主板第一周天学习教案课件

会计学1主板第一周天会计学1主板第一周天FSB前端系统总线IntelFSB外频，它指的是CPU和主板之间同步运行的速度，是建立在数字脉冲信号震荡速度基础之上的，也就是说，100MHz外频特指数字脉冲信号每秒钟发生一万万次的震荡。说到外频，就必须提到两个概念：倍频与主频。主频是CPU的时钟频率，倍频即主频与外频之比的倍数。主频/外频/倍频，其关系式为主频＝外频×倍频。

FSB，其全称FrontSideBus，中文名为前端总线。它是将CPU和北桥芯片的连接起来的总线，电脑的前端总线频率是由CPU和北桥芯片共同决定的。曾几何时，FSB也和外频混为一谈，这是因为在早期，尤其是Pentium4出现之前，前端总线与外频在频率上是相等的，因此往往直接称前端总线为外频。随着技术的发展，出现了QDR（四位并发总线技术）技术，它们使得前端总线的频率成为外频的两倍或者是四倍，所有才有了PentiumD820外频为200MHz，前端总线为800MHz的说法它是CPU与主板芯片组的联系纽带。总线和主板以相同速度工作，其决定了主机板的性能。单位为MHZ前端系统总线频率直接影响到CPU与内存直接数据交换速度，带宽计算公式：数据带宽=前端总线频率*数据位宽/8目前主机板上的前端总线频率有400MHZ、533MHZ、800MHZ、1066MHZ、1333MHZ几种，前端总线频率越高，CPU与内存之间的数据传输量越大，更能充分发挥出CPU的性能。INTEL的四位并发总线技术可以使系统总线在一个时钟周期内传送4次数据。对于Intel的CPU而言，FSB＝外频×4第1页/共24页FSB前端系统总线第1页/共24页AMDHT总线AMD的K8处理器可说是划时代的，它把内存控制器集成在了CPU里面，进一步降低了延迟，而且全面引入了HT（HyperTransport）总线的概念。这是一种高速点对点总线技术，在K8平台上起到传输CPU和主板芯片组之间数据的作用。K8和以往的处理器最大的区别在于：由于CPU已不通过传统的前端总线而是直接从内存获得数据，在AMD发布的Athlon64CPU规格表以及各个芯片组厂商发布的芯片组原理图上，前端总线这个名词消失了，取而代之的是HT。它和FSB到底有什么具体的区别呢？首先，FSB和外频是密不可分的，外频提高之后，FSB会随之提高，这是不可调的。但是K8平台的超频就不一样，当提高CPU的外频时，往往要将HT的倍数往下调！用AM2Athlon643000+来打个比方，其默认外频是200MHz，假设主板支持1000MHz的HT总线，外频由200MHz超到250MHz时最好把HT的倍数从5调到4，使HT总线仍然保持在1000MHz上，这样可以提高超频的成功率第2页/共24页AMDHT总线第2页/共24页目前intel处理器主流的前端总线频率有800MHz、1066MHz、1333MHz几种，而就在2007年11月，intel再度将处理器的前端总线频率提升至1600MHz（默认外频400MHz），这比2003年最高的800MHzFSB总线频率整整提升了一倍。这样高的前端总线频率，其带宽多大呢？前端总线为1333MHz时，处理器与北桥之间的带宽为10.67GB/s，而提升到1600MHz能达到12.8GB/s，增加了20%。虽然intel处理器的前端总线频率看起来已经很高，但与同时不断提升的内存频率、高性能显卡（特别是双或多显卡系统）相比，CPU与芯片组存在的前端总线瓶颈仍未根本改变。例如1333MHz的FSB所提供的内存带宽是1333MHz×64bit/8=10667MB/s=10.67GB/s，与双通道的DDR2-667内存刚好匹配，但如果使用双通道的DDR2-800、DDR2-1066的内存，这时FSB的带宽就小于内存的带宽。更不用说和未来的三通道和更高频率的DDR3内存搭配了（Nehalem平台三通道DDR3-1333内存的带宽可达32GB/s）。与AMD的HyperTransport(HT)总线技术相比，FSB的带宽瓶颈也很明显。HT作为AMDCPU上广为应用的一种端到端的总线技术，它可在内存控制器、磁盘控制器以及PCI-E总线控制器之间提供更高的数据传输带宽。HT1.0在双向32bit模式的总线带宽为12.8GB/s，其带宽便可匹敌目前最新的FSB带宽。2004年AMD推出的HT2.0规格，最大带宽又由1.0的12.8GB/s提升到了22.4GB/s。而最新的HT3.0又将工作频率从HT2.0最高的1.4GHz提高到了2.6GHz，提升幅度几乎又达到了一倍。这样，HT3.0在2.6GHz高频率32bit高位宽运行模式下，即可提供高达41.6GB/s的总线带宽（即使在16bit的位宽下也能提供20.8GB/s带宽），相比FSB优势明显，应付未来两年内内存、显卡和处理器的升级需要也没有问题。

