电脑维修培训教程-主板架构及其发展课件.ppt

2019 12 29 1 1 烙铁基础知识 2 静电防护知识 3 元件辩识 4 电子基础知识 5 主板架构及其发展 6 CPU 7 主存储器 8 键盘系统 9 开关电源 10 SFT程式简介 11 Debugcard使用简介 12 微机的开机过程 13 功能维修基本思想 2 11 50 58 106 118 148 32 172 203 218 225 229 电脑维修基础培训教材 2019 12 29 2 主板 Mainboard 也叫母板 Motherboard 或系統板 Systemboard 如果說CPU是系統的心臟 那么 主板可以說是系統的軀干 它CPU与外設交換數据的橋梁 發展至今 經過多次的變革 從大体積主板發展到微型主板 從集成度极低的主板發展到高集成度的主板 從非標準化發展到國際標準 5 1 2AT BABYATAT板的尺寸為 12 X13 BABYAT的尺寸為 8 5 X13 主板的發展及其架构 5 1主板的發展史 5 1 1IBM XT 該種板是IBM推出的最早的主板 5 1 3ATX MICROATX ATX 30 5CMX24 4CM如SHERBY AV MITAC产品 MICROATX 9 6 X9 6 如SHERWOOD MITAC产品 其中ATX分為1 0和2 0兩种版本 其最大差別在于散熱方式不同1 0中P S的風扇往机箱內吹 2 0中P S的風扇往机箱外吹 2019 12 29 3 5 1 4NLX 是Intel提出的一种新型主板构架 由于IDE 软驱 电源等接口以转移到了扩展竖板上 使其距离硬盘 软驱等设备舱位更近 连接线缆更短这样不但可以减少了信号傳輸中所受的干扰和衰减 提高傳輸的速度和質量 簡化机箱内部的混乱 由于CPU和内存位置作出了進一步的調整 散熱空間加大 使其散熱效果更加出色 5 2主板的架构 北橋 南橋 Northbridge Southbridge 結构广泛應用于PC机主板 傳統的南北橋結构中 北橋 就是主板上靠近CPU插槽的一顆大芯片 負責与CPU的聯系并控制内存 AGP PCI接口 相關的数据在北橋内部傳輸 南橋負責I O接口以及IDE設備的控制等 不过Intel从810開始摒弃了南北桥橋的結构 而采用了GMCH AGP内存控制中心 ICH I O控制中心 的HubArchitecture結构 使得内部的傳輸速度加快了不少 代表着主板芯片組的發展方向 根据不同的芯片組 我們作如下几种結构 分析主板架構 1 INTEL440架構 2 INTEL810架構 3 VIAMVP4架構 4 INTEL815架構 2019 12 29 4 U21BIOS FLASHROM U12ICS9147CLOCKSYNTHESIZER 48MHZ 6 3 66 100MHZHOSTCLK 33MHZPCICLK U21FDC37M602SUPERI OCTRL PRINTERPORT SN75185RS232DRIVER COMPORT 14 318MHZ 33MHZ ISABUS U15INTELPIIX4 33MHZ 14 318MHZ 48MHZUSBCLK X132 768KHZ USBPORT HDD CDROM PCIBUS PCISLOT1 33MHZ 33MHZ PCISLOT2 U9MGAMGA G200AVGACTRL 66MHZ U11INTEL440BX ZX 66 100MHZ 33MHZ intelPINTIUMPROCPU TAG L2CACHE SLOT1 ISASLOT1 8MHZ 14 318MHZ 14MHZ ONBOARDVIDEOSGRAM CRYSTALCS4280PCIAUDIODRIVE 33MHZ CRYSTALCODECCS4297 X124 576MHZ 33MHZ PCISLOT3 8 66 100MHZSDRAMCLK AGPBUS 66 100MHZ DIMM1DIMM2168P3 3VDIMMSOCKET INTEL440架構 2019 12 29 5 INTEL810架構 2019 12 29 6 PS 2K BMOUSE VIAMVP4架构 CPUSocket7 NorthBridgeVT82C501 SouthBridgeVT82C686 PBSRAM TAGRAM HostAddressBus HostDateBus 168pinsunbufferSDRAMmodule CRT PCIslots PCIDevice USBPORT HDD CDROM SystemBIOS RS232DRIVER PCIBus ISABus 2019 12 29 7 INTEL815架構 PPGA370 CPU Graphicsand Memory ControllerHub IntelFW82815 I OControllerHub IntelFW82801 168PinDIMMX2 SDRAM 3 3V J51 U2 CRT HDD CDROM USB U3 VID0 4 PCIBus VRM HIP6016 5V 3 3V 2 5V VCCID 2V VTT1 5V VCC U14 SuperI O PC87360 MOUSE KBD FDD U25 Firmware Hub Intel82802 U24 Audio Connector U1 Clock Generator ICS9250 27 3 3V 2 5V X114 318MHz U16 