微型计算机原理及应用第5章

第五章总线和主板第五章总线和主板总线的基本概念、总线的分类、总线控制原理主板的基本组成和结构、作用和功能微机主板和总线标准的发展历程、主流技术和最新发展动态

5.1总线的基本概念一、为什么要用总线CPU工作的时候需要同外围硬件设备进行数据交换，但是假如每种设备都分别引入一组线路同CPU相连，那么系统线路显然是杂乱无章的，为了避免这种情况，引入了一组通用线路，同时给不同的硬件设备配备相应的接口，于是，“总线”技术就应运而生，总线成为计算机的一个子系统。简化硬件电路设计、减少连线、简化系统结构；为了方便系统的构成、扩充或更新；总线技术使计算机的设计、生产走向标准化；总线技术还带来了高效率二、什么是总线(bus)

总线是一组传输公共信息的信号线的集合，是在计算机系统各部件之间传输地址、数据和控制信息的公共通用线路。在微机系统中采用总线技术，使CPU与Cache间、CPU与主存之间、在CPU与外设之间、主存与外设之间等都使用总线连接。形成那些总线结构呢？三、总线的体系结构

1.单总线结构框图单总线（系统总线）CPUM.MI/O接口

外部设备1

外部设备2I/O接口…

外部设备nI/O接口…1、使用一条单一的系统总线来连接CPU、主存和I/O设备2、结构简单，便于扩充；3、不允许两个以上的部件同一时刻占用总线；影响效率4、传送的延迟，导致影响速度，无法满足高速外设需求5、应用于小型机和微型机2.双总线结构（1）具有特殊功能的处理器由通道对I/O统一管理通道I/O接口

设备n

……I/O接口

设备0

CPU主存主存总线I/O总线1、将速度较低的外设从单总线上分离出来2、保持了单总线系统简单、易于扩充的优点3、系统的吞吐能力增大；多用于大、中型计算机系统。

以存储器为中心的双总线结构（2）系统总线M.MCPUI/O接口

外部设备1…

外部设备nI/O接口…存储总线

面向CPU的双总线结构（3）中央处理器CPUI/O总线M总线主存储器

M.MI/O接口

外部设备1

外部设备2……I/O接口I/O接口

外部设备n考虑到I/O设备的速度差异，进一步提高系统效率，可在该结构上再作如何改进？3.三总线结构（1）主存总线DMA总线I/O总线CPU

主存设备1设备n高速外设I/O接口I/O接口I/O接口……DMA表示直接存储器存取；主存总线和DMA总线不能同时对主存进行存取操作

三总线结构的又一形式局域网CPUCache局部总线扩展总线接口Modem串行接口SCSI局部I/O控制器主存Cache通过局部总线和CPU相连，通过系统总线和主存相连通过扩展总线接口实现两种总线间的信息传递明显提高了系统的工作效率扩展总线系统总线4.四总线结构扩展总线主存Cache/桥扩展总线接口局域网SCSI多媒体CPU调制解调器串行接口FAX系统总线局部总线高速总线图形高速总线上挂放高速性能的外设，局域网、图形工作站等.通过Cache或高速总线桥和局部总线及系统总线相连，使高速设备很少依赖CPU，但更贴近CPU现代微机总线结构示意图CPUcacheDRAMBridge/MemorycontrollerAudioVideoPCILocalBusLANSCSIBUSBridgeISA、IDEMicroChannelBaseI/OGraphics图形图象处理视频处理桥接控制器总线与接口

在微机系统中除了采用总线技术外，还采用了标准接口技术。接口一般是指主板和某类外设之间的适配电路，其功能是解决主板和外设之间在电压等级、信号形式和速度上的匹配问题。有关接口的内容后面有专章讲述。由于目前的一些新型接口标准，如USB、IEEEl394等，允许同时连接多种不同的外设，因此也把它们称为外设总线。此外，连接显示系统的新型接口AGP，由于习惯上的原因（原来的显卡要插入ISA或者PCI总线插槽中），也被称为AGP总线，但实际上它应该是一种接口标准。之所以在此提出这个问题，是想说明在某些情形下，总线标准和接口标准其实是没什么分别的，关键在于你从什么角度看问题。1．总线分类方法（1）根据连接层次分类。1）片内总线——在CPU或I/O芯片内部，用于片内各功能单元，如寄存器、算术逻辑部件ALU、控制部件等之间传输数据所用的总线称为片内总线（即芯片内部的总线）。

2）芯片总线——也称片总线。指一块电路板上各芯片之间的总线，用于芯片一级的互连。片总线为元件级总线。片总线包括地址总线、数据总线和控制总线，即所谓三总线结构。如下列总线：CPU总线：又称为FSB（系统前端总线），是PC系统中最快的总线，主要由CPU来使用，用于CPU和北桥、南桥之间进行通信。北桥系统控制芯片，主要负责CPU与内存、CPU与AGP之间的通信。掌控项目多为高速设备，如：CPU、HostBus。后期北桥集成了内存控制器、Cache高速控制器。内存总线：用于内存到北桥之间通信的通道。这是与内存DRAM相连的总线，包括地址线（M-AB）、数据线（M-DB）和控制线（M-CB），用来连接存储控制器和DRAM。当CPU要和内存交换数据时必须通过CPU总线和存储器总线。当内存是以扩展卡的形式插在I/O扩展槽中时，还需要通过下面介绍的系统总线。AGP总线：AGP（图形加速端口）接口到北桥之间的通信通道。

南桥芯片（SouthBridge）是主板芯片组的重要组成部分，一般位于主板上离CPU插槽较远的下方，PCI插槽的附近，这种布局是考虑到它所连接的I/O总线较多，离处理器远一点有利于布线。相对于北桥芯片来说，其数据处理量并不算大，所以南桥芯片一般都没有覆盖散热片。南桥芯片不与处理器直接相连，而是通过一定的方式（不同厂商各种芯片组有所不同，例如英特尔的英特尔HubArchitecture以及SIS的Multi-Threaded“妙渠”）与北桥芯片相连。

南桥芯片负责I/O总线之间的通信，如PCI总线、USB、LAN、ATA、SATA、音频控制器、键盘控制器、实时时钟控制器、高级电源管理等。

PCI总线：PCI接口到南桥之间的通信通道。系统总线（又称为内总线、板级总线、部件总线）是微机中各插件板与系统板之间的总线，用于插件板一级的互连。这是主板通往各个I/O扩展总线槽之间的一条主干线，用来与扩充插槽上的各扩充板卡和外部设备相连接，如声卡、硬盘存储设备、高速网卡。系统总线有多种标准，以适用于各种系统，如S-100总线、目前流行的连接高速I/O设备的PCI总线、Multi总线，STD、IBM—AT标准总线等。