第3页/共24页目前intel处理器主流的前端总线频率有800MHz、106CPU接口信号FSB主要连接CPU和GMCH之间数据通路。CPU的大部分信号直接与GMCH相连，其中地址线和数据线连接到GMCH芯片，VID是CPU输出到电源控制IC来选择CPU内核电压的CPU的控制信号主要和GMCH、ICH、电源等部件相连接CPU接口信号是主板维修中经常要检测的。首先测试VID是否输出正常，保证CPU的内核工作电压正常是基本的条件。测试时钟和电源。测试主要控制信号：RST#、Clock、Power-Good、A20M、INIT等信号的跳变和有效电平等情况，接下来还可以检测数据和地址信号。检测CPU信号是为了检测GMCH的信号功能，并不是为了维修CPU本身CPU接口信号说明（参阅教材P67）第4页/共24页CPU接口信号第4页/共24页PCI总线的认识PCI总线渐渐地取代了ISA总线。它有许多优点，比如即插即用(PlugandPlay)、中断共享等。在这里我们对PCI总线做一个深入的介绍。

从数据宽度上看，PCI总线有32bit、64bit之分；从总线速度上分，有33MHz、66MHz两种。目前流行的是32bit@33MHz，而64bit系统正在普及中。改良的PCI系统，PCI-X，最高可以达到64bit@133MHz，这样就可以得到超过1GB/s的数据传输速率。如果没有特殊说明，以下的讨论以32bit@33MHz为例。

一、基本概念

不同于ISA总线，PCI总线的地址总线与数据总线是分时复用的。这样做的好处是，一方面可以节省接插件的管脚数，另一方面便于实现突发数据传输。在做数据传输时，由一个PCI设备做发起者(主控，Initiator或Master)，而另一个PCI设备做目标(从设备，Target或Slave)。总线上的所有时序的产生与控制，都由Master来发起。PCI总线在同一时刻只能供一对设备完成传输，这就要求有一个仲裁机构(Arbiter)，来决定在谁有权力拿到总线的主控权。

第5页/共24页PCI总线的认识第5页/共24页电路图第6页/共24页电路图第6页/共24页PCI引脚定义

PCICOMPLIANTDEVICEAD[31::00]AD[63::32]C/BE[3:0]#C/BE[7:4]#PARFRAME#TRDY#IRDY#STOP#DEVSEL#PERR#SERR#IDSELCLKRST#GNT#REQ#PAR64REQ64#ACK64#LOCK#INTA#INTB#INTD#INTC#TDITCKTMSTRST#TDO必用引脚选用引脚地址和数据接口控制出错报告仲裁(主设备有效)系统64位扩展接口控制中断JTAG(IEEE1149.1)第7页/共24页PCI引脚定义

