总线与实用接口知识

《总线与实用接口知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《总线与实用接口知识（60页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、微机接口技术 1第第9章章 总线与实用接口知识总线与实用接口知识微机接口技术 2本章要点本章要点（识记）（识记）l1.总线总线2.主板主板3.芯片组芯片组4.硬盘接口硬盘接口5.USB6.IEEEE-1394接口接口8.即插即用即插即用 微机接口技术 39.1 总线总线l将计算机系统各个部分连接在一起的就是计算机将计算机系统各个部分连接在一起的就是计算机总线。总线。l总线是许多信号线的集合，是模块和模块之间或总线是许多信号线的集合，是模块和模块之间或者设备和设备之间进行互联和传递信息的通道。者设备和设备之间进行互联和传递信息的通道。l因为多个设备连接到总线上，任何一个设备发出因为多个设备连接到

2、总线上，任何一个设备发出的信号都可以被其他的所有设备接收，所以，在的信号都可以被其他的所有设备接收，所以，在同一时间段内，只能有一个设备作为主动设备发同一时间段内，只能有一个设备作为主动设备发出信号，其他设备处于被动接收状态。出信号，其他设备处于被动接收状态。l总线都具有严格规定的标准，因此，按照总线标总线都具有严格规定的标准，因此，按照总线标准研制的计算机系统具有很好的开放性。准研制的计算机系统具有很好的开放性。微机接口技术 49.1.1 总线标准总线标准l物理特性：物理特性：n是指总线在机械物理连接上的特性，包括连线的类型、数量、接是指总线在机械物理连接上的特性，包括连线的类型、数量、接插

3、件的几何尺寸、形状和引脚线的排列等。插件的几何尺寸、形状和引脚线的排列等。l功能特性：功能特性：n总线中每根传输线的功能。包括数据总线、地址总线、控制总线。总线中每根传输线的功能。包括数据总线、地址总线、控制总线。l电气特性：电气特性：n总线中每根信号线的传递方向、信号的有效电平范围、动态转换总线中每根信号线的传递方向、信号的有效电平范围、动态转换时间、负载能力等。通常规定由时间、负载能力等。通常规定由CPU发出的信号为输出信号，送发出的信号为输出信号，送入入CPU的信号为输入信号。总线信号的名称上有一横线或信号名的信号为输入信号。总线信号的名称上有一横线或信号名称后有称后有#，表示该信号低电

4、平有效，否则为高电平有效。，表示该信号低电平有效，否则为高电平有效。l时间特性：时间特性：n总线中任一传输线在什么时间内有效以及信号线之间信号的时序总线中任一传输线在什么时间内有效以及信号线之间信号的时序关系。关系。微机接口技术 59.1.2 从从PC/XT到到EISA总线总线l微机系统采用多模块结构（微机系统采用多模块结构（CPU、存储器、各种、存储器、各种I/O模块），通常一个模块就是一块插件板，各插模块），通常一个模块就是一块插件板，各插件板的插座之间采用的总线称为系统总线，又叫件板的插座之间采用的总线称为系统总线，又叫I/O通道总线。通道总线。l本节介绍本节介绍STD/PC/ISA/E

5、ISA系统总线系统总线 微机接口技术 61.IBM PC总线总线lIBM PC总线简称总线简称PC总线或总线或PC/XT总线，是总线，是IBM PC/XT个人计算机采用的微型计算机总线，是针个人计算机采用的微型计算机总线，是针对对Intel 8088微处理器设计的。它以微处理器设计的。它以I/O通道形式通道形式经过扩充并经驱动器驱动以增加负载能力而连至经过扩充并经驱动器驱动以增加负载能力而连至扩充插槽，作为扩充插槽，作为I/O接口板和主机之间的信息交换接口板和主机之间的信息交换通道。通道。lIBM PC总线有总线有62条信号线，包括条信号线，包括8位双向数据总位双向数据总线、线、20位地址总线

6、、位地址总线、6条中断请求线、条中断请求线、3组组DMA通通道控制线、存储器和道控制线、存储器和I/O读写线、动态读写线、动态RAM刷新刷新控制线和时钟信号线、控制线和时钟信号线、4条电源线、条电源线、3条地址线。条地址线。微机接口技术 72.ISA总线总线lISA（Industry Standard Architecture，工业标准，工业标准体系结构）总线是体系结构）总线是Intel公司、公司、IEEE和和EISA集团集团联合在联合在62线的线的PC总线的基础上经过扩展总线的基础上经过扩展36根线而根线而开发的一种系统总线。因为开始时是应用在开发的一种系统总线。因为开始时是应用在IBM P

7、C/AT机上，所以又称为机上，所以又称为PC AT总线。总线。lISA总线是为采用总线是为采用80286CPU设计的，但是兼容这设计的，但是兼容这一标准的微机系统还是有很大的市场，目前所用一标准的微机系统还是有很大的市场，目前所用的的286、386、486微机大多采用微机大多采用ISA总线，即使总线，即使586和奔腾机也还保留有和奔腾机也还保留有1个个ISA总线插槽。总线插槽。微机接口技术 82.ISA总线总线lISA总线的主要性能指标如下：总线的主要性能指标如下：n24位地址线，可直接寻址内存容量为位地址线，可直接寻址内存容量为16MB，I/O地址空间为地址空间为0100H03FFFHn8/

8、16位数据线，位数据线，62+36引脚引脚n工作频率工作频率8MHz，最大传输率，最大传输率16MB/s。n中断和中断和DMA传送功能。传送功能。lISA总线接口信号共总线接口信号共98个，均连接到主板的个，均连接到主板的ISA总线插槽总线插槽上。上。ISA插槽长度，由基本的插槽长度，由基本的62线线8位插槽和扩展的位插槽和扩展的36线线16位插槽两部分组成。除了数据和地址线的扩充外，还扩充位插槽两部分组成。除了数据和地址线的扩充外，还扩充了中断和了中断和DMA请求、应答信号。若只是用基本插槽时，请求、应答信号。若只是用基本插槽时，可用可用8位数据宽度及位数据宽度及20位地址，需要使用位地址，