局部总线是介于芯片总线和系统总线之间的总线。从逻辑上讲是芯片总线，存取速度比系统总线快，但是用于多个模块之间的连接。一般将具有总线仲裁能力的多主控模块之间的总线称为系统总线，将不具有总线仲裁能力的多主控模块之间的总线称为局部总线。这是主板通往各个I/O扩展总线槽之间的一条主干线，用来与扩充插槽上的各扩充板卡和外部设备相连接，如显卡、硬盘存储设备、高速网卡。系统总线有多种标准，以适用于各种系统，目前流行的连接高速I/O设备的总线是PCI总线。外部总线（又称为外总线、设备总线、通信总线）是微机和微机、微机和外部设备（如其他仪器仪表）之间的总线。通常所说的总线（Bus）则是指外部总线。其表现形式为微机后面板上的某些通信端口。这种总线不是计算机所专有的，它通常是借用电子工业其他领域已有的总线标准并加以应用而形成的。如计算机网络所设置的外部总线。（2）按总线传送信息的类别，可把总线分为地址总线（AddressBus，AB）、数据总线（DataBus，DB）和控制总线（ControlBus，CB）。通常所说的总线都包括这三个组成部分。（3）按照总线传送信息的方向，可把总线分为单向总线和双向总线。单向总线的功能是使挂在总线上的一些部件将信息有选择地传向另一些部件，而不能反向传送。双向总线则能使任何挂在总线上的部件或设备之间互相传送信息。上面所说的地址总线属于单向总线，方向是从CPU或其他总线主控设备发往其他设备。数据总线属于双向总线。控制总线中的每一根控制线方向是单向的，但各控制线的方向有进有出。5.按传输方式分串行并行返回2、总线的标准化和总线规范（1）机械结构规范。指总线机械性能，如插头与插座、连接器的几何尺寸、形状、引脚的个数以及排列的顺序，接头处的可靠接触等。（2）电气规范。指总线的每一根传输线上信号的传递方向和有效的电平范围、最大额定负载能力，以及动态转换时间等。通常规定由CPU发出的信号叫输出信号，送入CPU的信号叫输入信号。总线的电平定义与TTL相符。（3）功能结构规范。指总线中每根传输线的名称、功能及相互作用的协议、时序、信息流向、信息管理规则等。（4）时间规范。指总线中的每一根线在什么时间内有效。即有效时序的关系，时间特性一般可用信号时序图来描述。3．总线性能指标:常用的量化指标如下：（1）总线宽度：它是指数据总线的根数以及总线传输信息的串并行性。根数，用bit（位）表示。串行总线在同一根信号线上分时传输同一数据字的不同位；并行总线在不同信号线上同时传输一个数据字的不同位；

数据总线宽度，它表示构成计算机系统的计算能力和计算规模；地址总线位数，它决定了系统的寻址能力，表明构成计算机系统的规模；控制总线信号，它代表了总线的特色，表示总线的设计思想、控制技巧。（2）总线带宽：总线的频带宽指的是总线本身所能达到的最大传输率，即单位时间内总线上可传送的数据量，通常用MB/s表示或bit/s（每秒多少位）表示。（3）工作频率f：也称为总线的时钟频率BCLK，以MHz为单位。它是指用于协调总线上的各种操作的时钟信号的频率。与总线频带宽密切相关的两个概念是总线宽度和总线的工作频率。在工作频率一定的条件下，总线的频带宽与总线宽度成正比。总线频带宽的计算公式如下：

Q=f·W/N公式中，f——总线工作频率（MHz）；W——总线宽度（Byte）；N——传送一次数据所需时钟周期（T）的个数。例如，在EISA总线上进行8位存储器存取时，一个存储器存取周期最快为3个T，因而当BCLK为8.33MHz时，Q=8.33×1/3，其总线传输率为2.78MBps。但在EISA总线上进行32位突发（Burst）存取方式时，每一个存取周期为1个T，因而当BCLK为8.33MHz时，Q=8.33×4/1，其总线传输率为33MBps（考虑了第一次存取周期要长），这也是EISA总线的最大传输率。（4）时钟同步/异步。总线上的数据与时钟同步工作的总线称同步总线，与时钟不同步工作的总线称为异步总线。一般有同步协议、异步协议、半同步协议和分离式协议。（5）总线复用。通常地址总线与数据总线在物理上是分开的两种总线。为了提高总线的利用率，优化设计，特将地址总线和数据总线共用一条物理线路，只是某一时刻该总线传输地址信号，另一时刻传输数据信号或命令信号。这叫总线的多路分时复用。（6）信号线数。即地址总线、数据总线和控制总线三种总线数的总和。（7）总线控制方式。包括并发工作、自动配置、仲裁方式、逻辑方式、计数方式等。（8）其他指标。指负载能力问题等。

f/Hz122百4千6万8M40M78G表5-1常见总线的带宽和传输率5.2总线的工作原理5.2.1总线的控制5.2.2数据传送5.2.3总线仲裁5.2.4总线驱动和其他控制5.2.1总线的控制可以控制总线并启动数据传送的任何设备称为总线主控设备或主设备，响应总线主控器发出的总线命令的任何设备称为从设备。系统中可以有多个主控设备，但任一时刻一组总线上只能有一个设备经申请同意后，工作在主控方式。总线的控制贯穿在从总线主设备申请使用总线到数据传送完毕的整个过程，要经过几个步骤：总线请求、总线仲裁、寻址、传送数据、检错和出错处理。总线控制线路主要包括总线仲裁逻辑电路、驱动器和中断逻辑电路等。数据传送控制（通信控制）源部件（发送数据）目的部件（接收数据）

确保数据传送可靠、源部件和目的部件的同步、实现两部件间的协调，需要考虑：总线数据传输方式总线传送方向定时信号的实现方式（*）1.数据传输方式分为正常传输方式和突发传输方式（burstmode）两种。正常传输方式是指在一个传输周期内，一般是先给出地址，然后给出数据。在以后的传输周期里，不断重复这种先送地址、后送数据的方式进行传输。突发方式是指在传输大批量地址连续的数据时，除了第一个周期先送首地址、后给出数据外，以后的传输周期内，不需要再送地址（地址自动加一）而直接送数据，从而达到快速传送数据的目的。2．总线传输方向分为单向和双向传输，一般地址总线和控制总线为单一方向传输，而数据总线一般为双向传输。