PCIAD[31::00]AD[63::32信号定义：32bitPCI系统的管脚按功能来分有以下几类：

系统控制：CLK：PCI时钟，上升沿有效

RST#：Reset信号

传输控制：FRAME#：标志传输开始与结束

IRDY#：Master可以传输数据的标志

DEVSEL#：当Slave发现自己被寻址时置低应答

TRDY#：Slave可以转输数据的标志

STOP#：Slave主动结束传输数据的信号

IDSEL：在即插即用系统启动时用于选中板卡的信号

地址与数据总线：AD[31::0]：地址/数据分时复用总线

C/BE#[3::0]：命今/字节使能信号

PAR：奇偶校验信号

仲裁号：REQ#：Master用来请求总线使用权的信号

GNT#：Arbiter允许Master得到总线使用权的信号

错误报告：PERR#：数据奇偶校验错

SERR#：系统奇偶校验错

第8页/共24页信号定义：第8页/共24页PCI测试治具照片描述PCI测试治具第9页/共24页PCI测试治具照片描述PCI测试治具第9页/共24页应用手册

把PCI量测治具插到PCI插槽上。把万用表功能选到测二级管档。将红色表笔接在主板的地上。用黑色表笔测量信号。

测量结果：

（1）如果测量值很高，说明是开路

（2）如果测量值很低，说明是短路

（3）如果测量值是零，说明与地短路第10页/共24页应用手册 把PCI量测治具插到PCI插槽上。把万用表功能选到AGP总线的认识AGP（AcceleratedGraphicsPort）加速图形端口是在PCI图形接口的基础上发展而来的。随着3D游戏做得越来越复杂，使用了大量的3D特效和纹理，使原来传输速率为133MB/S的PCI总线越来越不堪重负，籍此原因拥有高带宽的AGP才得以浮出水面。这是一种与PCI总线迥然不同的图形接口，它完全独立于PCI总线之外，直接把显卡与主板控制芯片联在一起，使得3D图形数据省略了越过PCI总线的过程，从而很好地解决了低带宽PCI接口造成的系统瓶颈问题。可以说，AGP代替PCI成为新的图形端口是技术发展的必然1996年7月AGP1.0图形标准问世，分为1X和2X两种模式，数据传输带宽分别达到了266MB/s和533MB/s。这种图形接口规范是在66MHzPCI2.1规范基础上经过扩充和加强而形成的，其工作频率为66MHz，工作电压为3.3v，在一段时间内基本满足了显示设备与系统交换数据的需要。

第11页/共24页AGP总线的认识第11页/共24页AGP2X显示卡第12页/共24页AGP2X显示卡第12页/共24页但显示芯片的发展实在是太快了，图形卡单位时间内所能处理的数据呈几何级数成倍增长，AGP1.0图形标准越来越难以满足技术的进步了，由此AGP2.0便应运而生了。1998年5月份，AGP2.0规范正式发布，工作频率依然是66MHz，但工作电压降低到了1.5v，并且增加了4x模式，这样它的数据传输带宽达到了1066MB/s，数据传输能力大大地增强了。第13页/共24页但显示芯片的发展实在是太快了，图形卡单位时间内所能处理的数据AGP8X作为新一代AGP并行接口总线，在数据传输频宽上和它的先辈AGP4X一样都是32bit，但总线速度将达到史无前例的66MHz×8=533MHz，在数据传输带宽上也会达到2.1GB/s的高度，这些都是原来的AGP并行接口无法企及的。它的推出正好适应了CPU和GPU（图形工作站的飞速发展）第14页/共24页AGP8X作为新一代AGP并行接口总线，在数据传输频宽上和AGP标准第15页/共24页AGP标准第15页/共24页电路图第16页/共24页电路图第16页/共24页PCI-E总线的认识1.

PCIExpress总线的起源和现状2001年春季的IDF上Intel正式公布PCIExpress，是取代PCI总线的第三代I\O技术，也称为3GIO。该总线的规范由Intel支持的AWG（ArapahoeWorkingGroup）负责制定。2002年4月17日，AWG正式宣布3GIO1.0规范草稿制定完毕，并移交PCI-SIG进行审核。开始的时候大家都以为它会被命名为SerialPCI（受到串行ATA的影响），但最后却被正式命名为PCIExpress。2006年正式推出Spec2.0（2.0规范）。PCIExpress总线技术的演进过程，实际上是计算系统I\O接口速率演进的过程。PCI总线是一种33MHz@32bit或者66MHz@64bit的并行总线，总线带宽为133MB/s到最大533MB/s，连接在PCI总线上的所有设备共享133MB/s～533MB/s带宽。这种总线用来应付声卡、10/100M网卡以及USB1.1等网络接口基本不成问题。随着计算机和通信技术的进一步发展，新一代的I\O接口大量涌现，比如千兆（GE）、万兆（10GE）的以太网技术、4G/8G的FC技术，使得PCI总线的带宽已经无力应付计算系统内部大量高带宽并行读写的要求，PCI总线也成为系统性能提升的瓶颈，于是就出现了PCIExpress总线。PCIExpress总线技术在当今新一代的存储系统已经普遍的应用。第17页/共24页PCI-E总线的认识第17页/共24页PCIExpress总线能够提供极高的带宽，来满足系统的需求。如下表所示：2.