CPUCLK 66 100 133M HostCLK 66M DIMMHCLK 100MX8 PCICLK 33M 14 318M 48M AGPSlot AIMM DIMM1 DIMM2 J67 ACCodeo97 Link RS232 Driver SN75185 U7 J14 COM1 Port LPT J17 RS232 Driver SN75185 U11 J60 COM1 Port Audio CS4299 LAN 3C920V1 U5 J1 LAN connector PCISlots J5J6J7 J64 ATX RISER SLOT J63 ISAextensioncard Connector 2019 12 29 8 5 2 1傳統型北橋功能介紹 傳統型北橋功能以CAMAROMB為例 CAMAROMB的北橋為VIA芯片組 其主要功能如下 VIAVT8501ApolloMVP4特性 1 支持所有的SOCKET7總線界面 2 支持高級的L2CACHE 3 集成圖形加速控制器 AGP AcceleratedGraphicsPort 4 支持PCI總線控制器 5 集成高性能的DRAM控制器 6 支持老式的電源管理特性 7 一般的圖像處理能力 8 高性能的CAD 3D加速器 9 支持DVD10 集成視頻處理芯片 11 DigitalFlatPanel DFP Interface12 Build inNAND treescantestcapability 2019 12 29 9 5 2 2傳統南橋的功能介紹 以CAMARO為例說明南橋的內部功能 該芯片是VIA芯片組 VIAVT82C686A功能特性如下 1 PCItoISABridge2 集成DMA 33 66PCIEIDE控制器3 集成SUPERI O控制器4 SoundBlasterProHardwareandDirectSoundReadyAC97DigitalAudioController5 電壓 溫度 風扇速度監視器及其控制器 6 USB控制器7 系統管理控制器 8 即插即用控制器 9 高級電源管理 APM 5 2 3HUB結构的GMCH的功能介紹 HUB結构GMCH GraphicMemoryControllerHub 的功能以BMWMB為例 該芯片屬于INTEL810芯片組 GMCH的功能如下 2019 12 29 10 1 支持單處理器結构 2 64 bitGTL basedSystemBusInterfaceat66MHz 100MHz 3 支持32位地址總線結构 4 64 bitSystemMemoryInterfacewithoptimizedsupportforSDRAMat100MHz 5 集成2D 3D圖像引擎 6 IntegratedH WMotionCompensationEngine7 Integrated230MHzDAC 數字類比控制器 8 IntegratedDigitalVideoOutPort 9 4MBDisplayCache 82810 DC100only 5 2 4ICH內部功能 HUB架構的ICH芯片功能以BMW為例 該芯片82801是INTEL810芯片組的成員 其功能如下 1 支持PCIRev2 2 工作頻率33MHz 2 ICH0Supportsupto4Req Gntpairs PCISlots ICHsupportsupto6Req Gntpairs PCISlots 3 支持電源管理邏輯 4 增強型DMA控制器 中斷控制器及實時控制5 集成IDE控制器 ICH0支持UltraATA 33 ICH支持UltraATA 66 2019 12 29 11 6 USB總線界面支持兩個USB口 7 系統管理總線 SMBus compatiblewithmostI Cdevices 8 AC972 1CompliantLinkforAudioandTelephonyCODECs 9 LowPinCount LPC interface 10 FirmwareHub FWH interfacesupport 11 AlertOnLAN 82801AAICHonly 5 2 5Intel公司的典型产品介绍 Intel研制的最主要的芯片分为以下几组 430LX 430NX 430FX 430HX 430VX 430TX 430MX 440FX 450GX 450KX 440LX 440BX 440ZX 440EX I82810 I82820 I82840 Intel430FXPCIset430FX芯片组是Intel公司继430LX和430NX芯片组后推出的第三套基于Pentium的芯片组 也称为Triton 它在体系结构上作了很多改进 使性能有了很大的提高 430FX芯片组由一片82437FX 一片82371FB和两片82438FX组成 82437作为系统控制器 集成了CACHE控制器 DRAM控制器 PCI桥连控制器等功能部分 82438是数据缓冲控制器 82371FB中集成了PCI ISA IDE加速控制器等部分 430FX全部采用PQFP封装 430FX可提供高于100MB s的PCI数据流速 因此它支持奔腾处理器和多媒体应用程序的优化 2019 12 29 12 Intel430HXPCIset430HX芯片组是Intel公司继430FX之后推出的面向商用PC机平台的Pentium级主板芯片组 与其前一代产品430FX相比 它着重改进了系统的可靠性 并进一步提高了集成度 