3．定时信号的实现方式定时信号的实现方式有三种：同步方式、异步方式和半同步方式。（1）同步方式。通信双方由统一时钟控制数据的传送，这个公共时钟通常由总线控制部件发出，送到总线上的所有部件；也可以由每个部件的时序发生器发出，但必须由总线控制部件发出的时钟信号进行同步。同步方式的优点是规定明确、统一，模块间的配合简单一致。缺点是对部件速度的一致性要求较高，缺乏灵活性。同步方式适合于总线长度较短、各部件存取时间比较一致的场合，可以工作在较高的时钟频率下。（2）异步方式。异步方式允许各模块速度的不一致性，给设计者充分的灵活性和选择余地。它没有公共的时钟标准，不要求所有部件严格地统一动作时间，而是采用应答方式（又称握手方式），简单地说，即当主模块发出请求（Request）信号时，一直等待从模块反馈回来“响应”（Acknowledge）信号后，才开始通信。当然，这就要求主从模块之间增加两条应答线（即握手交互信号线Handshaking）。异步方式的最大优点是其灵活性，它可以允许速度差异很大的设备之间互相通信；缺点是增加了延迟，降低了传输率。（3）微机中同步与异步方式的结合。微机系统中既有同步方式也有异步方式的总线通信。一般由总线控制器定时的数据传送都在同步方式下进行，如存储器的读写操作。而由Ready和ACK配对使用的异步传送也是屡见不鲜。还有一种两者结合的半同步方式，既保留了同步通信的基本特点，如所有的地址、命令、数据信号的发出时间，都严格参照系统时钟的某个前沿开始，而接收方都采用系统时钟后沿时刻来进行判断识别。同时又像异步通信那样，允许不同速度的模块和谐地工作。为此增设了一条“等待”（WAIT）响应信号线。

以读命令为例（如图5-7所示的时序图），在同步通信中，主模块在T1发出地址，T2发出命令，T3传输数据，T4结束传输。倘若从模块工作速度较慢，无法在T3时刻提供数据，则必须在T3之前通知主模块，使其进入等待状态，此刻，从模块置WAIT为低电平有效。主模块在T3测得“等待”有效，则不立即从数据线上取数，这样一个时钟周期、一个时钟周期地等待，直到主模块测得WAIT为高电平，即“等待”无效时，主模块才把下一周期当作正常周期T3处理，获取数据，T4结束传输wait图5-7半同步方式数据传输时序图wait(1)同步式数据输入T1总线传输周期T2T3T4

时钟

地址

读命令

数据(2)同步式数据输出T1总线传输周期T2T3T4

时钟

地址

写命令

数据不互锁半互锁全互锁(3)异步通信主设备从设备请求回答(4)半同步通信同步发送方用系统时钟前沿发信号

接收方用系统时钟后沿判断、识别（同步、异步结合）异步允许不同速度的模块和谐工作

增加一条“等待”响应信号

WAIT返回总线判优控制

总线判优控制

主设备(模块)对总线有控制权

从设备(模块)响应从主设备发来的总线命令1.基本概念链式查询计数器定时查询独立请求方式2.链式查询方式总线控制部件I/O接口0…BSBRI/O接口1I/O接口n…BG数据线地址线BS

-总线忙BR-总线请求BG-总线同意I/O接口10BS

-总线忙BR-总线请求总线控制部件数据线地址线I/O接口0…BSBRI/O接口1I/O接口n设备地址3.计数器定时查询方式I/O接口1

计数器设备地址1

计数器定时查询方式

计数器定时查询方式原理示于图6.9（b）。总线上的任一设备要求使用总线时，通过BR线发出总线请求。中央仲裁器接到请求信号以后，在BS线为“0”的情况下让计数器开始计数，计数值通过一组地址线发向各设备。每个设备接口都有一个设备地址判别电路，当地址线上的计数值与请求总线的设备地址相一致时，该设备置“1”BS线，获得了总线使用权，此时中止计数查询。

每次计数可以从“0’开始，也可以从中止点开始。如果从“0’开始，各设备的优先次序与链式查询法相同，优先级的顺序是固定的。如果从中止点开始，则每个设备使用总线的优先级相等。计数器的初值也可用程序来设置，这就可以方便地改变优先次序，显然这种灵活性是以增加线数为代价的。

排队器排队器4.独立请求方式总线控制部件数据线地址线I/O接口0I/O接口1I/O接口n…BR0BG0BR1BG1BRnBGnBG-总线同意BR-总线请求总线驱动和其他控制总线驱动能力（负载能力）考虑信号线、考虑电源的驱动能力其他控制中断控制：中断请求、中断认可、中断判优系统时钟控制、复位控制、各种协议控制等5.2.3总线仲裁

总线由多个部件使用分时复用技术共享，即在总线上某一时刻只能有主控部件控制总线，为了避免各部件同时发送信息到总线的冲突，必须要有一个总线仲裁（控制）机构。若多个主设备同时发出总线请求信号,就由总线控制器的判优,仲裁逻辑电路按一定的优先等级顺序，确定哪个主设备能使用总线。根据总线控制部件的位置，控制方式可以分成集中方式与分散方式两类。总线控制逻辑集中在一处的，称为集中式总线控制。总线控制逻辑分散在总线各部件中的，称为分散式总线控制。集中仲裁有三种优先权仲裁方式：链式查询、计数器定时查询和独立请求方式。5.2.4总线驱动和其他控制

总线的驱动能力是有限的，换句话说，总线带负载能力是有限的，在计算机系统中通常采用三态输出电路或集电极开路输出电路来驱动总线，使其带更多负载。总线驱动除考虑信号线外，电源的驱动能力有时也是考虑的重要方面，特别是现在的一些外设总线，设备的电源完全从总线获得，更应该考虑这个问题。总线应具有中断处理机制，包括中断请求线、中断认可线和中断判优逻辑，能正确处理总线设备发出的中断请求。总线还具有系统时钟、复位、各种协议等其他控制内容。5.3微机系统总线标准5.3.1系统总线标准5.3.2常见系统总线标准5.3.3其他总线5.3.1系统总线标准1．标准的重要性系统总线与其他总线不同，它是与I/O扩展插槽相连接的。I/O插槽中可以插入各种扩充板卡，作为各种外设的适配器与外设连接。因此要求系统总线必须有统一规范化的可通用的标准。

2．系统总线标准的内容为了兼容，还要求插件的几何尺寸相同，插座的针数相同，插座中各针的定义相同，信号的电平相同、工作的时序也要相同。系统总线通常为50-100根信号线，这些信号线可分为五个主要类型：数据线：决定数据宽度。地址线：决定直接选址范围。控制线：包括控制、时序和中断线，决定总线功能和适应性的好坏。电源线和地线：决定电源的种类及地线的分布和用法。备用线：留给厂家或用户自己定义。有关这些信号线的标准主要涉及到如下几个方面：l

信号的名称。l

信号的时序关系。l

信号的电平。l

接插件的几何尺寸。l

接插件的电气参数。l

引脚的定义、名称、序号。l

引脚的个数。l

引脚的位置。l

电源及地线。5.3.2常见系统总线标准1．PC/XT、ISA（PC/AT）总线2．MCA、EISA总线3．VESA、PCI总线4．AGP总线ISA→

(PC/XT总线)+36线插座，

提供了执行系统基本的存储器输入输出方式

存储器直接存取方式（I/O）DMA（新增了3个DMA）

以及这些功能所需要的信号及定时规范。

ISA总线增加了数据线宽度和寻址空间

加强了中断处理（新增了7个中断级别）

ISA总线插头具有98个引脚(接地和电源引脚10个、数据线引脚16个、地址线引脚27个、各控制信号引脚45个)。

具备了一定的多主控功能。

故ISA（AT）总线特别适合于

控制外设和进行数据通信的功能模块。

1．PC/XT总线早已淘汰,ISA（IndustryStandardArchitecture）总线工作频率为f=8MHz，总线宽度W=2Byte，传送一次数据所需要周期数N=2，所以总线传输率Q=8×2/2=8MB/s。----ISA（industrialstandardarchitecture）总线标准是IBM公司1984年为推出PC/AT机而建立的系统总线标准，所以也叫AT总线。它是对XT总线的扩展，以适应8/16位数据总线要求。它在80286至80486时代应用非常广泛，以至于现在奔腾机中还保留有ISA总线插槽。ISA总线有98只引脚。

