第6章 总线及整机

微型计算机及应用3输入输出接口总线PC的总线及整机结构456Pentium微型计算机系统2总线概述PC主机结构及主板1局部总线PC的外存储设备1总线概述总线是一种数据通道，系统各部件共享总线可同时挂接多个部件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信息传输时，每次只能有一个发送部件可利用总线给一个接收部件发送信息按照总线在微机结构中所处的不同层次和位置,总线分为：内部总线、局部总线、输入输出接口总线。内部总线：CPU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CPU总线。根据使用功能CPU总线分为地址总线、数据总线和控制总线。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部件的公共通路。表现为局部总线扩展槽。目前已经推出3代局部总线。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表的连接。如串行总线EIA-RS232，USB等。6.1.1总线分类

内部总线内存条插座硬盘IDE连接器PCI插槽显卡插槽PCI-E插槽局部总线一、RS-232总线二、IEEE1394总线三、USB通用串行总线

输入输出接口总线6.1.2总线操作微机系统中的各种操作，包括存储器读写以及IO输入输出等，都是通过总线进行的信息交换，统称为总线操作。总线的标准化与总线的性能指标2.总线的性能指标(1)总线宽度：即总线位宽，能同时传送数据的二进制位数，单位为位(bit)。(2)总线频率

:一秒钟能够传送数据的次数，通常用MHz表示。(3)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率，通常以MB/s为单位。总线带宽＝(总线宽度/8)×总线频率1.总线的标准化不同厂商生产的相同功能的部件互换使用——要求总线标准化。3输入输出接口总线PC的总线及整机结构456Pentium微型计算机系统1总线概述PC主机结构及主板2局部总线PC的外存储设备6.2.1ISA局部总线信号线98根

ISA（IndustryStandardArchitecture）总线是于1984年由Intel、IEEE和EISA集团联合开发出的工业标准体系结构总线。PCI局部总线是Intel公司为适应奔腾高性能而开发的32/64位总线。6.2.2PCI局部总线PCIISA最大特点：即插即用6.2.3视频接口总线AGP

AGP（AcceleratedGraphicsPort）就是Intel公司于1996年7月开发的专为实现高速图形显示的视频接口，习惯上称其为总线

AGP对内存实现流水线式的读/写，提高了数据传输速率。同时AGP是高速图形适配器的一条专用信息通道，不用与其他任何设备共享6.2.4PCIExpress总线PCIExpress是最新的总线和接口标准。PCIExpress总线是一种高速串行IO总线。PCI-E总线继承了前两代局部总线的大多数优点，又吸收了近几年来计算机体系结构研发的新成果。PCI-E总线采用点对点异步传输模式，将数据封装成数据包，在设备之间进行高速串行传输。PCI-E总线根据总线宽度的不同而有以下规格，PCIExpress1x(250Mbps)、2x、4x、8x、16x和32x。输入输出接口总线PC的总线及整机结构456Pentium微型计算机系统2总线概述PC主机结构及主板3局部总线PC的外存储设备1概述ATA总线和SCSI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6.3.1ATA总线和SATA总线ATA(advancedtechnologyattachment)接口总线是Compaq公司联合WestrnDigital公司专门为主机和硬盘连接而设计的总线，也适用于光驱和软驱的连接，ATA也称为IDE（integrateddriveelectronics或inteligentdriveelectronics）。IDE是把“硬盘控制器”和“盘体”集成在一起的硬盘驱动器的接口总线，它通过40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。一个IDE接口可连两个硬盘。串行硬盘驱动器接口SATA（serialATA）非常小巧，仅为7针插座，在主板上标有SATA1、SATA2标志的7针插座就是SATA硬盘的数据线接口，通过扁平的SATA数据线，即可与SATA硬盘连接。SATA采用点对点的连接方式，每个SATA接口只能连接一块SATA硬盘。SATA还有一大优势是支持热插拔。6.3.2SCSI总线和SAS总线

SCSI是一个高速智能接口，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。SCSI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，一块主适配器可以连接7台具有SCSI接口的设备。

SCSI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6m；双级连接方式最大传输距离可达25m。6.3.3通用串行总线USB

USB（universalserialbus）是Intel、DEC、Compaq、Microsoft和IBM等公司1996年共同制定的串行接口标准。主要特点：

速度快；连接简单快捷，可进行热插拔；无须外接电源；扩充能力强；具有高保真音频；良好的兼容性。3输入输出接口总线PC的总线及整机结构56Pentium微型计算机系统2总线概述PC主机结构及主板4局部总线PC的外存储设备1CPU插座内存条插座硬盘IDE连接器PCI插槽芯片组各种I/O插口显卡插槽PCI-E插槽6.4.1