9、需要使用16位数据或位数据或20位位以上的地址及其他扩充信号时，则采用以上的地址及其他扩充信号时，则采用8位基本位基本ISA加加16位位扩充扩充ISA的方式。的方式。lISA总线接口信号如表所示。总线接口信号如表所示。微机接口技术 93EISA总线总线lEISA总线是在总线是在ISA总线的基础上扩展来的，总线的基础上扩展来的，EISA总线采用总线采用开放结构，与开放结构，与ISA兼容。兼容。EISA总线信号由原来总线信号由原来ISA总线的总线的98引脚扩展到引脚扩展到198个，具有个，具有32位数据线，位数据线，32位地址，可以寻址位地址，可以寻址4GB。总线频率为，最大数据传输率达到。这样的

10、高速度。总线频率为，最大数据传输率达到。这样的高速度很适合于高速局域网、快速大容量磁盘及高分辨率图形显很适合于高速局域网、快速大容量磁盘及高分辨率图形显示。示。EISA总线从总线从CPU中分离出总线控制权，是一种智能化中分离出总线控制权，是一种智能化的总线，支持多总线主控和突发传输方式，可以直接控制的总线，支持多总线主控和突发传输方式，可以直接控制总线进行对内存和总线进行对内存和I/O设备的访问而不涉及设备的访问而不涉及CPU，所以极大，所以极大地提高了整体性能。地提高了整体性能。l为了让原有的为了让原有的ISA总线扩展卡可以直接用于总线扩展卡可以直接用于EISA总线，总线，EISA总线插槽与

11、总线插槽与ISA插槽等长等宽，但内部被设计成为双插槽等长等宽，但内部被设计成为双层引脚，两层之间由定位键限位。上层引脚与层引脚，两层之间由定位键限位。上层引脚与ISA扩展卡的扩展卡的信号相对应，下层引脚是专门与信号相对应，下层引脚是专门与EISA扩展卡的信号线对应。扩展卡的信号线对应。定位键使上下两层的引脚不会和不属于本层的引脚接触。定位键使上下两层的引脚不会和不属于本层的引脚接触。微机接口技术 109.1.3 局部总线局部总线 （PCI、PCI Express）l某些具有高数据传输率的设备（如图形、视频控某些具有高数据传输率的设备（如图形、视频控制器、网络接口等），尽管微处理器有足够的处制器

12、、网络接口等），尽管微处理器有足够的处理能力，但是总线传输却不能满足它们高速率的理能力，但是总线传输却不能满足它们高速率的传输要求。传输要求。l为了解决这个矛盾，在微处理器和高速外设之间为了解决这个矛盾，在微处理器和高速外设之间增加了一条直接通路，一侧直接面向增加了一条直接通路，一侧直接面向CPU总线，总线，一侧面向系统总线，分别通过桥片连接，这就是一侧面向系统总线，分别通过桥片连接，这就是局部总线。局部总线是直接连接到局部总线。局部总线是直接连接到CPU总线的总线的I/O总线，因此使有高需求的外设和处理器有更紧密总线，因此使有高需求的外设和处理器有更紧密地集成，为外设提供了更宽更快的高速通路

13、。如地集成，为外设提供了更宽更快的高速通路。如PCI总线就是一种局部总线。总线就是一种局部总线。微机接口技术 119.1.3 PCI总线总线 lPCI总线的全称是外围部件互联总线的全称是外围部件互联(Peripheral Component Interconnect)，它是一种高性能的局部总线，严格规范，它是一种高性能的局部总线，严格规范，提供高度的可靠性和兼容性，因此成为主流的标准总线，提供高度的可靠性和兼容性，因此成为主流的标准总线，被广泛应用于现代台式微机、工作站和便携机。被广泛应用于现代台式微机、工作站和便携机。lPCI总线的特点总线的特点n独立于处理器独立于处理器pPCI总线是一种独

14、立于处理器的总线标准，支持多种处理器，总线是一种独立于处理器的总线标准，支持多种处理器，适用于多种不同的系统。在适用于多种不同的系统。在PCI总线构成的系统中，接口和外总线构成的系统中，接口和外围设备的设计是针对围设备的设计是针对PCI总线，而不是针对微处理器的，所以总线，而不是针对微处理器的，所以这些设备可以独立于处理器设计和升级，当处理器因为过时而这些设备可以独立于处理器设计和升级，当处理器因为过时而需要更换时，接口和外围设备仍然可以正常使用。需要更换时，接口和外围设备仍然可以正常使用。微机接口技术 129.1.3 PCI总线总线lPCI总线的特点总线的特点n传输效率高传输效率高pPCI总

15、线采用的时钟频率。在时钟频率时，数据总线宽总线采用的时钟频率。在时钟频率时，数据总线宽度度32位，最大数据传输率达到位，最大数据传输率达到133MB/s。如果数据总线。如果数据总线宽度升级到宽度升级到64位，则数据传输率可达到位，则数据传输率可达到266MB/s。n多总线共存多总线共存pPCI总线是通过桥芯片进行不同标准信号之间的转换。总线是通过桥芯片进行不同标准信号之间的转换。通过通过HOST-PCI桥芯片，实现桥芯片，实现PCI与与CPU总线相连接；通总线相连接；通过过PCI-ISA/EISA桥芯片，实现桥芯片，实现PCI与与ISA或者或者EISA相连相连接。这样，使得多种总线可以共存于一

16、个系统中，慢速接。这样，使得多种总线可以共存于一个系统中，慢速和高速设备就可以分别挂在不同的总线上。和高速设备就可以分别挂在不同的总线上。微机接口技术 139.1.3 PCI总线总线lPCI总线的特点总线的特点n支持线性突发传输。支持线性突发传输。p线性突发传输不同于单次数据传输，单次传输是每传输线性突发传输不同于单次数据传输，单次传输是每传输一个数据前都要在总线上给出数据的地址，而线性突发一个数据前都要在总线上给出数据的地址，而线性突发传输只要在开始的时候将首地址发到总线上，之后每个传输只要在开始的时候将首地址发到总线上，之后每个时钟都只传输数据，而地址自动加时钟都只传输数据，而地址自动加1