2．MCA、EISA总线（1）MCA总线

1987年IBM公司为保护自身的利益，在宣布PC/2机器时，推出相对封闭的微通道结构，简称为MCA总线，试图由该公司加以专利控制。从技术上讲，MCA是比较先进的，数据宽度为32位,并提供了burstmode(突发模式),使数据传输率是ISA的4倍，达到33MBps。但是，由于MCA总线与ISA总线不兼容，不支持ISA外设，影响了在PC兼容机上的使用。（2）EISA总线为了打破IBM的垄断，1988年9月，Compaq，AST，Epson，HP，Olivetti，NEC等9家公司联合起来，推出了一种兼容性更优越的总线，即EISA总线。它是在ISA总线的基础上使用双层插座和双层金手指的结构，在原来ISA总线的98条信号线上又增加了98条信号线，也就是在两条ISA信号线之间添加一条EISA信号线。在实用中，该总线除了具有与MCA总线完全相同的功能外，还与ISA总线百分之百兼容。

EISA是一种支持多处理器的高性能32位地址线，16/32位数据线，支持多处理器结构，具有较强的I/O扩展能力和负载能力，支持多总线主控，适用于网络服务器、高速图像处理、多媒体等领域。由于EISA总线是各计算机公司共同推出的，技术标准公开，因而受到世界上众多厂家的欢迎。但由于兼顾了ISA的电气特性，因而妨碍了EISA总线速度的进一步提高。（1）VESA总线

1992年8月28日VESA（VideoElectronicsStandardsAssociation视频电子标准协会）联合60余家公司，对PC总线进行了第五次创新，推出了VESALocalBus（简称VL总线）局部总线标准VESAV1．0。

VESA数据总线宽度为32位，总线时钟与CPU主频有关，最大不超过40MHz，支持突发传输方式（BurstMode），总线最高传输率132Mbps，地址总线宽度32位，总线最大寻址空间为4GB。从VESA局部总线结构上看，局部总线好像是在传统总线和CPU之间又插入了一级，将一些高速外设如网络适配器、GUI图形板、多媒体、磁盘控制器等从传统总线上卸下，直接通过局部总线挂接到CPU总线上（在16位扩展槽的行线上增加了第二个扩展槽），使之与高速CPU相匹配。

该总线系统考虑到CPU与主存和Cache的直接相连，通常把这部分总线称为CPU总线（前端总线FSB）或主总线，其他设备通过VL总线与CPU总线相连，所以VL总线被称为局部总线。

VL总线没有很多严格的标准，只规定了信号线定义，对时间关系、负载情况等并没有精确的规定。因此，不同公司的VL总线板卡相互兼容性较差，扩展性也不好，最多只能有3个扩展槽，并且VESA所支持的总线时钟不超过40MHz。但它协议简单，基本上不需要增加成本，它的高达32Mbps的数据传输率,对于GUI（图形用户界面）和多媒体的应用，满足要求，得到了极快的发展。适用486芯片.由于VESA总线是直接挂在CPU上，在CPU升级或任务变动时都会使得VESA不再适用，例如，VESA不能支持Pentium及其以上的芯片。因此，随着486芯片的衰落，VESA已逐渐消失。

（2）PCI（外部设备互连）总线（图5-9）一种既具有VESA局部总线的高数据传输率，又与CPU相对独立，并且功能更强的总线？1）PCI局部总线的结构。在ISA总线和CPU总线之间增加一级总线，由PCI局部总线控制器（或称为“桥”，Bridge）相连接。可将一些高速外设，例如网络适配卡、磁盘控制器等从ISA总线上卸下来，通过PCI局部总线直接挂在CPU总线上，使之与高速的CPU总线相匹配。PCI局部总线带宽32位，可扩展至64位；工作频率为33MHz，最大传输率133Mbps。

1）PCI局部总线的结构。PCI局部总线带宽32位，可扩展至64位；工作频率为33MHz，最大传输率133Mbps。CPUPCI局部总线PCI局部总线控制器（桥，Bridge）ISA总线控制器ISA局部总线高速外设插槽低速外设插槽

在PCI总线上，基本的传输机制是突发传输（Burst）技术，一次突发传输通常由一个地址周期和一个或几个数据周期组成。PCI总线支持在存储器、I/O和配置空间中的传输，利用建立在PCI总线上的传输，可以把PCI总线上的写周期的数据缓存起来，在以后的周期里，再向下层PCI总线上生成写周期。在读操作时，桥也可以先于PCI总线，直接在下层PCI总线上进行预读。桥也叫桥连器，实际上这是一个总线转换部件。其功能是连接两条计算机总线，使总线间相互通信。它可以把一条总线的地址空间映射到另一条总线上，使系统中每一台总线主设备（Master）能看到同样的一份地址表。从整个存储系统看，有了整体性统一的直接地址表，可以大大简化编程模型。桥本身可以十分简单，也可以相当复杂。在PCI规范中，提出了3种桥的设计：①主桥，就是CPU至PCI的桥；②标准总线桥，即PCI至标准总线如ISA、EISA、微通道之间的桥；③PCI桥，在PCI与PCI之间的桥。其中，主桥称为北桥（NorthBridge）；其他的桥称为南桥（SouthBridge）。2）PCI局部总线的特点。l

线性突发传输，确保总线不断满载数据，减少无谓的寻址作业。l存取延误极小。l

PCI总线支持总线主控及微处理器与这些总线主控同时操作。l独立于CPU的结构。lPCI芯片将大量系统功能如内存、高速缓冲存储器、控制器等高度集中，节省了逻辑电路，数据线和地址线采用多路复用，使PCI部件用以连接其他部件的引脚数目从此前的80多个降至50个以内，提高了性能，降低了成本。lPCI总线能适应多种机型，兼容各类总线，支持即插即用技术。lPCI总线在开发时就预留了充足的发展空间。图5-9PCI总线插槽4．AGP总线（1）AGP总线与PCI总线不同，其地址和数据线分离（PCI为49根信号线，而AGP总线是65根），可实现“流水线”处理，没有切换的“开销”，提高了系统实际数据传输速率和随机访问主内存时的性能。（2）