PCIExpress总线的起源和现状PCI总线的最大优点是总线结构简单、成本低、设计简单，但是缺点也比较明显：1)并行总线无法连接太多设备，总线扩展性比较差，线间干扰将导致系统无法正常工作；2)当连接多个设备时，总线有效带宽将大幅降低，传输速率变慢；3)为了降低成本和尽可能减少相互间的干扰，需要减少总线带宽，或者地址总线和数据总线采用复用方式设计，这样降低了带宽利用率。第18页/共24页PCIExpress总线能够提供极高的带宽，来满足系统的需电路图第19页/共24页电路图第19页/共24页照片描述PCI-E测试治具第20页/共24页照片描述PCI-E测试治具第20页/共24页手册第21页/共24页手册第21页/共24页手册

1.2.3.3.第22页/共24页手册

1.2.3.3.第22页/共24页动手测量PCI、AGP、PCI-E中各信号的阻值第23页/共24页动手测量PCI、AGP、PCI-E中各信号的阻值第23页/共会计学25主板第一周天会计学1主板第一周天FSB前端系统总线IntelFSB外频，它指的是CPU和主板之间同步运行的速度，是建立在数字脉冲信号震荡速度基础之上的，也就是说，100MHz外频特指数字脉冲信号每秒钟发生一万万次的震荡。说到外频，就必须提到两个概念：倍频与主频。主频是CPU的时钟频率，倍频即主频与外频之比的倍数。主频/外频/倍频，其关系式为主频＝外频×倍频。

FSB，其全称FrontSideBus，中文名为前端总线。它是将CPU和北桥芯片的连接起来的总线，电脑的前端总线频率是由CPU和北桥芯片共同决定的。曾几何时，FSB也和外频混为一谈，这是因为在早期，尤其是Pentium4出现之前，前端总线与外频在频率上是相等的，因此往往直接称前端总线为外频。随着技术的发展，出现了QDR（四位并发总线技术）技术，它们使得前端总线的频率成为外频的两倍或者是四倍，所有才有了PentiumD820外频为200MHz，前端总线为800MHz的说法它是CPU与主板芯片组的联系纽带。总线和主板以相同速度工作，其决定了主机板的性能。单位为MHZ前端系统总线频率直接影响到CPU与内存直接数据交换速度，带宽计算公式：数据带宽=前端总线频率*数据位宽/8目前主机板上的前端总线频率有400MHZ、533MHZ、800MHZ、1066MHZ、1333MHZ几种，前端总线频率越高，CPU与内存之间的数据传输量越大，更能充分发挥出CPU的性能。INTEL的四位并发总线技术可以使系统总线在一个时钟周期内传送4次数据。对于Intel的CPU而言，FSB＝外频×4第1页/共24页FSB前端系统总线第1页/共24页AMDHT总线AMD的K8处理器可说是划时代的，它把内存控制器集成在了CPU里面，进一步降低了延迟，而且全面引入了HT（HyperTransport）总线的概念。这是一种高速点对点总线技术，在K8平台上起到传输CPU和主板芯片组之间数据的作用。K8和以往的处理器最大的区别在于：由于CPU已不通过传统的前端总线而是直接从内存获得数据，在AMD发布的Athlon64CPU规格表以及各个芯片组厂商发布的芯片组原理图上，前端总线这个名词消失了，取而代之的是HT。它和FSB到底有什么具体的区别呢？首先，FSB和外频是密不可分的，外频提高之后，FSB会随之提高，这是不可调的。但是K8平台的超频就不一样，当提高CPU的外频时，往往要将HT的倍数往下调！用AM2Athlon643000+来打个比方，其默认外频是200MHz，假设主板支持1000MHz的HT总线，外频由200MHz超到250MHz时最好把HT的倍数从5调到4，使HT总线仍然保持在1000MHz上，这样可以提高超频的成功率第2页/共24页AMDHT总线第2页/共24页目前intel处理器主流的前端总线频率有800MHz、1066MHz、1333MHz几种，而就在2007年11月，intel再度将处理器的前端总线频率提升至1600MHz（默认外频400MHz），这比2003年最高的800MHzFSB总线频率整整提升了一倍。这样高的前端总线频率，其带宽多大呢？前端总线为1333MHz时，处理器与北桥之间的带宽为10.67GB/s，而提升到1600MHz能达到12.8GB/s，增加了20%。虽然intel处理器的前端总线频率看起来已经很高，但与同时不断提升的内存频率、高性能显卡（特别是双或多显卡系统）相比，CPU与芯片组存在的前端总线瓶颈仍未根本改变。例如1333MHz的FSB所提供的内存带宽是1333MHz×64bit/8=10667MB/s=10.67GB/s，与双通道的DDR2-667内存刚好匹配，但如果使用双通道的DDR2-800、DDR2-1066的内存，这时FSB的带宽就小于内存的带宽。更不用说和未来的三通道和更高频率的DDR3内存搭配了（Nehalem平台三通道DDR3-1333内存的带宽可达32GB/s）。与AMD的HyperTransport(HT)总线技术相比，FSB的带宽瓶颈也很明显。HT作为AMDCPU上广为应用的一种端到端的总线技术，它可在内存控制器、磁盘控制器以及PCI-E总线控制器之间提供更高的数据传输带宽。HT1.0在双向32bit模式的总线带宽为12.8GB/s，其带宽便可匹敌目前最新的FSB带宽。2004年AMD推出的HT2.0规格，最大带宽又由1.0的12.8GB/s提升到了22.4GB/s。而最新的HT3.0又将工作频率从HT2.0最高的1.4GHz提高到了2.6GHz，提升幅度几乎又达到了一倍。这样，HT3.0在2.6GHz高频率32bit高位宽运行模式下，即可提供高达41.6GB/s的总线带宽（即使在16bit的位宽下也能提供20.8GB/s带宽），相比FSB优势明显，应付未来两年内内存、显卡和处理器的升级需要也没有问题。