17、，这样的方式适合顺，这样的方式适合顺序读写一批数据，可以减少无谓的地址操作，加快数据序读写一批数据，可以减少无谓的地址操作，加快数据传输速度。传输速度。n支持总线主控方式和同步操作。支持总线主控方式和同步操作。p挂接在挂接在PCI总线上的设备有主控和从控两类。总线上的设备有主控和从控两类。PCI总线允总线允许多处理器系统中任何一个处理器或其他有总线主控能许多处理器系统中任何一个处理器或其他有总线主控能力的设备成为主控设备，对总线实行操作。这样微处理力的设备成为主控设备，对总线实行操作。这样微处理器内部的操作和总线操作可以同时进行，而不必要等待器内部的操作和总线操作可以同时进行，而不必要等待总线

18、操作完成。总线操作完成。微机接口技术 149.1.3 PCI总线总线lPCI总线的特点总线的特点n支持两种电压，适用各种机型。支持两种电压，适用各种机型。PCI总线支持总线支持5V和的和的扩展卡，并可以从扩展卡，并可以从5V向进行平滑的系统转换。向进行平滑的系统转换。n具有即插即用功能。具有即插即用功能。PCI总线的接口卡上都设有配置寄总线的接口卡上都设有配置寄存器，系统加电时用程序给这些设备分配端口地址等存器，系统加电时用程序给这些设备分配端口地址等系统资源，可以避免使用时发生冲突。系统资源，可以避免使用时发生冲突。n预留扩展空间。预留扩展空间。PCI总线开发时预留了足够的发展空间，总线开发

19、时预留了足够的发展空间，比如，它支持比如，它支持64位地址位地址/数据多路复用，这是考虑到新数据多路复用，这是考虑到新一代的高性能外围设备最终将需要一代的高性能外围设备最终将需要64位宽度的数据通位宽度的数据通道。道。PCI的的64位延伸设计，可将系统的数据传输率提高位延伸设计，可将系统的数据传输率提高到到264MB/s。微机接口技术 159.1.3 PCI总线总线lPCI总线系统结构总线系统结构 nPCI总线结构中总线结构中HOST-PCI桥与桥与PCI总线相连，这个桥总线相连，这个桥提供了数据缓冲功能，是一个低延迟的访问通道，使提供了数据缓冲功能，是一个低延迟的访问通道，使处理器能够访问处

20、理器能够访问PCI设备，设备，PCI设备也能够访问主存。设备也能够访问主存。桥电路中包含有桥电路中包含有PCI总线控制器，有多个设备申请使用总线控制器，有多个设备申请使用总线时，能够进行裁决和分配总线的使用权。实际上，总线时，能够进行裁决和分配总线的使用权。实际上，HOST-PCI桥是一个高速的桥是一个高速的I/O协处理器。协处理器。n 另外的桥接器用于形成多级总线结构，有另外的桥接器用于形成多级总线结构，有PCI-ISA，PCI-USB，PCI-PCI等，使得系统中不同类型的设备共等，使得系统中不同类型的设备共存，合理地分配资源。存，合理地分配资源。微机接口技术 16图图 1 PCI总线系统

21、结构总线系统结构微机接口技术 179.1.3 PCI总线总线lPCI插槽有两种，一种是插槽有两种，一种是32位的，一种是位的，一种是64位的，位的，而两种插槽又分为而两种插槽又分为5V和两种。在和两种。在PC机上使用最多机上使用最多的是的是5V的的32位位PCI插槽。图插槽。图 2为为PCI插槽的示意图。插槽的示意图。图2 PCI插槽的示意图 微机接口技术 18 PCI Expressl在在2001年春的开发者论坛上年春的开发者论坛上Intel宣布了要用一种宣布了要用一种新的技术取代新的技术取代PCI总线和多种芯片的内部连接总线和多种芯片的内部连接,并并称之为第三代称之为第三代I/O总线技术总

22、线技术3rd Generation I/O 也也就是就是3GIO）。不久后，以）。不久后，以Intel、AMD、IBM、DELL、NVIDIA等等20多家业界主导公司开始起草多家业界主导公司开始起草3GIO，2002年草案完成，并正式命名为年草案完成，并正式命名为PCI Express。lPCI ExpressPCI Express（简称（简称PCIEPCIE），虽然从表面来看它的），虽然从表面来看它的名字和名字和PCIPCI有些类似，但它们之间却有着本质的区有些类似，但它们之间却有着本质的区别别微机接口技术 19 PCI ExpresslPCI采用的是并行通道。采用的是并行通道。PCI Ex

23、press总线属于串行总线，总线属于串行总线，进行的是点对点传输，每个传输通道单独享有带宽。进行的是点对点传输，每个传输通道单独享有带宽。PCI Express总线还支持双向传输模式和数据分路传输模式。总线还支持双向传输模式和数据分路传输模式。PCI Express接口根据总线接口对位宽的要求不同而有所接口根据总线接口对位宽的要求不同而有所差异，分为差异，分为PCI Express1、2、4、8、16甚至甚至32，由此，由此PCI Express的接口长短也不同，的接口长短也不同，1最小，往最小，往上则越大。其中上则越大。其中1、2、4、8、16为数据分路传为数据分路传输模式，输模式，32为多

24、通道双向传输模式。为多通道双向传输模式。1单向传输带宽单向传输带宽可达到可达到250MB/s，双向传输带宽能够达到，双向传输带宽能够达到500MB/s，这个，这个已经不是已经不是PCI总线所能够相比的了。同时总线所能够相比的了。同时PCI Express不同不同接口还可以向下兼容其他接口还可以向下兼容其他PCI Express小接口的产品小接口的产品,即即PCI Express 4的设备可以插在的设备可以插在PCI Express8X或或16X上上进行工作。进行工作。l表为现有总线类型数据传输率的比较表为现有总线类型数据传输率的比较.微机接口技术 20第一节第一节 主板的基本工作原理主板的基本

25、工作原理主板的模块结构功能 主板主要由CPU芯片组(Chipset)、高速缓存(Cache)、系统总线槽、RAM(内存)、系统BIOS(基本输入输出管理系统)及输入输出设备接口等组成。主板的主要功能是支撑和协调主板上的各个功能部件运行工作，为它们提供信息通路和数据通道。计算机的主要电路和核心部件都集成在主板上。如图所示。9.2 主板主板微机接口技术 219.2.1 常规主板、一体化主板和整合主板常规主板、一体化主板和整合主板 l常规主板常规主板:传统的插卡式主板传统的插卡式主板l一体化主板一体化主板:“ALL-IN-ONE”l整合主板：将显卡、声卡、网卡等整合主板：将显卡、声卡、网卡等I/O板