AGP总线的首要目的是将“图形纹理”数据置于主内存，减少图形存储器的容量，生产廉价、高性能的图形卡，开通主内存到图形卡的高速传输通道。内存/PCI切换控制芯片组具有“事务处理”队列，以实现“流水线”处理。图形控制芯片一旦将请求传送给主内存/PCI控制芯片组，就立刻释放总线。主内存/PCI控制芯片组可以把多个申请命令存入队列，按优先权依次响应、处理。图形控制芯片在数据的等待时间里，可以接受处理结果，因而可提高总线的整体使用效率。AGP(AcceleratedGraphicsPort，加速图形端口)是为了提高视频带宽而设计的一种总线规范，最早出现在440LX芯片组中。在采用AGP的系统中，显示卡通过AGP总线、芯片组与主内存相连，直接读取主内存中的显示数据，提高了显示芯片与主内存间的数据传输速度，减轻了PCI总线的负载，有利于其他PCI设备充分发挥性能。AGP总线的发展经历了AGP1×、2×、4×、8×等阶段。AGP总线工作时钟频率为66MHz，位宽为32位。1×模式带宽为266MB/s(66MHz×32bit/8)；2×模式采用双脉冲沿数据传输技术，每时钟周期可传输2次数据，带宽增加至533MB/s(2×66MHz×32bit/8)；4×和8×模式采用了在每时钟周期传输4次和8次数据的方式(等效是提高了AGP总线工作频率)，带宽分别增加至1GB/s(4×66MHz×32bit/8)和2.1GB/s(8×66MHz×32bit/8)。CPUPCI局部总线AGP局部总线控制器（芯片组）ISA总线控制器ISA局部总线高速外设插槽低速外设插槽加速图形适配器内存加速图形端口显卡4．AGP总线结构示意图（2）AGP总线的特点。

AGP总线可以将系统主内存映射为AGP内存，用作图形卡上的专业显存的扩展；并通过直接内存执行方式提高系统的三维（3D）图形处理性能，减少图形设备对系统的占用。

AGP总线最重要的特征是提高了数据传输的带宽。由于AGP总线宽为32位，基于66MHz时钟，并在时钟脉冲的“上升沿”和“下降沿”都能传输数据，因而可达到533Mbps的理论传输率，比普通PCI接口图形卡提高了4倍。

AGP总线还借用了处理器的“流水线”技术，并有8条额外的“边际”（Sideband）数据请求线，支持对数据的“流水线”装入和预先读取，可将需要的“边际数据”一起传输，大大增加了有效带宽。如果采用AGP4×模式，AGP总线的时钟频率将增加到133MHz，其数据传输率将突破1Gbps。（3）AGP总线的工作方式。两种工作方式：

1）DMA；AGP总线先将系统主内存中的纹理和其他数据装载到图形加速器的本地内存中（像纹理映射、明暗度调整、Z向缓冲等工作都由图形加速器在本地内存中执行）在此模式下，AGP总线与基于PCI的图形加速器的工作方式大致一样，而图形加速器只是拥有了AGP总线高速数据传输的优势。2）直接内存执行方式（DirectMemoryExecute，DME）。当AGP总线处于DME方式时，图形数据可直接在系统主内存中执行，而不需要将原始数据全部传输到图形控制器。减少主内存和图形控制器之间的数据传输量，尤其是在贴图数据量很大时，优势更加明显。

两者最大的区别在于3D图形加速芯片是否能直接利用系统内存中的纹理贴图数据进行渲染。

AGP总线工作时钟频率为66MHz，位宽为32位。1×模式带宽为266MB/s(66MHz×32bit/8)；2×模式采用双脉冲沿数据传输技术，每时钟周期可传输2次数据，带宽增加至533MB/s(2×66MHz×32bit/8)；4×和8×模式采用了在每时钟周期传输4次和8次数据的方式(等效是提高了AGP总线工作频率)，带宽分别增加至1GB/s(4×66MHz×32bit/8)和2.1GB/s(8×66MHz×32bit/8)。AGP图形卡可在CPU存取系统主内存时读取主内存中AGP映射的内容，也可以同CPU及其他外设并行工作，降低了计算机系统对数据通道的竞争和冲突。同样，AGP图形卡相对于PCI图形卡来说，在对主内存的操作中，多了个“额外”的端口，AGP可以从显存中调入框架（Frame）、缓冲（Z-buffer）值等元素的同时，从系统主内存调入纹理等图形数据。通过该方式，在理想状态下，AGP图形系统可以比PCI图形系统提高55%的性能。当CPU需要向显卡传送图形指令或动画等数据时，CPU可直接写到系统主内存的AGP映射中去，所花的时间远远少于通过图形卡写到显存中的时间。

5.3.3其他总线1．EPP、RS-2322．IEEE1394、USB3．EIDE、SCSI（1）EPP并行接口

IEEE1284标准为个人计算机的并行接口提供了高速的访问手段。其中的第一种“正向方式”被大多数计算机用来向打印机传输数据，通常称为‘Centronics’方式，也称为标准方式。

EPP方式是IEEE1284并行接口标准的五种数据传输方式之一，EPP（EnhancedParallelPort，增强型并行接口）方式主要用于非打印机辅助设备，如CD-ROM(光盘)、扫描仪等。增强型并行接口协议最初由Intel、Xircom和Zenith公司开发，其目的是提供高性能并行线路接口，并仍然与标准并行线路接口兼容。该协议由Intel在386SL芯片组芯片实现。它的实现先于IEEEl284委员会在相关协议标准上的工作。EPP协议最重要的特点之一，就是全部数据传输发生在一个ISAI/O周期内部，结果是使系统能达到500Kbps到2Mbps的速率。这样，并行接口外设的操作速度将接近于ISA插卡工作速度。现在的微机一般提供一个并行口插座，可以在Centronics、EPP/ECP（高速增强型/扩展型并行口）等方式下工作。（2）RS-232串行接口

RS-232依然是现代微机的标准串行口，一般提供两个插座，MS-DOS规定其设备名为COM1、COM2，现在仍沿用这些名称。也有主板只提供一个插座的情况。

RS-232标准也称为EIA-32标准，由美国电气工业协会在1962年发表，目前使用的是为1991年发布的第5修订版，即EIA-232-E。该接口可用于DTE（数据扩展终端）设备与语音级调制解调器的连接，以利用公众模拟远程通信系统传输数据。2．RS-485通信总线在通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收，因此，具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mv的电压，故在千米以外传输信号都能得到恢复。RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路必须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互联时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。

3．IEEE488通信总线

IEEE488总线是一种并行外部总线接口标准。IEEE488总线用来连接系统（不再是模块），例如，微计算机、数字电压表、数码显示器等设备及其他仪器仪表均可用IEEE488总线装配起来。它按照位并行、字节串行双向异步方式传输信号，连接方式为总线方式，仪器设备直接并联在总线上，总线上最多可连接15台设备。设备间最大距离为20m，整个系统的电缆总长不超过220m。信号传输速度一般为500KB/s，最大传输速度为1MB/s。

