局部总线PCPC的外存储设备的外存储设备1 117概述 ATA总线和SCSI

10、总线都是并行外部总线 两者都用于主机和硬盘的连接 ATA用于微机系统，SCSI用于高性能计算机、小型机、服务器和工作站中 SATA和SAS分别是串行连接的ATA总线和SCSI总线，是目前流行的硬盘接口186.3.1 ATA6.3.1 ATA总线总线 和和SATASATA总线总线ATA(advancedATA(advanced technology attachment) technology attachment)接口总线是接口总线是CompaqCompaq公司公司联合联合WestrnWestrn Digital Digital公司专门为主机和硬盘连接而设计的总线，公司专门为主机和硬盘连接而设

11、计的总线，也适用于光驱和软驱的连接，也适用于光驱和软驱的连接，ATAATA也称为也称为IDEIDE（integrated drive integrated drive electronicselectronics或或inteligentinteligent drive electronics drive electronics）。）。IDEIDE是把是把“硬盘控制器硬盘控制器”和和“盘体盘体”集成在一起的硬盘驱动器的接集成在一起的硬盘驱动器的接口总线，它通过口总线，它通过4040芯扁平电缆将磁盘驱动器或光盘驱动器连接到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。主机系统上。一个一个ID

12、EIDE接口可连两个硬盘接口可连两个硬盘。串行硬盘驱动器接口串行硬盘驱动器接口SATASATA（serial ATAserial ATA）非常小巧，仅为）非常小巧，仅为7 7针插座，针插座，在主板上标有在主板上标有SATA1SATA1、SATA2SATA2标志的标志的7 7针插座就是针插座就是SATASATA硬盘的数据线硬盘的数据线接口，通过扁平的接口，通过扁平的SATASATA数据线，即可与数据线，即可与SATASATA硬盘连接。硬盘连接。SATASATA采用采用点对点的连接方式，点对点的连接方式，每个每个SATASATA接口只能连接一块接口只能连接一块SATASATA硬盘硬盘。SATASA

13、TA还有一大优势是支持热插拔。还有一大优势是支持热插拔。196.3.2 SCSI6.3.2 SCSI总线和总线和SASSAS总线总线 SCSISCSI是一个高速智能接口，是一个高速智能接口，可以作各种磁盘、光盘、磁带可以作各种磁盘、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机、打印机、扫描仪条码阅读器以及通信设备的接口。SCSISCSI是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块主适配器可以连接7 7台具有台具有SCSISCSI接口的设备。接口的设备。 SCSISCSI可以采用单级和双级两种连

14、接方式，单级连接方式最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大传输距离可达6m6m；双级连接方式最大传输距离可达；双级连接方式最大传输距离可达25m25m。206.3.3 6.3.3 通用串行总线通用串行总线USBUSB USBUSB（universal serial busuniversal serial bus）是）是IntelIntel、DECDEC、CompaqCompaq、MicrosoftMicrosoft和和IBMIBM等公司等公司19961996年共同制定的串年共同制定的串行接口标准。行接口标准。 主要特点：主要特点： 速度快；速度快； 连接简单快捷，可进

15、行热插拔；连接简单快捷，可进行热插拔； 无须外接电源；无须外接电源； 扩充能力强；扩充能力强； 具有高保真音频；具有高保真音频； 良好的兼容性。良好的兼容性。213 3输入输出接口总线输入输出接口总线5 56 6PentiumPentium微型计算机系统微型计算机系统2 2总线概述总线概述PCPC主机结构及主板主机结构及主板4 4局部总线局部总线PCPC的外存储设备的外存储设备1 122CPU插座插座内存条插座内存条插座硬盘硬盘IDE连接器连接器PCI插槽插槽芯片组芯片组各种各种I/O插口插口显卡插槽显卡插槽PCI-E插槽插槽236.4.16.4.1 北桥北桥- -南桥构建的南桥构建的PCIP

16、CI总线型微型计算机系统总线型微型计算机系统246.4.26.4.2 北桥北桥- -南桥构建的专用总线型微型计算机系统南桥构建的专用总线型微型计算机系统256.4.36.4.3 IOHIOH和和ICHICH芯片组构建的微型计算机系统芯片组构建的微型计算机系统266.4.46.4.4 单单芯片组构建的微型计算机系统芯片组构建的微型计算机系统273 3输入输出接口总线输入输出接口总线4 46 6PentiumPentium微型计算机系统微型计算机系统2 2总线概述总线概述PCPC主机结构及主板主机结构及主板5 5局部总线局部总线PCPC的外存储设备的外存储设备1 1286.5.16.5.1 PCP