26、卡以及其板卡以及其他设备整合到芯片组中。他设备整合到芯片组中。微机接口技术 229.2.2 主板的主要组成部件和接口主板的主要组成部件和接口 按其电路功能主板分为以下几部分。1CPU模块 CPU模块包括CPU芯片、CPU插座和风扇。CPU的类型不同，CPU的插座也不一样。2内存模块 内存模块包括内存插槽和内存条。内存插槽是连接和放置内存条的地方，它决定着所安装的内存条类型，目前的形式有168线槽(DIMM槽)和184线槽(RIMM槽)。3芯片组(Chipset)芯片组称为控制芯片组(Chipset)，由一片或多片超大规模集成电路芯片构成。主要包括总线控制器、计时/计数器、中断控制器、DMA通道

27、控制器和CMOS RAM等功能电路。4BIOS基本输入输出系统 BIOS主要用于控制管理整个计算机系统的输入输出，BIOS被固化在ROM中，ROM是焊在或插在主板上的一个集成电路芯片，其中保存有计算机系统最重要的基本输入/输出程序、系统设置程序、开机上电自检程序。目前主板上的BIOS ROM芯片都是用Flash ROM，所以可以对它进行升级。微机接口技术 23第一节第一节 主板的基本工作原理主板的基本工作原理 5总线扩展槽 可插放各种用途的功能板卡，如显卡、声卡、网卡、视频转接卡等。根据不同的标准，扩展槽有：ISA、PCI 和AGP扩展槽总线。ISA又分为ISA和EISA；PCI分为PCI、和

28、PCI X；AGP分为AGP 1X、2X、4X和8X。这些扩展槽并行排列在主板上，ISA总线扩展槽为黑色；PCI总线扩展槽为白色，但比ISA总线扩展槽短些；AGP扩展槽是离CPU 插座最近的褐色插槽。PCI扩展槽在主板上均有编号，靠近AGP端口的PCI槽一般定为1号，然后依次向ISA槽方向分别编为2至5号。PCI槽编号在某些操作系统或应用软件中可能用到。6高速缓冲存储器(Cache)计算机系统为了提高数据的存取速度，486以上档次的计算机普遍采用了在CPU与主存储之间增设少量的高速度存储器(Cache)，临时存放CPU经常要访问的指令和数据，用来解决高速的CPU与低速主存储器工作速度不匹配影响

29、整个系统工作速度的矛盾。高速缓存可分为：(1)L1 CACHE(一级缓存)：建立在CPU内部的高速缓存；(2)L2 CACHE(二级缓存)：建立在CPU内部或主板上的高速缓存。P4以上计算机甚至有L3 CACHE，一般是建立在主板上。微机接口技术 24第一节第一节 主板的基本工作原理主板的基本工作原理 7外设接口 486以上计算机的主板上集成了软硬盘控制器、串并行接口，有的甚至将网卡、显卡、声卡等都集成在主板上，即所谓的ALL IN ONE主板。目前主板都带有：(1)两个串行接口。用来连接鼠标或Modem等串行设备；(2)一个并行接口。用来连接打印机等并行设备；(3)两个以上USB接口。用来连

30、接USB设备；(4)两个IDE接口。用来连接硬盘或光驱；(5)一个软驱接口。用来连接软盘驱动器；(6)两个PS接口。用来连接键盘和鼠标；(7)三个模拟信号接口。用来连接话筒、扬声器等；(8)一个游戏杆接口。微机接口技术 259.2.3 CPU芯片及其插座（插槽）芯片及其插座（插槽）l微机的性能主要取决于主板，而主板的性能取决于微机的性能主要取决于主板，而主板的性能取决于CPU，CPU芯片内部总线的宽度和时钟主频是决定芯片内部总线的宽度和时钟主频是决定CPU性能的性能的主要参数。主要参数。l80386以上以上CPU芯片各具其特定的强大功能，但必须有相芯片各具其特定的强大功能，但必须有相应的芯片组

31、配合运行才能发挥，因此主板配以相应的芯应的芯片组配合运行才能发挥，因此主板配以相应的芯片电路设计。片电路设计。l主频主频nCPU的主频，即的主频，即CPU内核工作的时钟频率（内核工作的时钟频率（CPU Clock Speed）。）。通常所说的某某通常所说的某某CPU是多少兆赫的，而这个多少兆赫就是是多少兆赫的，而这个多少兆赫就是“CPU的主频的主频”。主频是。主频是CPU内部参与运算和操作的各内部单内部参与运算和操作的各内部单元按统一的时钟频率同步的运行，是整个系统协调一致的工作，元按统一的时钟频率同步的运行，是整个系统协调一致的工作，以以CLK表示。表示。微机接口技术 269.2.3 CPU

32、芯片及其插座（插槽）芯片及其插座（插槽）lCPU主频的：主频的：“外频外频”和和“倍频倍频”n外频外频也叫也叫CPU前端总线频率或基频，计量单位为前端总线频率或基频，计量单位为“MHz“。CPU的主频与外频有一定的比例（倍频）关系，由于内存和设置在主的主频与外频有一定的比例（倍频）关系，由于内存和设置在主板上的板上的L2Cache的工作频率与的工作频率与CPU外频同步，所以使用外频高的外频同步，所以使用外频高的CPU组装电脑，其整体性能比使用相同主频但外频低一级的组装电脑，其整体性能比使用相同主频但外频低一级的CPU要高。这项参数关系试用于主板的选择。要高。这项参数关系试用于主板的选择。n倍频

33、系数倍频系数是是CPU主频和外频之间的比例关系，一般为：主频主频和外频之间的比例关系，一般为：主频=外频外频*倍频。倍频。Intel公司所有公司所有CPU（少数测试产品例外）的倍频（少数测试产品例外）的倍频 通常已通常已被锁定（锁频），用户无法用调整倍频的方法来调整被锁定（锁频），用户无法用调整倍频的方法来调整CPU的主频，的主频，但仍然可以通过调整外频为设置不同的主频。但仍然可以通过调整外频为设置不同的主频。AMD和其它公司的和其它公司的CPU未锁频。未锁频。l总线宽度：总线宽度：n总线上可同时传输的数据的位数。位数越多，一次传输的信息就总线上可同时传输的数据的位数。位数越多，一次传输的信息

