计算机硬件基础第6章(总线与芯片组)

1、第6章 总线与芯片组目录,总线 总线的概念、类型和性能 PC机总线的发展和演变 PCI总线、PCI Express总线 芯片组 芯片组的概念 Intel公司早期芯片组 Intel的8系列、9系列芯片组 Intel的新编号芯片组 Nehalem的新型结构芯片组 主机板 主机板的构成 主机板标准 主机板认识,总线的定义是严格定义一组的信号线的集合，用于实现计算机各部件之间的信息传输的公共通道。 总线特征公共性、标准性、可扩展性。 总线连接通过总线可以实现点对多点连接（主从连接）或多点连接。只能实现点对点连接的通道概念上不是总线，但习惯上可能称作总线。 总线信息数据传输的数据内容地址传输的存储位置，

2、如存储器地址、端口地址等控制传输对类型，如存储器读/写、端口读/写等其他时钟、复位、电源等,6.1 总线概念,CPU,存储器,6.1 总线概念,总线操作例 CPU读存储器（CPU执行到读存储器命令）过程： CPU送出控制信号，表示要读存储器； CPU送出地址信号，表示要读的存储器单元地址 被选中的部件（存储器）将地址指定的单元数据送到总线。,总线 部件,控制信号 地址信号 数据信号,总线 部件,6.1 总线概念,单总线结构计算机,6.1 总线类型,总线的类型 片总线（C-Bus，Chip Bus）：组件（或芯片）级的总线，也称为片间总线。用于连接在一个系统中的多个组件或芯片。一般是串行结构，只

3、用几条信号线。如：I2C（Inter Integrated Circuit ）：2线结构SPI（Serial Peripheral Interface ）：4线结构 内总线（I-Bus，Internal Bus）：系统级总线，指计算机系统中处理器连接各个部件的高速总线。分为处理器总线和I/O总线。如：FSB（Front Side Bus）：NetBurst和Core构架下的处理器总线；QPI（QuickPath Interconnect）：Nehalem构架下的处理器总线； PCI、PCI Express：连接外部设备的I/O总线 外部总线（E-Bus，External Bus）：用于连接计算

4、机外部设备，同时符合总线特征的连接通道，如USB。,6.1 总线性能,总线性能 总线位宽 总线宽度指的是可以同时传送的数据位数。如USB、SPI、I2C位宽是1，FSB是64位，PCI是32或64位。 总线时钟频率 总线的传送时钟频率。总线的最高时钟频率可能随着版本的提高而增加。 总线带宽 每秒钟传送的字节数，最大数据传输率。 总线带宽=总线的位宽 8总线的工作时钟频率（字节/秒） 或 =总线的位宽总线的工作时钟频率（位/秒）,6.1 总线PC机总线的发展和演变,8086/286时代ISA（Industry Standard Architecture）单总线结构，16位。 386/486时代I

5、SA + 新的32位总线（主要有MAC、EIAS和VL-Bus）的双总线结构。 Pentium初期和中期FSB + PCI + ISA多总线模式。在Pentium 4期间，ISA总线逐步淘汰。 Pentium D/EE开始FSB + PCI Express + PCI的多总线模式。速度更快的PCI Express的出现，成为PCI的更新换代的总线标准。 Core i7开始 QPI + PCI Express + PCI的多总线模式。,6.1 总线PCI总线,PCI（Peripheral Component Interconnect ）是PC机在Pentium时期使用的标准的I/O总线，用于连接

6、外部设备（这些设备可以是主机板上的集成部件，也可以是通过扩展槽连接的扩展卡）。 PCI-SIG（PCI Special Interest Group，PCI特别兴趣小组）是制定PCI标准的官方机构，初始版本（1.0）于1992年公布。生产PCI设备需要向PCI-SIG缴纳费用。 PCI的初始版本基本性能： 位宽32位，同时支持32位I/O； 总线时钟33.33MHz，峰值带宽为133MB/s； 32或64位地址寻址空间； 256字节配置空间； 5V信号标准。,6.1 总线PCI总线,PCI的发展和版本类型,PCI-X是应用于服务器的总线标准,6.1 总线PCI总线,PCI总线的技术特点 PCI

7、时钟独立于CPU外频：使得CPU时钟有较大的提高的空间，也使得PCI较前一代总线有较长的生命周期。 数据/地址线多路复用技术：分时传送数据和地址，减少引脚数目，降低成本。 总线仲裁机制：使得多个主控设备可以共存，可以实现多点连接。CPU只是一个PCI主控设备，每一个PCI主控设备都可以通过总线仲裁机制取得总线的使用权。 线性突发传送：在连续寻址的情况下可以一次寻址，多次数据传送。 即插即用（Plug 笔记本中，多数为Intel CPU，所以Intel的笔记本芯片组也采用最多； 服务器/工作站方面，Intel CPU平台占优势，Intel的服务器/工作站芯片组产品也占据优势。,6.2 芯片组In