第3页/共24页目前intel处理器主流的前端总线频率有800MHz、106CPU接口信号FSB主要连接CPU和GMCH之间数据通路。CPU的大部分信号直接与GMCH相连，其中地址线和数据线连接到GMCH芯片，VID是CPU输出到电源控制IC来选择CPU内核电压的CPU的控制信号主要和GMCH、ICH、电源等部件相连接CPU接口信号是主板维修中经常要检测的。首先测试VID是否输出正常，保证CPU的内核工作电压正常是基本的条件。测试时钟和电源。测试主要控制信号：RST#、Clock、Power-Good、A20M、INIT等信号的跳变和有效电平等情况，接下来还可以检测数据和地址信号。检测CPU信号是为了检测GMCH的信号功能，并不是为了维修CPU本身CPU接口信号说明（参阅教材P67）第4页/共24页CPU接口信号第4页/共24页PCI总线的认识PCI总线渐渐地取代了ISA总线。它有许多优点，比如即插即用(PlugandPlay)、中断共享等。在这里我们对PCI总线做一个深入的介绍。

从数据宽度上看，PCI总线有32bit、64bit之分；从总线速度上分，有33MHz、66MHz两种。目前流行的是32bit@33MHz，而64bit系统正在普及中。改良的PCI系统，PCI-X，最高可以达到64bit@133MHz，这样就可以得到超过1GB/s的数据传输速率。如果没有特殊说明，以下的讨论以32bit@33MHz为例。

一、基本概念

不同于ISA总线，PCI总线的地址总线与数据总线是分时复用的。这样做的好处是，一方面可以节省接插件的管脚数，另一方面便于实现突发数据传输。在做数据传输时，由一个PCI设备做发起者(主控，Initiator或Master)，而另一个PCI设备做目标(从设备，Target或Slave)。总线上的所有时序的产生与控制，都由Master来发起。PCI总线在同一时刻只能供一对设备完成传输，这就要求有一个仲裁机构(Arbiter)，来决定在谁有权力拿到总线的主控权。