IEEE488总线组成的系统中每台设备可以按控制器、发送器或者接收器的方式工作，这由各种设备具备的不同功能确定。IEEE-488总线采用负逻辑工作，使用24针组合插头座，其信号线中有8根地线，8根双向数据线，3根字串传送控制线用于异步联络方式传输数据，5根接口管理线用于控制总线的工作。（1）IEEE1394总线。

IEEE1394是一种串行接口标准，可把计算机、计算机外设、家电非常简单地连接起来的机外总线。IEEE1394的原型是运行在AppleMac电脑上的FireWire（火线），由IEEE（电气和电子工程师协会）采用并重新进行了规范。它定义了数据的传输协定及连接系统，可用较低的成本达到较高的性能。使用1394机外总线，将改变目前计算机本身拥有众多附加插卡和连接线的状况，它把各种外设和各种家用电器连接起来，最终将使计算机也变成一种普通的家电。（2）USB总线。

USB是通用串行总线（UniversalSerialBus），是一种支持即插即用的新型串行接口。也有人称之为“菊链（daisy-chaining）”，在一条“线缆”上可链接127个设备。USB要比标准串行口快得多，其数据传输率可达每秒4Mb～12Mb（而老式的串行口最多是每秒115Kb）。

1）USB总线的主要性能特点。①

USB提供机箱外的热插拔连接。②

USB总线采用集线器方式连接各个外部设备。每个集线器带有连接其他外设的USB接口，使USB总线经过它再连接到其他外设。集线器可以是单独的，也可以和设备的USB接口做在一起。通过集线器的多路转换功能，一个USB控制器可以连接多达127个外设，而两个外设间的距离（线缆长度）可达5m。USB统一的4针插头将取代机箱后部众多的串行口、并行口、键盘等插头。USB能智能地识别USB链上外围设备的插入或拆卸，因此扩充卡、DIP开关、跳线、IRQ、DMA通道、I/O地址都将成为历史。2）USB总线与IEEE1394总线的差别。①

USB1.1的传输速率最高为12Mb/s，USB2.0总线的传输速率已可达480Mbps的传输速率，与IEEE1394总线的100～400Mbps传输速率的差距越来越小。②

IEEE1394的拓扑结构中，不需要集线器就可连接63台设备，而且可以由网桥（Bridge）再将这些独立的子网（Subtree）连接起来。IEEE1394并不强制使用计算机控制这些设备，即外围设备可以独立工作。而在USB的拓扑结构中，必须通过集线器来实现多重连接，每个集线器最多有7个连接头，整个USB网络中可以最多连接127个设备。并且，一定要有计算机的存在，作为USB总的控制。③

IEEE1394的拓扑结构在其外设增添或减少时，会自动重设网络，其中包括网络短暂的等待状态；而USB以Hub来判明其连接设备的增减，因此可以减少USB网络动态重设的状况。----5．CompactPCI

----以上所列举的几种系统总线一般都用于商用PC机中，在计算机系统总线中，还有另一大类为适应工业现场环境而设计的系统总线，比如STD总线、VME总线、PC/104总线等。这里仅介绍当前工业计算机的热门总线之一——CompactPCI。

----CompactPCI的意思是“坚实的PCI”，是当今第一个采用无源总线底板结构的PCI系统，是PCI总线的电气和软件标准加欧式卡的工业组装标准，是当今最新的一种工业计算机标准。CompactPCI是在原来PCI总线基础上改造而来，它利用PCI的优点，提供满足工业环境应用要求的高性能核心系统，同时还考虑充分利用传统的总线产品，如ISA、STD、VME或PC/104来扩充系统的I/O和其他功能。作业P145/一/1，2/二/1，2/四/1，2

5.4总线新技术1．EV6与P4总线2．PCI-X局部总线3．NGIO总线4．UMA总线5．FUTUREI/O总线6．PCIExpress总线7．HyperTransport总线总线新技术1．EV6AMD公司在其最先推出的一款Athlon处理器上使用了一个200Mbps的前端总线，即Digital公司的Alpha总线协议AlphaEV6，其带宽较Intel的P6GTL+总线协议大1倍，现在的Athlon采用266MHz的前端总线，峰值带宽可达2.1GbBs。AMDAthlon系统总线结构能够支持处理器物理可寻址存储器存取8TB（1TB=1000GB）以上的数据，相比之下，PCI总线的结构则只可支持64GB的数据存取。P4总线而IntelPentium4处理器则采用了NetBurst微体系结构，沿用了多年的P6（即686）架构被取代。NetBurst不仅采用了高速缓存读取、高级动态执行、快速执行引擎、浮点和多媒体单元改进、数据流单指令多数据扩展2（SSE2）等多种新技术，更包括400MHz系统前端总线。P4的总线速度为100MHz，但是Intel采用了四路数据传输（QDR）技术，通过同时传输4条不同的64位数据流来达到400MHz，所以芯片组与CPU之间的总线带宽将达到3.2GB/s，而且芯片组与内存之间的带宽也可以达到3.2GB/s。2．PCI-X局部总线

Compaq、IBM和HP公司为了加快加宽PCI芯片组的时钟速率和吞吐量，使其分别达到133MHz和1Gbps。利用对等PCI技术和Intel公司的快速芯片作为智能I/O电路的协处理器来构建系统。这种新的总线称为PCI-X。

PCI-X技术能通过增加计算机中央处理器与诸如网卡、打印机、存储硬盘等各种外围设备之间的数据流量来提高服务器的性能。64位的PCI-X533总线工作频率将达到533MHz；理论上，传输数据速率可超过每秒4.2GB。PCI-X533总线将是一条拥有64个通道、极限传输速率达533MHz的高速通路，其传输数据的能力约为PCI总线的10倍。有分析认为，进一步提高PCI-X总线性能的方法是提高总线的可靠性、定时功能和可伸缩性，它能与当前的设备兼容并有良好的扩展性。