采用了两片封装 在性能上也有所提高 430HX适用于Pentium级的工作站 服务器和对可靠性要求较高的微机 430HX芯片组由一片82439HX和一片82371SB组成 430HX在性能上的主要改进可归纳为以下几点 采用了并行PCI体系结构 允许CPU PCI ISA总线并行处理事务 因此比430FX有更高的MPEG视频 音频播放和捕捉处理能力 支持通用串行总线 USB 支持USB设备的热即插即用连接 具有EDO定时功能 使访问DRAM的速度有较大的提高 系统性能提高约10 支持奇偶校验和ECC内存 更高的集成度 只有两片芯片 使用单片主桥方式 与430FX相比可节省60 的主板空间 采用了FIFO缓冲队列 可在TXC控制器的两边实现并行操作 从而提高了CPU的利用率 符合PCI2 1标准 缩短了总线的等待时间 提高了PCI设备的速度和整个系统的性能 支持64M位DRAM 系统内存最高可达512MB 支持P54C Pentium 和P55C PentiumMMX CPU 支持双CPU结构 可组成对称处理器结构体系的主板和微机系统 2019 12 29 13 对多媒体视频进行了特殊优化 因而更适用于家庭用户和多媒体应用 去除了一些普通用户难以用及的功能 如ECC内存 双CPU支持等 后 增加了对高速同步存储器SDRAM的支持 支持168线内存插槽和内存条 在结构上恢复了4片芯片结构 430VX芯片组由一片82437VX 一片82371SB和两片82438VX组成 全部采用PQFP封装 可管理的最大内存为256MB 低于430HX 降低了成本 其售价低于430HX 430TX是Intel公司为配合PentiumMMXCPU而推出的最新芯片组 专门针对奔腾微处理器的MMX技术进行了改进和优化以达到最佳的多媒体应用效果 430TX芯片组还采用了一系列的新技术 使PC机的性能和智能化程度得到进一步提高 另一方面 430TX也适用于可移动的便携式计算机中 弥补了便携式微机在多媒体技术方面的不足 使得便携机用户也能够像台式机一样享受声音 影视节目 通讯等带来的乐趣 430TX芯片组采用了两片结构 由一片82439TX和一片82371AB组成 Intel430TXPCIset Intel430VXPCIset 430VX的技术性能与430HX芯片组基本相同 两者的区别主要在以下方面 2019 12 29 14 440FX芯片组 注 不可与430FX芯片组搞混 是适用于高能奔腾 PentiumPro 的芯片组 440FX建立在并行PCI体系结构上 它包含了一个可加强视频传输及提高帧速度的多业务计时器 一个能提高MPEG及音频性能的被动释放机制 还包括了可充分利用写缓冲器来改进基于主机的处理应用程序的增强写性能 以及用以确保CPU TO ISA写控制与PCI2 1技术规格兼容的PCI延迟作业 Intel430MXPCIset 430MX是Intel专门针对Pentium级笔记本电脑推出的芯片组 它是Intel作为便携式PCIsets解决方案的第一个完整设计 在430FX的基础上采取了多项体系结构上的革新 430MX可应用于ProShare TM 快速以太网 音频及图形增强型应用程序 随着更新一代同时适用于台式机和便携机的430TX芯片组的推出 很多基于430MX的应用已经逐步转移到430TX芯片组上 Intel440FXPCIset 在结构上 440FX由三片芯片组成 一片82441FX 一片82442FX和一片82371SB 另有一个独立元件82093AA供双CPU设计时使用 440FX芯片组具有增强的32位性能和USB外围设备连接的优点 包括CPU to DRAM流水线 同时读写 动态延迟 写入猝发组合及I O队列 其他的特点如快速驱动器访问的BusMasterIDE BM IDE 集成化ECC支持 双CPU支持等使440FX的整体性能和可靠性大为提高 440FX可以管理的最大内存容量为1GB 440FX与Intel430HX 430VX等芯片组设计的I O子系统具有良好的兼容性 因此使440FX能充分利用已有资源 立足市场 2019 12 29 15 Intel440LXAGPset 继Intel430PCI芯片组之后 Intel公司又推出了Intel440LXAGP芯片组 AGP的图形图像上的带宽比在PCI接口上的增加了三倍 它可将高性能的图形功能带给主流的商业PC和家用PC 440LXAGP芯片组是440AGP芯片组系列中的第一个成员 它建立在由三个芯片组成的440FXPCI芯片组的特性之上 但把三个芯片压缩成二个芯片 82443LA和82371AB 440LXAGP有四个最主要的特点 引进了一组新的特性 称为QPA QuadPortAcceleration 四端口加速 它是处理器 图形加速器 PCI和SDRAM等四个端口的仲裁机构 包括直接连接AGP 动态分布仲裁和多流水线化 从CPU PCI和图形到SDRAM 等特性 这些特性合在一起可使PC中的各个设备获得最大的可用带宽 440LXAGP对SDRAM的支持使得对存储器的读写可以变得更快 并在PentiumII处理器 图形加速器和PCI设备之间实现更快的流水线化传输 具有ACPI AdvancedConfigurationandPowerInterface 高级配置和电源管理 功能 可以实现更强的电源管理 包括远距离唤醒 迅速从掉电状态恢复等 UltraDMA功能改进了对IDE设备的存取 2019 12 29 16 Intel440BXAGPset 