第5页/共24页PCI总线的认识第5页/共24页电路图第6页/共24页电路图第6页/共24页PCI引脚定义

PCICOMPLIANTDEVICEAD[31::00]AD[63::32]C/BE[3:0]#C/BE[7:4]#PARFRAME#TRDY#IRDY#STOP#DEVSEL#PERR#SERR#IDSELCLKRST#GNT#REQ#PAR64REQ64#ACK64#LOCK#INTA#INTB#INTD#INTC#TDITCKTMSTRST#TDO必用引脚选用引脚地址和数据接口控制出错报告仲裁(主设备有效)系统64位扩展接口控制中断JTAG(IEEE1149.1)第7页/共24页PCI引脚定义

PCIAD[31::00]AD[63::32信号定义：32bitPCI系统的管脚按功能来分有以下几类：

系统控制：CLK：PCI时钟，上升沿有效

RST#：Reset信号

传输控制：FRAME#：标志传输开始与结束

IRDY#：Master可以传输数据的标志

DEVSEL#：当Slave发现自己被寻址时置低应答

TRDY#：Slave可以转输数据的标志

STOP#：Slave主动结束传输数据的信号

IDSEL：在即插即用系统启动时用于选中板卡的信号

地址与数据总线：AD[31::0]：地址/数据分时复用总线

C/BE#[3::0]：命今/字节使能信号

PAR：奇偶校验信号

仲裁号：REQ#：Master用来请求总线使用权的信号

GNT#：Arbiter允许Master得到总线使用权的信号

错误报告：PERR#：数据奇偶校验错

SERR#：系统奇偶校验错

第8页/共24页信号定义：第8页/共24页PCI测试治具照片描述PCI测试治具第9页/共24页PCI测试治具照片描述PCI测试治具第9页/共24页应用手册

把PCI量测治具插到PCI插槽上。把万用表功能选到测二级管档。将红色表笔接在主板的地上。用黑色表笔测量信号。

测量结果：

（1）如果测量值很高，说明是开路

（2）如果测量值很低，说明是短路

（3）如果测量值是零，说明与地短路第10页/共24页应用手册 把PCI量测治具插到PCI插槽上。把万用表功能选到AGP总线的认识AGP（AcceleratedGraphicsPort）加速图形端口是在PCI图形接口的基础上发展而来的。随着3D游戏做得越来越复杂，使用了大量的3D特效和纹理，使原来传输速率为133MB/S的PCI总线越来越不堪重负，籍此原因拥有高带宽的AGP才得以浮出水面。这是一种与PCI总线迥然不同的图形接口，它完全独立于PCI总线之外，直接把显卡与主板控制芯片联在一起，使得3D图形数据省略了越过PCI总线的过程，从而很好地解决了低带宽PCI接口造成的系统瓶颈问题。可以说，AGP代替PCI成为新的图形端口是技术发展的必然1996年7月AGP1.0图形标准问世，分为1X和2X两种模式，数据传输带宽分别达到了266MB/s和533MB/s。这种图形接口规范是在66MHzPCI2.1规范基础上经过扩充和加强而形成的，其工作频率为66MHz，工作电压为3.3v，在一段时间内基本满足了显示设备与系统交换数据的需要。

第11页/共24页AGP总线的认识第11页/共24页AGP2X显示卡第12页/共24页AGP2X显示卡第12页/共24页但显示芯片的发展实在是太快了，图形卡单位时间内所能处理的数据呈几何级数成倍增长，AGP1.0图形标准越来越难以满足技术的进步了，由此AGP2.0便应运而生了。1998年5月份，AGP2.0规范正式发布，工作频率依然是66MHz，但工作电压降低到了1.5v，并且增加了4x模式，这样它的数据传输带宽达到了1066MB/s，数据传输能力大大地增强了。第13页/共24页但显示芯片的发展实在是太快了，图形卡单位时间内所能处理的数据AGP8X作为新一代AGP并行接口总线，在数据传输频宽上和它的先辈AGP4X一样都是32bit，但总线速度将达到史无前例的66MHz×8=533MHz，在数据传输带宽上也会达到2.1GB/s的高度，这些都是原来的AGP并行接口无法企及的。它的推出正好适应了CPU和GPU（图形工作站的飞速发展）第14页/共24页AGP8X作为新一代A