17、C机主机主机结构机结构 微型计算机，或称微型计算机，或称PCPC机在不同场合，有不同的外围机在不同场合，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。配置，或因品牌不同而外型包装各异，但万变不离其宗。PCPC机最主要核心部分只不过机最主要核心部分只不过“三大件三大件”：主机箱、监控器主机箱、监控器( (显示器显示器) )和键盘和键盘。再缩小点说，。再缩小点说，PCPC机只不过是一个主机箱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。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。作为数据输出并兼有监控作用。 主机的主要部件是

18、：电源、主机的主要部件是：电源、CPUCPU、（、（4 4条）内存条、（条）内存条、（双）显卡、光驱和硬盘等，如下图所示。双）显卡、光驱和硬盘等，如下图所示。296.5.16.5.1 主主机结构机结构306.5.26.5.2 主板的主板的结构结构 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：布各异，但都可以分解为下列几个部分：(1) CPU(1) CPU及其相关器件所组成的系统；及其相关器件所组成的系统；(2) (2) 总线扩展槽所形成的系统；总线扩展槽所形成的系统；(3) (3) 主板上的

19、存储器系统；主板上的存储器系统；(4) (4) 芯片组芯片组(chipset)(chipset)及其他芯片；及其他芯片；(5) (5) 跳线跳线(jumper)(jumper)及各种辅助电路及各种辅助电路 下图为某下图为某PCPC机的主板的布局。从图可见，主板上有，机的主板的布局。从图可见，主板上有，CPUCPU插座、插座、北桥芯片、南桥芯片、北桥芯片、南桥芯片、4 4条内存插槽、条内存插槽、PCIPCI插槽、插槽、PCI-E 16xPCI-E 16x插槽、插槽、2 2条条PCI-E 1xPCI-E 1x插槽、插槽、6 6个个SATASATA接口、接口、IDEIDE插槽和外置输入输出接口等。插

20、槽和外置输入输出接口等。316.5.26.5.2 主板的主板的结构结构326.5.3 6.5.3 常用的常用的CPUCPU及其在主板上的插座及其在主板上的插座 Intel Intel公司生产的公司生产的CPUCPU型号至型号至8048680486为止，此后生产的为止，此后生产的CPUCPU型号改为型号改为Pentium(Pentium(奔腾奔腾) )。计算机技术发展很快，现在已有。计算机技术发展很快，现在已有Pentium 4Pentium 4、双核、双核处理器处理器Pentium E5800Pentium E5800和和Cori 2Cori 2、四核处理器、四核处理器Cori i7Cori

21、i7等。微型计算等。微型计算机常用的机常用的CPUCPU的主要性能如下表。的主要性能如下表。33 主板与主板与CPUCPU通过通过CPUCPU插座连接在一起，插座连接在一起，CPUCPU插座目前常用的为插座目前常用的为SocketSocket型插座和型插座和LGALGA型插座型插座。 Socket Socket型插座的四周均匀地分布着插孔，其右边还有一根压杆。型插座的四周均匀地分布着插孔，其右边还有一根压杆。在插入在插入CPUCPU之前，先将压杆提起，插下之前，先将压杆提起，插下CPUCPU之后，再把压杆压回原处，之后，再把压杆压回原处，利用插座本身产生的挤压力将利用插座本身产生的挤压力将CP

22、UCPU的引脚与插座牢牢地接触，然后在的引脚与插座牢牢地接触，然后在CPUCPU上安装一组散热片和风扇。拆卸上安装一组散热片和风扇。拆卸CPUCPU时，将压杆轻轻提起，压力即时，将压杆轻轻提起，压力即可解除，可解除，CPUCPU便可轻松取出。便可轻松取出。SocketSocket插座大多根据插座大多根据CPUCPU引脚的多少进行引脚的多少进行编号。编号。 LGA 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，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，因此因此CPUCPU不能利用其引脚与插座孔的接触进行固定，而是利用安装扣不能利用其引脚与插座孔的接触进行固定，而是利用安

23、装扣架固定，使架固定，使CPUCPU正确压在正确压在LGALGA插座上的金属圆点上。插座上的金属圆点上。LGALGA插座可以随时插座可以随时解开扣架，更换解开扣架，更换CPUCPU芯片。芯片。6.5.3 6.5.3 常用的常用的CPUCPU及其在主板上的插座及其在主板上的插座34356.5.4 6.5.4 主板上的芯片组主板上的芯片组 芯片组在主板上的作用仅次于芯片组在主板上的作用仅次于CPUCPU，是主板的灵魂，它决定了，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。发挥。 目前的主板芯片组由北