从某方面而言 BX芯片组是一个跨时代的标志 它是首款真正支持100MHz主频的芯片组 440BXAGP芯片组继承了440LXAGP芯片组系列的诸多优点 如上面所述的AGP QPA和SDRAM ACPI与UltraDMA 440BX正式支持100MHz的外频 从而解决低外频 66MHz 造成的速度瓶颈 而不再支持EDO内存 即使是SDRAM也要求速度达到100MHz 作为440系列的第三个产品 它定位在高端CPU领域 应该说 对100MHz外频 是Intel首先提出来的 同时也是它的一张王牌 的支持既是440BX最吸引人的特点 也是其最大卖点 虽说早在440LX芯片组中就隐含着对100MHz外频的支持 当时的某些主板就设有100外频跳线 但440BX最大的改进就是它能稳定的运行在100MHz以上的外频 440BX芯片组也为两片结构 北桥芯片型号为82443BX 南桥芯片型号82371AB 前者采用492引脚BGA封装 负责CPU 可支持双Pentium 以SMP方式工作 SDRAM优化内存接口 64位总线接口 PCI接口 AGP 支持133MHz 接口及它们之间的连接控制 后者采用324引脚BGA封装 负责软盘驱动器 硬盘 支持UltraDMA 33 键盘 PCI ISA桥接器等接口及USB连接控制 440BX芯片组在包含了440LX的所有功能基础上有三大改进 一是外部总线支持100MHz 二是可支持450MHz的PentiumII 三是内存最大可扩展到1GB 由440BX芯片组构成的主板自1998年4月进入市场以来得到了前所未有的推广 如今 加上Pentium 和Socket370 赛扬 的推波助澜 更使得440BX的生命之树常青 2019 12 29 17 Intel440EXAGPset 它是Intel为 赛扬 处理器 PentiumII的简化版 特别开发的一款芯片组 它仍为两片结构 北桥芯片型号为82443EX 南桥芯片仍使用82371AB 外频只支持66MHz 与440LX和440BX两款芯片组相比较 440EX似乎并没有什么特别之处 这样一来使得原本是为降低主板成本而设计的440EX芯片组总造价并没有降低 加上440EX芯片组的性能打了折扣 反而造成了一种高不成低不就的感觉 致使440EX成为Intel成名以来寿命最短的产品 Intel440ZXAGPset 440ZX是Intel为支持Socket370结构Celeron而专门设计的一款芯片组 其用意是成为支持Slot1和Socket370结构主板的标准芯片组 虽然是Intel面向低端市场推出的产品 但由440ZX构成的主板同样加入了对100MHz外频的支持 这类主板一般只设2个DIMM插槽 最大只支持256MB 3个PCI和1个ISA插槽 受MicorATX制约 有一个还是共享型的 这类主板还有一个共同特点就是 它们均支持集成i740图形加速芯片和声音芯片 这样可以大幅度降低成本 需要注意的是 440ZX芯片组有两种版本 分为440ZX和440ZX 66 两者的重要区别是 440ZX是以440BX为核心 支持100MHz外频 它是为Slot1结构的100MHz外频的Celeron处理器而设计的 与440BX不同的是仅削减了对DIMM和PCI插槽数量上的支持 而440ZX 66只能支持66MHz外频 是为Socket370主板而特别设计 现在市场上能见到的ZX主板多采用440ZX 66芯片组 2019 12 29 18 IntelI82810 IntelI82820 1 加速集线器架构在I828X0芯片组中采用了集线器的概念 各种设备通过集线器直接与CPU 内存交换信息 在传统芯片组的PCI总线型主板中 挂在南桥芯片上的IDE ISA BIOS USB以及挂在PCI插槽上的显示卡 声卡 MODEM等各种设备均需通过PCI总线和北桥芯片才能与CPU 内存交换信息 如图1 在CPU 内存以及各种外设速度日益提高的今天 传统PCI总线是阻碍系统速度提高的瓶颈 将AGP显示接口挂在北桥芯片上 摆脱PCI总线的限制 速度达到AGP2 528MB s 就是一最明显的改进 Intel82810芯片组采用了图形存储控制集线器82810GMCH 输入输出控制集线器82801ICH 固件集线器82802FWH三块芯片 声卡 MODEM IDE 内存 AGP PCI等设备呈星形结构直接通过集线器交换信息 不像原来诸多设备共同占用总线带宽 使整个系统速度提高很多 且由于各设备用其通道交换数据 相互之间的干扰也会减小 虽然当前很多使用440BX芯片组的主板提供有133MHz甚至更高的外频 但实际上是在超频芯片组 目前8X0家族的I82820和82810 E芯片组正式提供对133MHz外频的支持 133MHz外频给我们带来的最大的好处是AGP4X 目前100MHz总线频率时内存的最大数据交换率为800MB s 还无法满足AGP4X的要求 采用133MHz外频时内存的数据交换率达到1000MB s 基本能满足AGP4X的需要 这两款芯片组的设计思想是一样的 他们都引入了 集线器 概念 只不过所面对的市场定位不同 所以把它们放在一起介绍 2 正式的133MHz外频 2019 12 29 19 3 支持新型内存Intel820芯片组支持184线的RIMM RambusIn LineMemoryMoclule 内存条 RIMM内存条采用DR DRAM DirectRambusDRAM 内存芯片 可在200MHz的总线频率下运行 比SDRAM的带宽提高了3倍多 