8、tel官方网站芯片组主页, 主页产品芯片组,6.2 芯片组检测,CPUZ检测芯片组型号及相关参数,主机板生产厂商,主机板型号版本,芯片组厂商和型号,南桥芯片厂商和型号,LPCIO芯片 厂商和型号,LPCIO: Low Pin Count Input/Output,6.2 芯片组南北桥结构,南北桥结构 用于P6构架 北桥芯片： 用于连接CPU、RAM等高速部件 南桥芯片： 用于连接低速部件 特点： 处理器总线+PCI+ISA三总线结构； PCI连接南、北桥芯片； 北桥芯片集成AGP接口。,6.2 芯片组Intel P6构架Hub结构,P6构架Hub结构芯片组 北桥MCH，南桥ICH； MCH与I

9、CH的连接通道为IHA，一个速率为266MB/s的专用通道； PCI总线移至ICH； IHA：Intel Hub Architecture MCH：Memory Controller Hub ICH：I/O Controller Hub,6.2 芯片组Intel P6构架Hub结构,P6构架下的典型芯片组（北桥/MCH）,6.2 芯片组Netburst构架8xx系列,Netburst构架8xx系列芯片组 支持Pentium 4，处理器总线为FSB； 支持双通道存储器； 支持SATA、USB 2.0； 支持6通道音频，AC97规范； 淘汰ISA总线，FSB+PCI双总线结构。,6.2 芯片组Ne

10、tburst构架8xx系列,Netburst构架、8xx系列芯片组概述,6.2 芯片组关于Intel ICH芯片型号和名称,ICH型号和名称,ICH2,ICH4,ICH5,ICH6,6.2 芯片组 Intel ICH,Intel的ICH芯片,ICH系列号：每一系列号代表一系列具体型号，如ICH6包括ICH6（基本型）、ICH6R（RAID型）、ICH6-M（用于笔记本）等。同系列不同的型号 ICH芯片在功能上有一些剪裁。,IHADMI：ICH6及其之后的型号支持DMI，提供双方向1GB/s的传输速率。DMI实际上使用的是PCI Express4的传输技术。,RAID(Redundant Arr

11、ay of Independent Disk，容错磁盘阵列)：使用多个磁盘构成一个磁盘阵列。可以提高磁盘系统可靠性，提高读写速度。RAID有不同的多种模式，如RAID 0、RAID 1、RAID 5、以及Matrix RAID等。,eSATA(external SATA)：是SATA接口的外部扩展规范（外接版的SATA）。是外置版的SATA，用于连接外部移动硬盘、光盘驱动器或其它高速设备 。,ATA和SATA：ICH7开始将SATA版本升级为2.0，具备双向300MB/s的传输速率。 ICH8及以后ICH芯片开始放弃对ATA接口的支持，只支持SATA。有一些ICH8之后的主机板上仍然有ATA接

12、口，是通过接口芯片实现的。,Wi-Fi(Wireless Fidelity,无线高保真)：是一种无线联网的通信协议，即IEEE 802.11系列标准。其中目前常用的IEEE802.11b位速率为11Mb/s、IEEE802.11g位速率为54Mb/s。,网络接口：ICH6ICH8具备GbE（千兆以太网）接口。ICH9和ICH10在芯片内集成GbE，这样可以简化主机板网络接口。,PCI Express：I/O总线方面，ICH6及其之后的型号支持PCI-E1，同时保留PCI 总线。近期最新的芯片组取消对PCI的支持。,AC97HD Audio：ICH6及其之后的型号支持HD Audio音频。8通道

13、音频（AC97标准为6通道音频），以及更高的速率和量化精度。,USB：ICH9和ICH10支持双EHCI（Enhanced Host Controller Interface ）主控制器，相当于两个USB控制器。之前的ICH支持1个USB主控制器，多个USB接口是通过USB集线器扩展出来的。,6.2 芯片组Netburst/Core构架9xx系列,Netburst/Core构架，9xx系列芯片组 支持新一带Netburst构架，LGA775封装Pentium 4/D/EE以及Core 2； 支持PCI Express； 连接通道DMI（实际上是PCI-E4），双向1GB/s速率； 支持HD A