34、就越多。越多。ISA宽度为宽度为16位，位，EISA为为16位，位，PCI为为32位，位，PCI-2可达到可达到64位。位。微机接口技术 279.3 芯片组芯片组l采用超大规模集成电路技术，采用超大规模集成电路技术，把主板上众多的接口芯片和支把主板上众多的接口芯片和支持芯片按不同功能分别集成到持芯片按不同功能分别集成到芯片之中。用少量几片芯片之中。用少量几片VLSIVLSI芯芯片的组合称为片的组合称为“控制芯片组控制芯片组”。采用芯片组技术后，可以简化采用芯片组技术后，可以简化主板的设计，降低了系统的成主板的设计，降低了系统的成本，提高了系统的可靠性。本，提高了系统的可靠性。l（1 1）南北桥

35、芯片）南北桥芯片 多数芯片组由北桥芯片（多数芯片组由北桥芯片（North Bridge Chip）和南桥芯片（）和南桥芯片（South Bridge Chip）组成的南北桥架构，两块芯片）组成的南北桥架构，两块芯片就像桥梁或纽带一样将电脑系统中各就像桥梁或纽带一样将电脑系统中各个独立的器件和设备连接起来形成整个独立的器件和设备连接起来形成整体。体。微机接口技术 28l北桥芯片北桥芯片n（1）CPU规格。规格。p支持支持CPU类型：类型：Pentium III、Pentium 4、Athlon、Athlon 64。p支持前端总线频率：支持前端总线频率：Pentium III（100MHz 133

36、MHz）、）、Pentium 4（400MHz 1066MHz）、）、Athlon（200 MHz 400MHz）、）、Athlon64（800 MHz）n（2）内存规格。）内存规格。p支持内存类型：支持内存类型：SDRAM、DDR-SDRAM、DDRII-SDRAM、RDRAM。n（3）系统总线规格。）系统总线规格。p支持总线类型：支持总线类型：ISA、PCI、AGP、PCI-E。p支持最大支持最大PCI插槽数：一般为插槽数：一般为4、5、6。n（4）图形系统规格。）图形系统规格。pAGP：是否支持：是否支持AGP 1X/2X/4X/8X。p是否集成图形控制器。是否集成图形控制器。微机接口技

37、术 29l南桥芯片南桥芯片n（1）硬盘接口规格。）硬盘接口规格。p接口类型：接口类型：PATA（并行（并行ATA，即标准，即标准IDE接口）、接口）、SCSI、SATA（串行（串行ATA）。）。pUltra-ATA：是否支持：是否支持Ultra-ATA 33/66/100/133。n（2）外设总线规格。）外设总线规格。p类型：类型：USB、IEEE 1394。pUSB规格：、。规格：、。p最多最多USB口数：一般为口数：一般为2到到8个。个。n（3）其他整合资源。）其他整合资源。pAC 97声效控制器、声效控制器、pMODEM控制器、控制器、p以太网控制器。以太网控制器。n（4）电源管理。）电

38、源管理。pACPI：一般有：一般有S1（POS，CPU停止工作）、停止工作）、S3（STR，除了内存，除了内存外的部件都停止工作）两种模式。外的部件都停止工作）两种模式。微机接口技术 30（2 2）整合芯片组）整合芯片组n自自19991999年开始，控制芯片组采用了年开始，控制芯片组采用了“整合技术整合技术”将将板卡或其他不见的功能集成于芯片组中，形成整合型芯板卡或其他不见的功能集成于芯片组中，形成整合型芯片组。如常用的片组。如常用的INTEL 850INTEL 850。微机接口技术 319.4 硬盘接口硬盘接口 l硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件，作用是在硬盘硬盘接口是硬盘与主机系统间的

39、连接部件，作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据。缓存和主机内存之间传输数据。从整体的角度上，硬盘从整体的角度上，硬盘接口分为接口分为IDEIDE、SATASATA、SCSISCSI和光纤通道四种。和光纤通道四种。1 1、IDEIDEIDEIDE的英文全称为的英文全称为“Integrated Drive Electronics”Integrated Drive Electronics”，即即“电子集成驱动器电子集成驱动器”，它的本意是指把，它的本意是指把“硬盘控制器硬盘控制器”与与“盘体盘体”集成在一起的硬盘驱动器。把盘体与控制器集集成在一起的硬盘驱动器。把盘体与控制器集成在一起的做法减少了硬

40、盘接口的电缆数目与长度，数据成在一起的做法减少了硬盘接口的电缆数目与长度，数据传输的可靠性得到了增强，硬盘制造起来变得更容易。对传输的可靠性得到了增强，硬盘制造起来变得更容易。对用户而言，硬盘安装起来也更为方便。用户而言，硬盘安装起来也更为方便。IDEIDE这一接口技术这一接口技术从诞生至今就一直在不断发展，性能也不断的提高，其拥从诞生至今就一直在不断发展，性能也不断的提高，其拥有的价格低廉、兼容性强的特点，为其造就了其它类型硬有的价格低廉、兼容性强的特点，为其造就了其它类型硬盘无法替代的地位。盘无法替代的地位。IDEIDE代表着硬盘的一种类型，但在实际的应用中，人们也代表着硬盘的一种类型，但

41、在实际的应用中，人们也习惯用习惯用IDEIDE来称呼最早出现来称呼最早出现IDEIDE类型硬盘类型硬盘ATA-1ATA-1，这种类型，这种类型的接口随着接口技术的发展已经被淘汰了，而其后发展分的接口随着接口技术的发展已经被淘汰了，而其后发展分支出更多类型的硬盘接口，比如支出更多类型的硬盘接口，比如ATAATA、Ultra ATAUltra ATA、DMADMA、Ultra DMAUltra DMA等接口都属于等接口都属于IDEIDE硬盘。硬盘。微机接口技术 329.4 硬盘接口硬盘接口 l2 2、SCSISCSISCSISCSI的英文全称为的英文全称为“Small Computer Syste