24、桥芯片和南桥芯片组成，芯片组的名称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，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，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，故也称之为主桥故也称之为主桥(host bridge)(host bridge)。其中北桥芯片的主要功能是控制。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

25、，所以不同芯片组中，可能存在南桥芯片是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。相同的，不同的只是北桥芯片。366.5.4 6.5.4 主板上的芯片组主板上的芯片组 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。紧靠着少则取决于南桥芯片。紧靠着CPUCPU，上面覆盖着散热片的，上面覆盖着散热片的芯片就是北桥芯片。而距离芯片就是北桥芯片。而距离CPUCPU较远，在局部总线扩展插较远，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槽附近的芯片是南桥芯片，南桥芯片上面一般

26、没有覆盖散热片。热片。 IntelIntel公司的芯片组的命名规则是一个英文字母后跟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，第两个数字，其中英文字母代表针对的市场，第1 1个数字代个数字代表芯片组系列，第表芯片组系列，第2 2个数字则代表芯片组的功能。在同一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。性能高于数字小的芯片组。371.1. PCIPCI总线扩展槽总线扩展槽 Intel Intel公司于公司于19921992年年7 7月推出的月推出的

27、PCIPCI总线是为配合奔腾总线是为配合奔腾芯片而设计的。芯片而设计的。PCIPCI总线扩展槽如下图所示。总线扩展槽如下图所示。PCIPCI总线的优点如下：总线的优点如下：即插即用即插即用(plug and play)(plug and play)PCIPCI总线有自动将增加的总线有自动将增加的PCIPCI卡配置到系统中去的能力。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。常大的应用。它能支持更多的局部总线。PCIPCI总线可与早期的总线可与早期的ISAISA总线、总线、EISAEI

28、SA总线、总线、VESAVESA总线共存于总线共存于同一主板上。同一主板上。PCIPCI的扩展槽可以多达的扩展槽可以多达1010个。个。6.5.5 6.5.5 主板上的总线扩展插槽主板上的总线扩展插槽38 2. AGP2. AGP扩展槽扩展槽AGPAGP扩展槽如下图所示，每块主板只有扩展槽如下图所示，每块主板只有1 1条条AGPAGP扩展槽，通常都是棕扩展槽，通常都是棕色的。色的。AGPAGP扩展槽结构也与扩展槽结构也与PCIPCI、ISAISA完全不同，它不与完全不同，它不与PCIPCI、ISAISA扩扩展槽展槽处于同一水平位置，而是内进一些，这使得处于同一水平位置，而是内进一些，这使得PC

29、IPCI卡、卡、ISAISA卡不可卡不可能插得进去。随着显卡速度的提高，能插得进去。随着显卡速度的提高，AGPAGP扩展槽已经不能满足显卡扩展槽已经不能满足显卡传输数据的速度，目前传输数据的速度，目前AGPAGP显卡显卡已经逐渐淘汰，取代它的是已经逐渐淘汰，取代它的是PCI PCI ExpressExpress显卡。显卡。6.5.5 6.5.5 主板上的总线扩展插槽主板上的总线扩展插槽396.5.5 6.5.5 主板上的总线扩展插槽主板上的总线扩展插槽 3. PCI-E3. PCI-E扩展槽扩展槽 目前，目前，PCI-E 1xPCI-E 1x和和PCI-Ex 16xPCI-Ex 16x是是PC

30、I ExpressPCI Express的主流规格。的主流规格。芯芯片组片组厂商将在厂商将在南桥芯片南桥芯片当中添加对当中添加对PCI Express 1xPCI Express 1x的支持，在的支持，在北桥北桥芯片芯片当中添加对当中添加对PCI Express 16xPCI Express 16x的支持。用于取代的支持。用于取代AGPAGP接口的接口的PCI PCI ExpressExpress接口是接口是PCI-E 16xPCI-E 16x。 由于大多数的芯片组提供的由于大多数的芯片组提供的PCI-EPCI-E通道只有通道只有1818或或2020条，所以大条，所以大多数主板的多数主板的PCI-EPCI-E插槽都是一个插槽都是一个PCI-E 16xPCI-E 16x和两个和两个PCI-E 1x PCI-E 1x 。PCI-E PCI-E 1x1x和和PCI-E 16xPCI-E 16x插槽如下图所示。插槽如下图所示。406.5.6 6.5.6 主板上的内存条及内存条插槽主板上的内存条及内存条插槽 内存条是将容量很大，但体积很小的存储芯片装在条形印刷电内