3．NGIO总线NGIO总线，英文为NextGenerationInput/Output。(下一代I/O)总线结构。NGIO总线结构采用的是与传统共享总线不同的交换机制，系统主芯片连接的对等PCI总线。在CPU和外部设备之间不进行同步数据传输，而是将信息打成数据包在目标通道适配器和主通道适配器间发送。将CPU从相对速度较慢的外围设备数据的处理等待中解放出来，而这在多处理器系统中尤为重要。各CPU间要为使用较慢的外围总线而展开竞争，而NGIO则有一个多级交换器，它一端连接两个目标通道适配器和PCI控制器，PCI总线另一端连接主通道适配器，通过主通道适配器连接芯片组，芯片组再连接CPU和内存。NGIO有四条连线，两条用于输入，两条用于输出，数据传输率为2.5Gbps。NGIO在工作时，将处理器与I/O分离，这使得处理器在每次出现新的数据处理请求时不必停下来，而由连接到服务器内存上的I/O引擎与外设进行通信。此外，NGIO还可以创建多条I/O通道，允许通道上的信号类型变化，其交换器集合采用允许数据选择多条路径的“交换结构”（SwitchedFabric）方式。这些变化使NGIO具有了更好的性能、可靠性，由于在无须增加更多直连到处理器的内部数据通道或总线的条件下，就可以添加处理器，因此，可伸缩性得到了改善。由于NGIO具有多条不与处理器直接连接的通道，因此还可以对可靠性进行其他的一些改进。4．UMA总线（UMA用一个统一的超高速总线代替多条总线，可以使整个系统的成本降低）。SGI公司提出取代AGP的另一种方案，并于1996年推出了O2图形工作站，它采用的是UMA统一内存结构总线（UnifiedMemoryArchitecture）。在UMA总线结构中，系统中所有的缓冲器合并成一个公共区，称为系统主存。每个子系统不仅可以访问它自己的数据，而且各子系统间由于共享主存，数据可以传递而不必拷贝。O2的UMA总线基于4片多端口同步DRAM存储子系统，使图形控制器、视频处理器等4种外围设备及主处理器可以共用主内存SDRAM（同步动态存储器）。一般情况下，如果采用UMA装置，当多个外设的访问申请都集中于主存时，则会导致性能下降。因此，在O2中，用宽256位、时钟频率为66MHz、最大传输速率达2.1Gbps的超高速总线连接主内存，以抑制性能下降。它冲破了传统的基于总线的数据传输率障碍，使得CPU图形图像处理和I/O均能以2.1Gb/s的速度直接访问内存，并快速地传递信息。

另外，NGIO还有其他一些优点。例如，利用NGIO，服务器可以被分割，因此，处理器和内存可以安装在一起，而I/O可以放在另一处。例如I/O可以被放在一个网络机柜中，而服务器和内存则放在数据中心。使用这种设置的优点是可以在相同的物理空间中堆叠更多的服务器。

5．FUTUREI/O总线FutureI/O总线结构是与NGIO相竞争的另一种总线FutureI/O，目前仍处在IBM、Compaq、HP等公司的研制开发中，据称其数据传输率可达10Gbps。

6．PCIExpress总线PCIExpress也被人称为“串行PCI”特点：1串行传输2采用全双工运作模式3采用点对点工作模式（简称为P2P）速度表现：

PCIExpress×4、×8和×16模式的有效数据传输速率分别达到2GBps、4GBps和8GBps。7．HyperTransport总线

是AMD提出的企业标准，设计目的是用于高速芯片间的内部连接，随着AMD64平台的成功，HyperTransport总线的影响力也随之扩大，并成为连接AMD64处理器、北桥芯片和南桥芯片的系统中枢。

早在1999年，AMD就着手进行设计，当时它被称为LDT（LightingDataTransport），意思是传输数据像闪电一样快速。2000年5月，LDT1.0版发布，并被更名为HyperTransport。AMD开发HyperTransport的主要意图是为当时还处于设计阶段的K8处理器服务，比如两枚K8处理器构建SMP系统、K8与芯片组、芯片组的南桥与北桥等芯片间连接都需要高速总线，HyperTransport针对这些特定的场合；再者，它也可以作为路由器芯片与交换机芯片、高性能服务器内部的互联总线，具有相当高的灵活性和可扩充性。在基本工作原理上，HyperTransport与PCIExpress如出一辙，都是通过串行传输、高频率运作获得超高性能。基本的HyperTransport总线为两条点对点的全双工数据传输线路（一条为输入、一条为输出），它的物理频率只有400MHz，AMD引入了DDR双向触发技术，因此其数据传输频率相当于800MHz；如果同时使用8对这样的串行传输线路（也就是8位），HyperTransport的双向数据传输率可达到1.6GB/s；而如果采用32位设计，HyperTransport便能够提供6.4GB/s的超高带宽。HyperTransport是为了提高多处理器系统的可扩展性而开发的总线技术。HyperTransport是用来实现LSI高速/高性能/点对点连接的通用总线。通过采用该总线可以使个人计算机内的LSI、网络以及通信设备之间的数据传输速度最高提高到过去的24倍。

顺便说明一下，在AMD公司的遵循x86-64的下一个微处理器Hammer（开发代号名）中拥有被称为LightingDataTransport的用来连接LSI之间的总线，其数据传输速度为6.4GB/s。

除了速度快之外，HyperTransport还可以在串行传输模式下模拟并行数据的传输。在当时，PC都是采用32位x86架构，系统内部数据都是以32位作为一个基本单位进行传输或处理；而改用串行总线后，接收方在接收数据时就得等32位数据全部到齐后才可进行转换和封包，这就给系统带来不必要的负担。HyperTransport总线很好地解决了这个问题，它采用一种特殊的分批方式，可以将32位数据预先分批组装——如果采用的是8位总线，那么32位数据会被分成4个批次发送，然后自动合为一体。这样在系统看来，数据都是以32位为单位传送的，它就能够直接调用，而不必像传统串行总线一样需要由系统干涉数据组装工作。

5.5认识主板1．CPU插座（或插槽）2．总线和总线插槽3．主板电源插座4．内存插槽5．磁盘接口6．主控芯片组7．BIOS芯片8．CMOS芯片9．跳线或DIP开关10．电池11．各种外围设备输入输出端口12．其他1.线路板

PCB印制电路板是所有电脑板卡所不可或缺的东东。它实际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，将接地和电源层放在中间，这样便可容易地对信号线作出修正。而一些要求较高的主板的线路板可达到6-8层或更多。

主板(线路板)是如何制造出来的呢？PCB的制造过程由玻璃环氧树脂(GlassEpoxy)或类似材质制成的PCB“基板”开始。制作的第一步是光绘出零件间联机的布线，其方法是采用负片转印(Subtractivetransfer)的方式将设计好的PCB线路板的线路底片“印刷”在金属导体上。

这项技巧是将整个表面铺上一层薄薄的铜箔，并且把多余的部份给消除。而如果制作的是双面板，那么PCB的基板两面都会铺上铜箔。而要做多层板可将做好的两块双面板用特制的粘合剂“压合”起来就行了。

接下来，便可在PCB板上进行接插元器件所需的钻孔与电镀了。在根据钻孔需求由机器设备钻孔之后，孔璧里头必须经过电镀(镀通孔技术，Plated-Through-Holetechnology，PTH)。在孔璧内部作金属处理后，可以让内部的各层线路能够彼此连接。

在开始电镀之前，必须先清掉孔内的杂物。这是因为树脂环氧物在加热后会产生一些化学变化，而它会覆盖住内部PCB层，所以要先清掉。清除与电镀动作都会在化学过程中完成。接下来，需要将阻焊漆(阻焊油墨)覆盖在最外层的布线上，这样一来布线就不会接触到电镀部份了。