42、m Interface”Small Computer System Interface”（小型计（小型计算机系统接口），是同算机系统接口），是同IDEIDE（ATAATA）完全不同的接口，）完全不同的接口，IDEIDE接口是普通接口是普通PCPC的标准接口，而的标准接口，而SCSISCSI并不是专门为硬盘设计的接口，是一种广泛应并不是专门为硬盘设计的接口，是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术。用于小型机上的高速数据传输技术。SCSISCSI接口具有应用范围广、多任接口具有应用范围广、多任务、带宽大、务、带宽大、CPUCPU占用率低，以及热插拔等优点，但较高的价格使得占用率低，以及热插拔等

43、优点，但较高的价格使得它很难如它很难如IDEIDE硬盘般普及，因此硬盘般普及，因此SCSISCSI硬盘主要应用于中、高端服务器硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站中。和高档工作站中。l3.3.光纤通道光纤通道光纤通道的英文拼写是光纤通道的英文拼写是Fibre ChannelFibre Channel，和，和SCISSCIS接口一样光纤通道最接口一样光纤通道最初也不是为硬盘设计开发的接口技术，是专门为网络系统设计的，但初也不是为硬盘设计开发的接口技术，是专门为网络系统设计的，但随着存储系统对速度的需求，才逐渐应用到硬盘系统中。光纤通道硬随着存储系统对速度的需求，才逐渐应用到硬盘系统中。光纤通

44、道硬盘是为提高多硬盘存储系统的速度和灵活性才开发的，它的出现大大盘是为提高多硬盘存储系统的速度和灵活性才开发的，它的出现大大提高了多硬盘系统的通信速度。光纤通道的主要特性有：热插拔性、提高了多硬盘系统的通信速度。光纤通道的主要特性有：热插拔性、高速带宽、远程连接、连接设备数量大等。高速带宽、远程连接、连接设备数量大等。光纤通道是为在像服务器这样的多硬盘系统环境而设计，能满足高端光纤通道是为在像服务器这样的多硬盘系统环境而设计，能满足高端工作站、服务器、海量存储子网络、外设间通过集线器、交换机和点工作站、服务器、海量存储子网络、外设间通过集线器、交换机和点对点连接进行双向、串行数据通讯等系统对高

45、数据传输率的要求对点连接进行双向、串行数据通讯等系统对高数据传输率的要求。微机接口技术 339.4 硬盘接口硬盘接口 l4 4、SATASATA 使用使用SATASATA（Serial ATASerial ATA）口的硬盘又叫串口硬盘，是未来）口的硬盘又叫串口硬盘，是未来PCPC机硬盘的机硬盘的趋势。趋势。20012001年，由年，由IntelIntel、APTAPT、DellDell、IBMIBM、希捷、迈拓这几大厂商、希捷、迈拓这几大厂商组成的组成的Serial ATASerial ATA委员会正式确立了规范，委员会正式确立了规范，20022002年，虽然串行年，虽然串行ATAATA的的相

46、关设备还未正式上市，但相关设备还未正式上市，但Serial ATASerial ATA委员会已抢先确立了规范。委员会已抢先确立了规范。Serial ATASerial ATA采用串行连接方式，串行采用串行连接方式，串行ATAATA总线使用嵌入式时钟信号，总线使用嵌入式时钟信号，具备了更强的纠错能力，与以往相比其最大的区别在于能对传输指令具备了更强的纠错能力，与以往相比其最大的区别在于能对传输指令（不仅仅是数据）进行检查，如果发现错误会自动矫正，这在很大程（不仅仅是数据）进行检查，如果发现错误会自动矫正，这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插度上提高了数据传输的可

47、靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。拔的优点。l5.SATAII5.SATAII接口接口 SATA IISATA II是在是在SATASATA的基础上发展起来的，其主要特征是外部传输率从的基础上发展起来的，其主要特征是外部传输率从SATASATA的的1.5Gbps(150MB/sec)1.5Gbps(150MB/sec)进一步提高到了进一步提高到了3Gbps(300MB/sec)3Gbps(300MB/sec)，此外，此外还包括还包括NCQ(Native Command QueuingNCQ(Native Command Queuing，原生命令队列，原生命令队列)、端口多路器、端

48、口多路器(Port Multiplier)(Port Multiplier)、交错启动、交错启动(Staggered Spin-up)(Staggered Spin-up)等一系列的技术等一系列的技术特征。单纯的外部传输率达到特征。单纯的外部传输率达到3Gbps3Gbps并不是真正的并不是真正的SATA IISATA II。微机接口技术 349.5 USBlUSB(Universal Serial Bus)是一种新型的外设接口是一种新型的外设接口标准，其基本思想是采用通用连接器和自动配置标准，其基本思想是采用通用连接器和自动配置及热插拔技术，以及相应的软件，实现资源共享及热插拔技术，以及相应的

49、软件，实现资源共享和外设的简单快速连接。这样就解决了传统接口和外设的简单快速连接。这样就解决了传统接口电路中，每增加一种设备，就需要为其准备一种电路中，每增加一种设备，就需要为其准备一种接口或插座，以及不同的驱动程序所造成的使用、接口或插座，以及不同的驱动程序所造成的使用、维护上的困难。维护上的困难。l1996年年Intel公司等公布了版本，目前最新的版本公司等公布了版本，目前最新的版本是。由于微软是。由于微软Windows98/2000/xp中都内置了中都内置了USB接口模块，加上接口模块，加上USB设备的日益增多，因此设备的日益增多，因此USB成为目前流行的外设接口。成为目前流行的外设接口

50、。微机接口技术 359.5 USBlUSB总线的特点总线的特点n使用使用USB，不需要扩展插卡，无需了解，不需要扩展插卡，无需了解DIP开关、跳线、开关、跳线、中断号等设置的细节，无需开发底层设备驱动程序。中断号等设置的细节，无需开发底层设备驱动程序。nUSB外设连接时即插即用，并且可以不关闭主机电源，外设连接时即插即用，并且可以不关闭主机电源，实现热插拔。并且能为低功耗的装置提供电源，实现热插拔。并且能为低功耗的装置提供电源，+5V时时最大可提供最大可提供500mA的电流。的电流。nUSB总线得到总线得到400多家大公司的支持，多家大公司的支持，USB外设产品及外设产品及软件选择范围广。软件