Intel820芯片组通过桥接电路还可以使用PC133SDRAM Intel810芯片组的整合性相当高 AGP显卡 音效CODEC控制器 MODEMCODEC控制器全部整合 去掉了AGP插槽 代之以一只短短的AMR的扩展槽 它可为MODEM提供接口 并可作为声卡升级之用 而目前Intel810DC100芯片组的内置AGP显卡配备了4MBSDRAM 只要配合PII PIII等CPU运行 就可得到较完美的性能 该内置AGP显卡的性能经测试表明 完全可以满足一般用户的图形显示要求 但810芯片组整合的显示功能档次还不够高 无法满足高端图形的应用和游戏需求 820则给用户提供了更广阔的选择空间 你完全可以用它来将PIII800与最新的Voodoo4或Voodoo5搭配使用 丝毫不会令你的CPU感到屈才 IntelI82840 I82840是440BX最有力的接班人 下面我们对它进行详细的介绍 i840的特点 4 整合技术 2019 12 29 20 与旧式芯片组相比 它有几个特点 两个RAMBUS通道 i820只有一个 理论峰值带宽3 2Gbit 秒 PC100和PC133体系分别为0 8Gb 秒和1Gb 秒 133MHz外频 它只提供1 06GB 秒 133MHz 8bytes 时钟周期 的带宽给主内存 真不知道它怎么会这么少 尽管AGP4 总线可以减少内存带宽的需求 但DMA驱动程序和UMA UnifiedMemoryArchitecture 统一内存架构 都是十分耗费资源的 i840的定位可是服务器市场啊 难道英特尔不怕内存带宽不足而造成的性能瓶颈吗 也许在较低级的工作站市场没有什么问题 不过在使用SMP SymmetricMulti Processing 对称式多重处理架构 的多处理器系统中 共享MCH MemoryControllerHub 内存控制中心 的情况下 CPU们仍然会抢用内存存取空间 即使是运用两个RDRAM通道同时读 写的方式也对之帮助不大 除非英特尔在后期制作时给MCH加入两个内存端口 才有可能避免此类内存带宽大于CPU带宽的浪费 i840芯片组的规格有82840MCH 82801ICH Input OutputControllerHub 输入 输出控制中心 82802FWH 除了基本的三个芯片之外 你还可以加上以下任意一个元件 来增强整个芯片组的功能 1 82806P64H 64 bitPCIControllerHub 64位PCI控制中心 2 82803MRH R MemoryRepeaterHub 内存数据处理中心 3 82804MRH S SDRAMRepeaterHub SDRAM数据处理中心 虽然i840的规格繁多 但实际有用的只有以下那么几点 2019 12 29 21 支持两个奔腾III或Xeon3处理器 提供133MHz外频 AGP4X 英特尔AHA架构 双RDRAM通道 双PCI总线 一个33MHz 32位 一个66MHz 64位 可选33 66MHz64位PCI总线 预读取缓存 RNG RandomnumberGenerator 随机数字发生器 两个USB接口 从英特尔定制的规格来看 i840主板应该可以提供3个66MHz64位PCI插槽 3个33MHz32位PCI插槽和1个AGP4 插槽 你可能会问66MHz64位PCI槽有什么用 当用过UltraWideSCSIRAID控制器或10000转 分的高速硬盘后 你就知道33MHz32位PCI总线对数据I O的限制多么大 另外 文件和数据库服务器需要尽可能多的带宽 以增加内存与处理器之间的传输速度 这两点原因 足够理由使我们升级到采用双倍速度和带宽的i840 尽管CPU不能完全享受两个RAMBUS通道带来的好处 但分离的PCI总线可以充分利用内存带宽 因此RDRAM的改进还是起了一点作用的 至于AGP4X 对于3DGame来说 还是有点物不能尽其用的感觉 2019 12 29 22 5 3總線介紹 FSB FrontSideBus 前端總線也就是以前所說的CPU總線 由于在目前的各种主板上前端總線頻率与内存總線頻率相同 所以也是CPU与内存以及L2Cache 仅指Socket7主板 之間交換数据的工作時鐘 由于数据傳輸最大帶寬取决所同时傳輸的数据位宽度和傳輸頻率 即数据帶寬 總線頻率 数据寬度 8 由此可見前端總線速率将影响電腦運行时CPU与内存 L2Cache 之間的数据交換速度 實際也就影响了電腦的整体運行速度 5 3 2ISABUS 5 3 1HOSTBUS ISA IndustrialStandardArchitectureBus總線 工業標准体系結构總線 其特点如下 24位地址线可直接寻址的内存容量为16MB 8 16位数据线 最大位宽16位 bit 最高时钟频率8MHz 最大稳态传输率16MB s 中断功能 DMA通道功能 2019 12 29 23 5 3 3AGPBUS AGP AcceleratedGraphicsPort 總線 加速圖形控制端口其主要的結构是在使用AGP芯片的顯示卡与主存之間建立專用通道 讓影像和圖形數據直接傳送到顯示卡而不需要經過PCI總線 AGP總線為32bit數据和66Mhz的總線 速度比PCI總線快 為PCI總線的四倍 是在PentiumIIICPU和真正32Bit的Windows操作系統環境之下一展身手 發揮其功能的主要結构 采用AGP的目的是为了使3D图形数据越过PCI总线 直接送入显示子系统 这样就能突破由PCI总线形成的系统瓶颈 AGP主要功能如下 