14、udio DMI：Direct Media Interface,6.2 芯片组Netburst/Core构架9xx系列,Netburst/Core构架9xx系列芯片组（桌面系列）,P4Pentium 4PDPentium DPDC=Pentium Dual Core CDCeleron DP4 EEPentium 4 Extreme Edition（至尊版） C2Q=Core 2 QuadC2D=Core 2 DuoC2E=Core 2 Extreme,GMA（Graphics Media Accelerator，图形媒体加速器）：Intel的GPU标准，集成在芯片组内，通过共享主存方式实现显

15、示适配器功能（集成显卡）。支持GMA的芯片组可以省去独立显示卡，以降低成本。但是由于共享主存储器，对在一定程度上影响计算机运行速度。但随着GMA版本的不断提高，其性能也在不断提高。在Core i3/i5/i7的部分型号中集成了更高性能的GMA HD（HD Graphics）,6.2 芯片组 Intel Core新编号芯片组,Core构架新编号系列芯片组（桌面系列）,MCH编号： P主流、Q商用型、G集成显卡，经济型、X顶级,6.2 芯片组 Intel X48+ICH9芯片组,Intel的X48+ICH9芯片组构成的系统,PCI-E 16 显示适配器,双控制器USB2.012,PCI-E1 6,

16、GbE接口及LAN适配器,双通道 DDR3存储器通道,HD Audio 6通道音频,6SATA 外存储器接口,6.2 芯片组Nehalem构架QPI总线结构,Nehalem构架QPI总线结构 支持QPI处理器总线的Core i7； RAM直接连接到CPU，支持3个RAM通道； CPU通道改为QPI，25.6GB/s的高速通道； 原MCH更名为IOH（I/O Hub） IOH：I/O Hub QPI：QuickPath Interconnect,X58 IOH芯片,PCI-E 2.0 16,Core i7 CPU,2GB/sec连接通道,ICH10 芯片,12USB 2.0,6SATA3.0,H

17、D Audio,6PCI-E 1.11,DMI,PCI总线,DDR3,25.6GB/sec连接通道,QPI,DDR3,DDR3,PCI-E 2.0 16,6.2 芯片组 Intel X58+ICH10系统构成,Intel的X58+ICH10芯片组构成的i7系统,三通道 DDR3存储器通道,QPI 处理器总线,6.2 芯片组Nehalem构架DMI总线结构,Nehalem构架DMI总线结构 支持PCI-E+DMI+DDR3接口的Nehalem处理器，包括LGA1156封装的Core i系列和LGA1155封装的酷睿二代）； 双片结构简化为单片结构处理器通过DMI直接连接PCH芯片； PCH：Pl

18、atform Controller Hub,PCI总线,6.2 芯片组Intel PCH芯片组,Intel PCH桌面系列全部型号（20102012.3）,Intel PCH芯片分为5、6、7三个系列：其中6和7系列支持Sandy Bridge微构架的处理器（酷睿二代），其DMI通道为2.0版，带宽4GB/s。只有X79支持LGA2011封装的Core i7（二代至尊版）,PCI Express通道：传输对用于实现不同的PCI-E线，传输对可以分配到各个PCI-E总线，如一个PCI-E1需要1个传输对，PCI-E4需要4个传输对。PCI-E 2.0传输对双向500MB/s，PCI-E 3.0传

19、输对双向1GB/s。,SATA：支持RAID的0、1、5、10和Matrix RAID模式。SATA 2.0传输速率双向300MB/s，SATA 3.0传输速率双向600MB/s。,USB：支持双USB控制器模式。Z77、Z75和H77支持USB 3.0。,FDI（Flexible Display Interface）：显示传输通道，连接处理器内部的GPU与PCH芯片中的显示适配器组成集成显示适配器。,6.2 芯片组 Intel Z68系统构成,Intel的Z68单片芯片组构成的Core i系统,PCI-E 16 显示适配器 (独立显卡),集成显示适配器 (集成显卡),5.2 芯片组 Inte

20、l X79系统构成,Intel的X79单芯片构成的Core i（Sandy Bridge，酷睿二代）系统，2011年Intel桌面系统顶级配置。,PCI-E 2.0 40路可灵活配置,酷睿二代i7处理器 LGA2011封装,4通道DDR3存储器通道,6.2 芯片组 Intel X58片组,Intel的X58+ICH10芯片组构成的Core i7系统 微星X58A主机板,ICH10R 芯片,LGA1366 处理器座,三通道 DDR3存储器插座,X58 芯片,6.2 芯片组 Intel X58片组,Intel的H57单芯片构成的Core i系统 华硕P7H57D-V主机板,H57 芯片,LGA1156 处理器座,双通道 DDR3存储器插座,6.2 芯片组Intel芯片组总结,6.3 主机板构成,由PCB板构成的电路模块，集成了以下部件： 芯片组； CPU插座； 存储器条插座；