51、选择范围广。n传输波特率（即传输速率）为传输波特率（即传输速率）为1.5Mb/s12Mb/s（的速（的速率可达到率可达到480Mb/s）。）。n通过通过USB-HUB最多可连接最多可连接127个外设。个外设。微机接口技术 369.5 USBlUSB系统组成系统组成nUSB硬件硬件pUSB的硬件包括的硬件包括USB主控制器主控制器/根集线器（根集线器（USB Host Controller/root Hub）和）和USB设备。设备。pUSB主控制器和根集线器合称为主控制器和根集线器合称为USB主机（主机（HOST）。）。USB主控制器是硬件、固件和软件的联合体，负责总线主控制器是硬件、固件和软件

52、的联合体，负责总线上数据的传输，把并行的数据转换成串行的数据，并建上数据的传输，把并行的数据转换成串行的数据，并建立立USB的传输处理，传给根集线器后在总线上传送。的传输处理，传给根集线器后在总线上传送。p根集线器集成在主系统中，由一个控制器和中继器组成，根集线器集成在主系统中，由一个控制器和中继器组成，可以提供一个或更多的接入端口。根集线器检测外设的可以提供一个或更多的接入端口。根集线器检测外设的连接和断开，执行主控制器发出的请求并在设备和主控连接和断开，执行主控制器发出的请求并在设备和主控制器之间传递数据。制器之间传递数据。微机接口技术 379.5 USBlUSB系统组成系统组成nUSB硬

53、件硬件p除了根集线器，除了根集线器，USB总线上还可以连接附加的集线器总线上还可以连接附加的集线器(USB Hub)，允许，允许USB系统扩展。每个集线器可以提供系统扩展。每个集线器可以提供2个、个、4个或个或7个接入点。但是总线供电的集线器由于受到个接入点。但是总线供电的集线器由于受到总线提供功率的限制，最多只能支持总线提供功率的限制，最多只能支持4个个USB端口。集线端口。集线器由控制器和中继器组成，控制器管理主机和集线器之器由控制器和中继器组成，控制器管理主机和集线器之间的通信及帧定时，中继器负责连接的建立和断开。间的通信及帧定时，中继器负责连接的建立和断开。pUSB Hub和和Root

54、 Hub是是USB即插即用技术中的核心部分，即插即用技术中的核心部分，完成完成USB设备的添加、删除和电源管理等功能。设备的添加、删除和电源管理等功能。pUSB设备分为设备分为Hub设备和功能设备两种。功能设备就是设备和功能设备两种。功能设备就是接在接在Hub上的外设，它能在总线上发送和接受数据、控上的外设，它能在总线上发送和接受数据、控制等信息，是完成某项具体功能的硬件设备，又称为制等信息，是完成某项具体功能的硬件设备，又称为“功能件（功能件（FUNCTION）”，如打印机、扫描仪等。，如打印机、扫描仪等。微机接口技术 389.5 USBlUSB系统组成系统组成nUSB硬件硬件pHub设备则

55、有一个设备则有一个Hub和一个或多个功能件，又称为复和一个或多个功能件，又称为复合的合的USB设备。设备。USB设备包含一定数量的寄存器端口，设备包含一定数量的寄存器端口，这些端口称为端点（这些端口称为端点（Endpoint），被赋予不同的端点号。），被赋予不同的端点号。每个每个Hub和功能件都有唯一的逻辑地址，通过该地址和和功能件都有唯一的逻辑地址，通过该地址和端点号，主机软件可以和每个端点通信。我们把端点号，主机软件可以和每个端点通信。我们把USB端端点和主机软件的联合称为点和主机软件的联合称为“管道管道”（Pipe）。）。lUSB的拓扑结构的拓扑结构 nUSB采用了一种层次化的新结构，该

56、结构以集线器为采用了一种层次化的新结构，该结构以集线器为USB设备提供连接点。其物理连接是一个层次型的星设备提供连接点。其物理连接是一个层次型的星型结构，集线器型结构，集线器Hub位于每个星型结构的中心。完整位于每个星型结构的中心。完整的拓扑结构如图的拓扑结构如图3所示。所示。微机接口技术 39图图3 USB拓扑结构拓扑结构微机接口技术 409.5 USBlUSB接口及信号接口及信号nUSB总线包括总线包括4根信号线，用来传送信号和提供电源。根信号线，用来传送信号和提供电源。其中其中D+和和D-为信号线，传送信号。为信号线，传送信号。D+和和D-是一对双绞是一对双绞线，线，D+是绿色，是绿色，

57、D-是白色。还有是白色。还有2根是电源线和地线，根是电源线和地线，电源线是红色，地线是黑色。电源线是红色，地线是黑色。USB接口的形式和与机接口的形式和与机器的连接见图器的连接见图4。图4 USB集成器和设备的连接微机接口技术 419.5 USBlUSBUSB数据传输数据传输,USB有有4种传输模式：种传输模式：n控制传输：主要用作配置设备用，也可以做设备的其控制传输：主要用作配置设备用，也可以做设备的其他特殊用途。控制传输是双向的。例如，对数字相机他特殊用途。控制传输是双向的。例如，对数字相机设备，可以传送暂停、继续和停止等控制信号。设备，可以传送暂停、继续和停止等控制信号。n批传输：用于传

58、送大批数据，这种数据的时间性不强，批传输：用于传送大批数据，这种数据的时间性不强，但要保证数据的正确性。如打印机、调制解调器、数但要保证数据的正确性。如打印机、调制解调器、数字音响等不定期传送大量数据的中速设备。字音响等不定期传送大量数据的中速设备。n中断传输：用于不固定、少量的数据传送，如键盘、中断传输：用于不固定、少量的数据传送，如键盘、鼠标等低速设备鼠标等低速设备n同步传输：又叫等时传输，用于传送连续性、实时的同步传输：又叫等时传输，用于传送连续性、实时的数据，这种方式的特点是要求传输速率固定（恒定），数据，这种方式的特点是要求传输速率固定（恒定），时间性强，传输中数据出错后无需重传。视