由于采用了流水线操作减少了内存等待时间 数据传输速度有了很大提高 2 具有133MHz的数据传输频率AGP使用了32位数据总线和双时钟技术的66MHz时钟 双时钟技术允许AGP在一个时钟周期内传输双倍的数据 即在工作脉冲波形的两边沿 即上升沿和下降沿 都传输数据 从而达到133MHz的传输速率 即532MB s 133M 4B s 的突发数据传输率 3 直接内存执行DIMEAGP允许3D纹理数据不存入拥挤的帧缓冲区 即图形控制器内存 而将其存入系统内存 从而让出帧缓冲区和带宽供其它功能使用这种允许显示卡直接操作主存的技术称为DIME DirectMemoryExecute 虽然AGP把纹理数据存入主存 也可以称为UMA UnifiedMemoryArchitecture 统一内存体系结构 技术 1 数据读写操作的流水线操作 2019 12 29 24 采用多路信号分离技术 demultiplexing 并通过使用边带寻址SBA sidebandaddress 总线来提高随机内存访问的速度 5 3 4IEEE1394总线 一种连接外部设备的机外总线可与外设如硬盘 打印机 扫描仪 可与消费性电子产品如数码相机 DVD播放机 视频电话等的连接 其特点如下 1 采用 级联 方式连接各个外部设备IEEE1394在一个端口上最多可以连接63个设备 设备间采用树形或菊花链结构采用树形结构时可达16层 从主机到最末端外设总长可达72M 2 能够向被连接的设备提供电源IEEE1394的连接电缆 Cable 中共有六条芯线 其中两条线为电源线 可向被连接的设备提供电源 其它四条线被包装成两对双绞线 用来传输信号 电源的电压范围是8 40V直流电压 最大电流1 5A3 采用基于内存的地址编码 具有高速传输能力1394总线的数据传输率最高可达400Mbps 4 地址信号与数据信号分离 5 并行操作 允许在CPU访问系统RAM的同时AGP显示卡访问AGP内存 显示带宽也不与其它设备共享 从而进一步提高了系统性能 2019 12 29 25 4 采用点对点结构 peertopeer 任何两个支持IEEE1394的设备可以直接连接 不需要通过电脑控制 例如在电脑关闭的情况下 仍可以将DVD播放机与数字电视机连接而直接播放光盘节目5 具有热即插即用功能 5 3 5USBBUS USB UniversalSerialBus 通用串行總線 USB總線是由Compaq DEC IBM Intel Microsoft NEC和NT 北方电讯 等七大領導世界電腦硬件和軟件的大公司所主導 解決各种外圍設備接頭不統一的問題 可接127個外圍設備的標准接口 具有热即插即用功能 USB采用 级联 方式连接各个外部设备一个USB控制器可以连接多达127个外设 适用于低速外设连接USB传送速度可达12Mb s 每秒12兆位 除了可以与键盘 鼠标 MODEM等常见外设连接外 还可以与ISDN 电话系统 数字音响 打印机 扫描仪等低速外设连接 5 3 5 1USB的主要性能特点 2019 12 29 26 5 3 5 2USB規范的组成 USB規范中将USB分為五个部分 控制器 控制器驱动程序 USB芯片驅動程序 USB設備以及針對不同USB設備的客户驅動程序 控制器 HostController 主要負責执行由控制器驅動程序發出的命令 控制器驅動程序 HostControllerDriver 在控制器与USB設備之間建立通信信道 USB芯片驅動程序 USBDriver 提供对USB的支持 USB設備 USBDevice 包括与PC相連的USB外圍設備 分為两类 一类设為本身可再接其它USB外圍設備 另一类設備本身不可再連接其它外圍設備 前者称為集線器 Hub 后者称設備 Function 或者說 集線器帶有其它接其它外圍設備的USB端口 而設備則是連接在計算机上用来完成特定功能并符合USB規范的設備单元 設備驅動程序 ClientDriverSoftware 就是用来驅動USB設備的程序 通常由操作系統或USB設備制造商提供 2019 12 29 27 該方式傳送的数据量很小 但这些数据需要及时处理 以达到实时效果 此方式主要用在鍵盤 鼠標以及操縱杆等設備上 等时傳輸方式 Isochronous 該方式用来聯接需要連續傳輸数据 且对数据的正确性要求不高而对时間极為敏感的外部設備 如麥克風 嗽叭以及電話等 等时傳輸方式以固定的傳輸速率 連續不断地在主机与USB設備之間傳輸数据 在傳送数据发發生錯誤时 USB并不处理这些錯誤 而是連續不斷地送新的数据 控制傳輸方式 Control 該方式用来处理主机到USB設備的数据傳輸 包括设設備控制指令 設備狀態查詢及确認命令 当USB設備收到这些数据和命令后 将依据先進先出的原則处理到达的数据 批 Bulk 量傳輸方式该該方式用来傳輸要求正确无誤的数据 通常打印机 扫掃描儀和数字相机以这种方式与主机聯接 5 3 5 3USB規范的数据傳輸方式 中断傳輸方式 Interrupt 2019 12 29 28 是EISA集团 1988年由Compaq HP AST NEC Olivetti ZenithTandy等组成 为32位CPU设计的总线扩展工业标准 1 32位地址域直接寻址范围为4GB2 32位数据线3 最大时钟频率8 3MHz4 最大传输率33MB s 5 3 7VESA VideoElectronicsStandardsAssociation 是VESA组织 1992年由IBM Compaq等发起 