北桥-南桥构建的PCI总线型微型计算机系统6.4.2

北桥-南桥构建的专用总线型微型计算机系统6.4.3

IOH和ICH芯片组构建的微型计算机系统6.4.4单芯片组构建的微型计算机系统3输入输出接口总线PC的总线及整机结构46Pentium微型计算机系统2总线概述PC主机结构及主板5局部总线PC的外存储设备16.5.1

PC机主机结构微型计算机，或称PC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。PC机最主要核心部分只不过“三大件”：主机箱、监控器(显示器)和键盘。再缩小点说，PC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，一个作为数据输出并兼有监控作用。主机的主要部件是：电源、CPU、（4条）内存条、（双）显卡、光驱和硬盘等，如下图所示。6.5.1主机结构6.5.2主板的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，分布各异，但都可以分解为下列几个部分：(1)CPU及其相关器件所组成的系统；(2)总线扩展槽所形成的系统；(3)主板上的存储器系统；(4)芯片组(chipset)及其他芯片；(5)跳线(jumper)及各种辅助电路下图为某PC机的主板的布局。从图可见，主板上有，CPU插座、北桥芯片、南桥芯片、4条内存插槽、PCI插槽、PCI-E16x插槽、2条PCI-E1x插槽、6个SATA接口、IDE插槽和外置输入输出接口等。6.5.2主板的结构6.5.3常用的CPU及其在主板上的插座Intel公司生产的CPU型号至80486为止，此后生产的CPU型号改为Pentium(奔腾)。计算机技术发展很快，现在已有Pentium4、双核处理器PentiumE5800和Cori2、四核处理器Corii7等。微型计算机常用的CPU的主要性能如下表。主板与CPU通过CPU插座连接在一起，CPU插座目前常用的为Socket型插座和LGA型插座。Socket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CPU之前，先将压杆提起，插下CPU之后，再把压杆压回原处，利用插座本身产生的挤压力将CPU的引脚与插座牢牢地接触，然后在CPU上安装一组散热片和风扇。拆卸CPU时，将压杆轻轻提起，压力即可解除，CPU便可轻松取出。Socket插座大多根据CPU引脚的多少进行编号。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，因此CPU不能利用其引脚与插座孔的接触进行固定，而是利用安装扣架固定，使CPU正确压在LGA插座上的金属圆点上。LGA插座可以随时解开扣架，更换CPU芯片。6.5.3常用的CPU及其在主板上的插座6.5.4主板上的芯片组芯片组在主板上的作用仅次于CPU，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发挥。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，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(hostbridge)。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。6.5.4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少则取决于南桥芯片。紧靠着CPU，上面覆盖着散热片的芯片就是北桥芯片。而距离CPU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热片。

Intel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1个数字代表芯片组系列，第2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，数字大的芯片组的性能高于数字小的芯片组。PCI总线扩展槽

Intel公司于1992年7月推出的PCI总线是为配合奔腾芯片而设计的。PCI总线扩展槽如下图所示。PCI总线的优点如下：①即插即用(plugandplay)——PCI总线有自动将增加的PCI卡配置到系统中去的能力。②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。PCI总线可与早期的ISA总线、EISA总线、VESA总线共存于同一主板上。③PCI的扩展槽可以多达10个。6.5.5主板上的总线扩展插槽

2.AGP扩展槽AGP扩展槽如下图所示，每块主板只有1条AGP扩展槽，通常都是棕色的。AGP扩展槽结构也与PCI、ISA完全不同，它不与PCI、ISA扩展槽处于同一水平位置，而是内进一些，这使得PCI卡、ISA卡不可能插得进去。随着显卡速度的提高，AGP扩展槽已经不能满足显卡传输数据的速度，目前AGP显卡已经逐渐淘汰，取代它的是PCIExpress显卡。6.5.5主板上的总线扩展插槽6.5.5主板上的总线扩展插槽

3.PCI-E扩展槽目前，PCI-E1x和PCI-Ex16x是PCIExpress的主流规格。芯片组厂商将在南桥芯片当中添加对PCIExpress1x的支持，在北桥芯片当中添加对PCIExpress16x的支持。用于取代AGP接口的PCIExpress接口是PCI-E16x。

由于大多数的芯片组提供的PCI-E通道只有18或20条，所以大多数主板的PCI-E插槽都是一个PCI-E16x和两个PCI-E1x。PCI-E1x和PCI-E16x插槽如下图所示。6.5.6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