59、频设备、时间性强，传输中数据出错后无需重传。视频设备、数字声音等采用这种方式数字声音等采用这种方式微机接口技术 429.6 IEEE1394 lIEEE1394是是Apple公司于公司于1993年提出的，用来取年提出的，用来取代代SCSI的高速串行总线的高速串行总线“FireWire”，后经，后经IEEE协会于协会于1995年年12月正式接纳为一个工业标准，全月正式接纳为一个工业标准，全称是称是IEEE1394高性能串行总线标准（高性能串行总线标准（IEEE 1394 High Performance Serial BUS Standard）。）。lIEEE1394的性能特点的性能特点n通用性

60、强。通用性强。IEEE1394采用菊花链结构，以级联方式在采用菊花链结构，以级联方式在一个接口上最多可以连一个接口上最多可以连63个不同种类的设备。个不同种类的设备。n传输速率高。传输速率高。IEEE1394a支持支持100Mb/s，200Mb/s及及400Mb/s的传输速率。而的传输速率。而IEEE1394b规范定义了规范定义了800Mb/s，甚至的高传输速率。，甚至的高传输速率。微机接口技术 439.6 IEEE1394lIEEE1394的性能特点的性能特点n实时性好。实时性好。IEEE1394IEEE1394的高传输率加上同步传送的方式，的高传输率加上同步传送的方式，使数据的传送具有很好

61、的实时性。使数据的传送具有很好的实时性。n总线提供电源。总线提供电源。IEEE1394IEEE1394的的6 6芯电缆中有两条是电源线，芯电缆中有两条是电源线，可以直接向连接的设备提供可以直接向连接的设备提供410V410V和的电源。和的电源。n系统中设备之间关系平等。任何两个带有系统中设备之间关系平等。任何两个带有IEEE1394IEEE1394接接口的设备可以直接连接而不需要通过口的设备可以直接连接而不需要通过PCPC机控制。机控制。n连接方便。采用设备自动配置技术，允许热插拔和即连接方便。采用设备自动配置技术，允许热插拔和即插即用。插即用。微机接口技术 449.6 IEEE1394lIE

62、EE1394IEEE1394拓扑结构拓扑结构 nIEEE1394IEEE1394标准既可以用于内部总线连接，也可以用于标准既可以用于内部总线连接，也可以用于设备之间的电缆连接。一个物理模块可以包括多个结设备之间的电缆连接。一个物理模块可以包括多个结点，一个结点就是一个地址化的实体，包括多个端口，点，一个结点就是一个地址化的实体，包括多个端口，可以独立地设定和识别。可以独立地设定和识别。n一种典型的一种典型的IEEE1394IEEE1394总线系统连接如图总线系统连接如图5 5所示。所示。微机接口技术 45图图5 IEEE13945 IEEE1394总线系统结构总线系统结构 微机接口技术 469

63、.6 IEEE1394lIEEE1394IEEE1394拓扑结构拓扑结构n其中包含了两种环境，一种是电缆连接，即电缆（其中包含了两种环境，一种是电缆连接，即电缆（CABLECABLE）环境；）环境；一种是内部总线连接，即底板（一种是内部总线连接，即底板（Back planeBack plane）环境。系统中允许）环境。系统中允许有多个有多个CPUCPU，且相互独立。，且相互独立。n电缆环境的物理拓扑结构是一个非环状的网络，分支和深度都有电缆环境的物理拓扑结构是一个非环状的网络，分支和深度都有限。电缆由两对信号线和一对电源线组成，用来连接不同结点的限。电缆由两对信号线和一对电源线组成，用来连接不

64、同结点的端口。每个端口由终端、收发器和一些简单逻辑组成。电缆环境端口。每个端口由终端、收发器和一些简单逻辑组成。电缆环境下每个总线可以连接下每个总线可以连接6363个结点，两个结点间的距离不超过。电缆个结点，两个结点间的距离不超过。电缆环境的传输速率可以是环境的传输速率可以是100Mb/s100Mb/s，200Mb/s200Mb/s及及400Mb/s400Mb/s。n底板环境的物理拓扑结构是一个内部总线结构，一般特指主机底底板环境的物理拓扑结构是一个内部总线结构，一般特指主机底板。结点可以通过分布在总线上的连接插口插入总线。底板环境板。结点可以通过分布在总线上的连接插口插入总线。底板环境支持，

65、支持，25Mb/s25Mb/s和和50Mb/s50Mb/s的传输速率。的传输速率。n由于两种环境存在差别，因此在系统中环境之间要一个桥接器进由于两种环境存在差别，因此在系统中环境之间要一个桥接器进行连接。行连接。IEEE1394IEEE1394桥接器主要完成数据的接收和重新封装成数据桥接器主要完成数据的接收和重新封装成数据包，并进行转发。包，并进行转发。微机接口技术 479.6 IEEE1394lIEEE1394信号及连接信号及连接nIEEE1394有两种类型的电缆，早期的有两种类型的电缆，早期的IEEE1394定义了定义了一个带有一个带有6针插头的针插头的6芯电缆来实现设备间的互连。电芯电缆

66、来实现设备间的互连。电缆中有缆中有2对信号传送线对信号传送线TPA/TPA*和和TPB/TPB*、2根电根电源线源线VP和和VG。两对信号双绞线用做接收和发送连接；。两对信号双绞线用做接收和发送连接；电源线电源线VP向总线上的设备提供向总线上的设备提供410V、的电源；、的电源；VG接接地。地。6针插头和插座如图针插头和插座如图6(a)所示。通常所示。通常6根线按标号顺根线按标号顺序采用的颜色分别是白、黑、红、绿、橙、蓝。序采用的颜色分别是白、黑、红、绿、橙、蓝。n在在IEEE1394a中增加了中增加了4针插头和针插头和4芯电缆作为设备间芯电缆作为设备间的连接线。的连接线。4针插头中只有针插头中只有4个数据线。个数据线。4针插头和插座针插头和插座如图如图11.6(b)所示。所示。4根线按标号的顺序采用的颜色分别根线按标号的顺序采用的颜色分别是红、绿、橙、蓝。两种电缆的电气特性都是一样的，是红、绿、橙、蓝。两种电缆的电气特性都是一样的，最大电缆长度建议为。最大电缆长度建议为。微机接口技术 48图图6 IEEE1394插头和插座插头和插座微机接口技术 499.6 IEEE1394lIEEE