有120多家公司参加 按LocalBus 局部总线 标准设计的一种开放性总线 5 3 8PCIBUS PCI PeripheralComponentInterconnection 總線 外設部件互連總線 該標准是由Intel IBM DEC公司所制的 PCIBus與CUP中間經過一個橋接器電路 不直接与CPU相連的總線 故其穩定性与匹配性較差 提升了CPU的工作效率 其擴展槽可達到三個以上 為32Bit 64Bit的總線 是目前主板及外圍設備使用的的標准接口 PCI总线的主要性能 5 3 6EISA ExtendedIndustryStandardArchitecture 2019 12 29 29 5 3 8 1PCIBUSMaster 所謂BusMaster是具有存取記憶體或週邊裝置能力之裝置 也就是BusMaster的裝置須有能力控制位址及控制訊號 PCIbusMaster如果要以MasterMode存取資料 首先要經由REQ 控制訊號 向匯流排仲裁器發出要求 匯流排仲裁器會以GNT 控制訊號回應PCIbusMaster要求 PCIbusMaster收到GNT 後 才取得Bus的使用權 REQ 及GNT 控制訊號為一點對點訊號 主機板所能支援的PCIBusMaster擴充槽大都由chipset所提供之數量決定 BusMaster可減少CPU的負荷 並增加系統的效能 因為當一裝置在執行BusMaster的動作時 CPU仍可執行其他的指令動作 5 3 8 3PCI數据交換控制信號 Master驱动REQ 到低态 Master接收到GNT Master驱动FRAME 到底态 Initiator驱动IRDY 到低态且Target驱动TRDY 到低态 仲裁等待时间 汇流排取得等待时间 Target与Initiator的等待时间 5 3 8 2PCIBUS汇流排存取等待时间 2019 12 29 30 FRAME 周期框架 它是由目前的INITIATOR驅動 它有效時表示數据交換開始 為了确定是否已經取得匯流排擁有權 MASTER必須在同一個PCICLK信號的上升緣取樣到FRAME 与IRDY 都被反驅動到高態 且GNT 被驅動到低態 數据交換可以是由在目前的INITIATOR与目前所定址的TARGET間一到多次質料傳輸組成 當INITIATOR准備完成最后一次資料階段時 FRAME 就會被反驅動到高態 TRDY TARGETREADY被目前所定址的TARGET驅動 當TARGET准備完成目前的資料階段 資料傳輸 時 它就會被驅動到低電平 如果在同一個PCI周期信號的上升緣 TARGET驅動TRDY 到低電平且INITIATOR驅動IRDY 到低電平 則此資料階段便宣告完成 在讀取期間 TRDY 被驅動表示TARGET正在驅動有效的資料到資料匯流排上 在寫入期間 TRDT 被驅動表示准備接收來自MASTER的資料 等待狀態會被插入到目前的資料階段里 直到取樣到TRDY 与IRDY 都被驅動到低態為止 IRDY INITIATORREADY被目前的BUSMASTER驅動 在寫入期間 IRDY 被驅動表示INITIATOR正在驅動有效的資料到資料匯流排上 在讀取期間 IRDY 被驅動表示INITIATOR准備接收從目前所定址的TARGET傳來的資料 為了确定MASTER已經取得匯流排擁有權 它必須在同一個PCICLK信號的上升邊緣 取樣到FRAME 与IRDY 都被反驅動到高電平 且GNT 被驅動到低電平 2019 12 29 31 STOP TARGET驅動STOP 到低電平 表示它希望INITIATOR停止目前正在進行的交易 想要更多相關資料 IDSEL 初始化裝置選擇 INITIALIZATIONDEVICESELECT 是PCI裝置的一個輸入端 并且在存取某個裝置的組態暫存器期間 它用來選擇芯片 LOCK 這是在一個單元交易序列期間 例如 在讀取 修改 寫入操作期間 INITIATOR用來鎖 LOCK 目前所定址的TARGET的 DEVSEL 裝置選擇信號 DEVICESELECT 是在TARGET將位址解碼后 由TARGET驅動的 它當作目前的INITIATOR 与在擴充匯流排橋接器上的相減解碼器 SUBTRATIVEDECODE 的輸入 假如MASTER起始一個傳輸 并且在6個CLK周期內 未偵測到DEVESEL 被驅動到低態的話它就必須假設沒有TARGET回應 或在此位址上沒有TARGET裝置 然后產生一個MASTER ABORT 5 3 8 4PCI階段 2019 12 29 32 1 位址階段 每一個PCI交換都是以一個地址階段開始的 其持續時間為一個PCI時鐘周期在地址階段中initiator确認target裝置 透過地址 以及交換狀態下target裝置是以驅動一個在其指定給它的范圍內的PCI地址 數据匯流排起始位置來識別 同一時間 Initiator以驅動一個在4位元寬的PCI指令 位元組致能匯流排上 Command ByteEnableBus 的指令狀態來識別交易狀態 Initiator同時驅動FRAME 到低電平 表示在匯流排上有一個有效的起始地址与交易形態存在 因為Initiator只在一個PCI時鐘周期內 顯示起始地址与指令 所以每一個PCItarget裝置負責在時鐘的下一個上升邊緣閂鎖地址及指令 以便在后來將之解碼 閂鎖在地址匯流排的 地址与在指令 位元組致能匯流排上的指令解碼 Target裝置可以确認它是否被定址以及交易的狀態 Initiator只能提供起始地址給Target 