然后是将各种元器件标示网印在线路板上，以标示各零件的位置，它不能够覆盖在任何布线或是金手指上，不然可能会减低可焊性或是电流连接的稳定性。此外，如果有金属连接部位，这时“金手指”部份通常会镀上金，这样在插入扩充槽时，才能确保高品质的电流连接。最后，就是测试了。测试PCB是否有短路或是断路的状况，可以使用光学或电子方式测试。光学方式采用扫描以找出各层的缺陷，电子测试则通常用飞针探测仪(Flying-Probe)来检查所有连接。电子测试在寻找短路或断路比较准确，不过光学测试可以更容易侦测到导体间不正确空隙的问题。

线路板基板做好后，一块成品的主板就是在PCB基板上根据需要装备上大大小小的各种元器件—先用SMT自动贴片机将IC芯片和贴片元件“焊接上去，再手工接插一些机器干不了的活，通过波峰/回流焊接工艺将这些插接元器件牢牢固定在PCB上，于是一块主板就生产出来了。

主板的英文名称是Motherboard，也可以译做母板。主板不但是整个计算机系统平台的载体，还承担着系统中各种信息的交流。主板的平面是一块PCB印刷电路板，分为四层板和六层板。为了节约成本，现在的主板多为四层板：主信号层、接地层、电源层、次信号层。而六层板增加了辅助电源层和中信号层。六层PCB的主板抗电磁干扰能力更强，主板也更加稳定。在电路板上面，是错落有致的电路布线；再上面，则为棱角分明的各个部件：插槽、芯片、电阻、电容等。当主机加电时，电流会在瞬间通过CPU、南北桥芯片、内存插槽、AGP插槽、PCI插槽、IDE接口以及主板边缘的串口、并口、PS/2接口等。随后，主板会根据BIOS（基本输入输出系统）来识别硬件，并进入操作系统发挥出支撑系统平台工作的功能。主板结构图如图5-10所示。图5-10主板结构图北桥南桥内存插槽（1）BIOS芯片。有两种版本：AMIBIOS和AwardBIOS。

BIOS芯片用于存储BIOS（基本输入/输出系统）程序，BIOS主要对硬件进行管理，是开机后首先并自动调入内存执行的程序，由它对硬件进行检测并初始化系统，然后启动磁盘上的系统程序最终完成系统的启动。另外，BIOS还配合操作系统和应用软件对硬件进行各种操作。BIOS的芯片常见的有EPROM（ErasableProgrammableROM）和EEPROM（ElectricallyErasableProgrammableROM），EPROM可用紫外线照射来清除里面的程序，然后重新写入；EEPROM则可以用适当电压加以清除，CIH病毒正是利用了这一特性对BIOS进行破坏的。目前有的主板厂商在一些新款主板上采用了双BIOS或BIOS写保护等措施来避免用户的损失。（2）CMOS芯片。

CMOS芯片是计算机主板上一块可读写的RAM芯片，用以保护当前系统的硬件配置和用户对某些参数的设定。现在厂商们把CMOS程序做到BIOS芯片中，当开机时可按特定键进入CMOS设置程序对系统进行设置，因此又称作BIOS设置。（3）南北桥芯片。横跨AGP插槽左右两边的两块芯片就是南北桥芯片。南桥多位于PCI插槽的上面，而CPU插槽旁边被散热片盖住的就是北桥芯片。北桥芯片主要负责处理CPU、内存、显卡三者间的“交通”，由于发热量较大，因而需要散热片散热。南桥芯片则负责硬盘等存储设备和PCI之间的数据流通。南桥和北桥合称芯片组。芯片组在很大程度上决定了主板的功能和性能。（4）RAID控制芯片。

RedundantArrayofInexpensiveDisks的缩写，中文称为廉价磁盘冗余阵列。RAID就是一种由多块硬盘构成的冗余阵列。虽然RAID包含多块硬盘，但是在操作系统下是作为一个独立的大型存储设备出现。

RAID控制芯片则是指控制执行RAID功能的辅助芯片，是集成在南桥中的。常见为IntelICH5R、VIAVT8237、SIS964、nVidianForce3250GB。相当于一块RAID卡的作用，可支持多个硬盘组成各种RAID模式。目前主板上集成的RAID控制芯片主要有两种：HPT372RAID控制芯片和PromiseRAID控制芯片。2．插拔部分（1）内存插槽。该插槽有2～4条，黑色，两边带卡座，用于插入内存条，目前主流主板有两种内存插槽：l

DIMM插槽：为双排168线，对应于168引脚的SDRAM内存条。l

DDRDIMM插槽：对应184引脚的DDRSDRAM。DDR内存，其实就是一种被用在内存上的新的技术规范，DDR（DualDataRateSDRAM，双倍数据速率传输，图5-11给出了DDR传输示意图，上升沿和下降沿都触发）是在SDRAM内存技术基础上开发的，性能上比SDRAM有很大进步，但比起另一种新型内存Rambus公司开发的RDRAM来说可能存在差距。但它不像RDRAM那样存在许可协议问题，也就是说DDR是开放式标准，这一点导致它在和RDRAM的竞争中占踞上风，有可能成为事实上的新内存规范。图5-11DDR传输示意图1双通道内存技术原理

双通道内存技术其实就是双通道内存控制技术，它能有效地提高内存总带宽，从而适应新的微处理器的数据传输、处理的需要。双通道DDR有两个64bit内存控制器，双64bit内存体系所提供的带宽等同于一个128bit内存体系所提供的带宽。

双通道体系包含了两个独立的、具备互补性的智能内存控制器，两个内存控制器都能够并行运作。例如，当控制器B准备进行下一次存取内存的时候，控制器A就在读/写主内存，反之亦然。两个内存控制器的这种互补“天性”可以让有效等待时间缩减50%，因此双通道技术使内存的带宽翻了一翻。它的技术核心在于：芯片组（北桥）可以在两个不同的数据通道上分别寻址、读取数据，RAM可以达到128bit的带宽。

双通道内存主要是依靠主板北桥的控制技术，与内存本身无关。目前支持双通道内存技术的主板有Intel的i865和i875系列，SIS的SIS655、658系列，nVIDIAD的nFORCE2系列等。

主板的内存插槽的颜色和布局一般都有区分。如果是Intel的i865和i875系列，主板一般有4个DIMM插槽，每两根一组，每组颜色一般不一样，每一个组代表一个内存通道，只有当两组通道上都同时安装了内存条时，才能使内存工作在双通道模式下。另外要注意对称安装，即第一个通道第1个插槽搭配第二个通道第1个插槽，依此类推。用户只要按不同的颜色搭配，对号入座地安装即可。而nFORCE2系列主板同样有两个64bit的内存控制器，其中A控制器只支持一根内存插槽，B通道则支持两根。A、B插槽之间有一段距离，以方便用户识别。A通道的内存插槽在颜色上也可能与B通道两个内存插槽不同，用户只要将一根内存插入独立的内存插槽，而将另外一根插到另外两个彼此靠近的内存插槽就能组建成双通道模