第四章 总线与芯片组

第四章总线与芯片组总线功能、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。1.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(addressbus)、数据(databus)和控制(Controlbus)三大总线。总线是数据总线、地址总线和控制总线的总称。2.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4.1总线

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。4.1总线3.三总线的作用指令的执行过程取指令指令译码取操作数执行指令存结果总线周期

一个基本的总线周期通常包括4个T状态，按时间的先后顺序分别称为T1、T2、T3、T4指令周期

执行一条指令所需要的时间称为指令周期。执行一条指令的时间：取指令、执行指令、取操作数、存发结果所需的时间总和。例如：movbx,ax2个TMulBL70个T

不同指令执行时间（T）不同；同一类型指令由于操作数不同，指令周期也不同。

mov[bx],ax14个T8086总线周期示意：8086中一个基本的总线周期由4个时钟周期组成，如果内存或I/O接口速度较慢，来不及响应，则在T3之后插入一个或多个Tw空闲周期：只有在BIU和内存或I/O之间交换数据，以及填充指令队列时BIU才执行总线周期。除此之外，既不需要填充指令队列，EU也不向BIU发出总线周期请求时，系统总线处于空闲状态，进入空闲周期；有一个或多个T组成。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(L2Cache)、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。4.1总线4.分类系统总线I/O总线

RAM控制器（含在芯片组内）控制器（含在芯片组内）L2CacheI/O设备驱动器键盘鼠标适配器等CPU4.1总线5.微机总线之间的关系总线位宽

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4.1总线6.总线的主要参数系统总线——又称前端总线(FSB:FrontSideBus)，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。例：以400M的PentiumII为例：当时的存储器采用的是PC100的SDRAM，使用Intel440芯片组：4.1总线PentiumII400MHzX4100MHz时钟总线接口Intel440芯片组(北桥)PC100SDRAM100MHz系统总线7.系统总线4.1总线Intel38632位16~25Intel48632位25~100Pentium64位77~20016~2525~5060~66PentiumII64位233~45066~100PentiumIII64位450~733100~133CPU系统总线位宽CPU主频系统总线频率

由于CPU速度的发展高于存储器速度的发展,从Intel80486开始，CPU采用倍频技术。Pentium4之前系统总线频率和CPU外频相同。

从Pentium4开始，系统总线频率高于CPU外频。早期CPU的系统总线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（SystemInput/OutputBusExpandedSlot）。

4.1总线PCI总线扩展槽 ISA总线扩展槽8.I/O总线

4.1总线I/O总线的逻辑结构4.1总线ISA总线标准来源于IBMPC/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(ATBus)，87年成为国际通用总线标准ISA(IndustryStandardArchitecture)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。9.ISA总线

PCI(PeripheralComponentInterconnect)

即外部设备互联总线，PCI是专门为IntelPentium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。

4.1总线10.PCI总线PCI总线的特点：支持PnP：(PlugandPlay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。4.1总线

AGP(AcceleratedGraphicsPort)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。4.1总线11.AGPPCIExpress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PCIExpress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。PCIExpress——下一代总线标准4.1总线模式双向传输模式数据传输模式PCIExpressx1500MB/s250MB/sPCIExpressx21GB/s500MB/sPCIExpressx12GB/s1GB/sPCIExpressx14GB/s2GB/sPCIExpressx18GB/s4GB/sPCIExpressx116GB/s8GB/s4.2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)。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：

PentiumMMXi430芯片组

PentiumⅡi440芯片组

PentiumⅢi810/i815/i820芯片组

Pentium4i845/i850/i848/i865/i875芯片组

Pentium4i915/i920/i925芯片组

PentiumDi945/955芯片组4.2主板的控制芯片组前端总线频率：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，PC133DDRSDRAM：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/sUDMA/66：DMA方式传送时速率为66MB/sATA-100：DMA方式传送时速率为100MB/sSerial-ATA：最新的串行ATA接口RAID：(RedundantArrayofIndependentDisks: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，RAID0/1/2一般用于PC，RAID3/4/5通常用于服务器。有IDERAID和SATARAID。芯片组主要技术术语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。AC’97规范：Intel于1996年发布了AC’97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AC’97。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PCIExpress，将取代PCI和AGP。CSA（通信流架构:CommunicationStreamingArchitecture）千兆以太网（GbE）芯片组主要技术术语应用于Pentium4的intel系列芯片组

i845E i848P i865PE i875PCPU P4 P4 P4 P4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 DDR400X2ATA接口

ATA100 ATA100 ATA100 ATA100SerialATA X 2 2 2AGP AGP4X AGP8X AGP8X AGP8XAC’97 6通道 6通道 6通道 6通道USB 6X2.0 8X2.0 8X2.0 8X2.0I/O总线

133MPCI 133MPCI 133MPCI 133MPCI目前使用的芯片组主要指标Intel865芯片组结构HDAudio（HighDefinitionAudio，高保真音频）AC’97：基本指标是16bit/48KHz的信号质量，6声道。因此，AC’97电脑音频与一般家用音响的CD相当。Intel芯片组——i915/i925HDAudio：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→

主板（MainB