在地址階段中 完成地址階段后的交換期間 地址 數据匯流排變成數据匯流排 并且用來在每一個數据階段里傳輸數据 Target負責閂鎖起始地址 并且在后續的每一個質料群組的位置 2 宣告交換數据 當PCITarget确定自己是交換的Target時 他必須將DEVSEL DeviceSelect 裝置選擇 驅動到低態來宣告交易 假設在預先決定的一段時間內Initiator未取樣到DEVSEL 被驅動到低電平 它將中止交易 3 數据階段 交換的數据階段是指某一段時間 在該段時間里 Initiator与Target之間有一個數据物件被傳輸 在某 2019 12 29 33 一個數据階段里 被傳輸的數据位元組數是由Initiator在該資料階段里所設定的指令 位元組致能訊號數目來決定 每一個數据階段持續的時間至少在一個PCI時鐘周期 Initiator与Target都必須表示它們准備完成該數据階段 或者用一個PCI時鐘周期的等待狀態來延長數据階段 為此 PCI匯流排定義了Initiator IRDY 与Target TRDY 所使用的准備 ready 信號線 4 交換期間 Initiator不會傳送傳輸次數給Target 相反 在每一個數据階段里 它都會表示是否是最后一個數据項 在地址階段的開始 FRAME 會被驅動到低電平 并且持續驅動 直到Initiator IRDY 完成最后一個資料階段為止 當Target在資料階段中取樣到IRDY 被驅動到低電平 并且FRAME 被反驅動到高電平時 它就知道這是最后一個數据階段 但 數据階段必須直到Target把TRDY 訊號驅動到低電平 才宣告完成 5 交換完成且匯流排回到閑置狀態 Initiator以反驅動FRAME 到高電平 以及驅動IRDY 到低電平 指示 BURST傳輸的 最后一次數据傳輸正在進行中 在最后一次數据傳輸完成后 Initiator會以反驅動其准備 IRDY 到高電平的方式 讓PCI匯流排回到閑置狀態 假設有另一個BUSMASTER被PCI匯流排仲裁器授予匯流排的擁有權 并且正在等待目前的Initiator讓出匯流排使用權 它就可以在同一個PCI時鐘周期的上升邊緣 時鐘9的上升邊緣 偵測FRAME 及IRDY 是否被反驅動到高電平 來偵測匯流排是否已經回到閑置狀態 2019 12 29 34 C BE 3 0 Commandtype0000Interruptacknowledge0001Specialcycle0010I Oread0011I Owrite0100Reserved0101Reserved0110Memoryread0111Memorywrite C BE 3 0 Commandtype1000Reserved1001Reserved1010Configurationread1011Configurationwrite1100Memoryreadmultiple1101Dualaddresscycle1110Memoryreadline1111Memorywriteandinvalidate 2019 12 29 35 5 3 8 5PCIBUS控制的時序圖 2019 12 29 36 两个master间仲裁 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 REQ A REQ B GNT A GNT B FRAME IRDY TRDY ADD DATA DATA DATA IDLE ADD DATA IDLE ADD DATA 使用权从B还给A 使用权从A还给B PCICLK 16CLK 8CLK 2019 12 29 37 2019 12 29 38 Bursttransfer PCICLK FRAME TRDY IRDY AD C BE DEVSEL Address Data3 Command BE 1 2 3 4 5 6 7 8 Data1 Data2 Addressphase Dataphase Dataphase Dataphase Turnaround Wait Datatransfer Datatransfer Wait Wait Datatransfer 2019 12 29 39 5 3 9DMA通道 DMA通道 DirectMemoryAccess 直接存取通道 主机与外設之間的數据傳輸 共有兩條途徑 一是利用CPU來管理數据的傳送 二是用專門的芯片完成數据的傳輸 所謂DMA 就是不經過CPU 外設同內存之間相互傳送數据的通道 在這种方式下 外設利用DMA通道直接將數据寫入存儲器或將數据從存儲器中讀出 而不用CPU的參与 系統的速度會大大增加 DMA通道分配如下 DMA0 可用DMA1 ECP打印口DMA2 軟驅控制器 8位 DMA3 8位數据傳送DMA4 級聯DMA控制器 不用 16位 DMA5 聲卡 16位 DMA6 SCSI 16位 DMA7 可用 16位 2019 12 29 40 5 3 10IDE IDE即集成驅動電路的縮寫 用于連接硬盤驅動到現代 的主要接口 指的是將接口電路或者控制器制作在驅動器自身 其實是早期所用分离的驅動器和控制器接口的更新版本 用 連接的不僅有硬盤 而且還有 高容量的軟盤驅動器 磁帶驅動器 5 3 10 1IDE的前身 歷年來在 系統上用過的几种接口 可見 只有 和 仍在流行 5 3 10 2IDE的起源 最早的 驅動器被稱為硬卡 只是將硬盤和控制器直接固定在一起 然后作為一個單獨的單元插入一個插槽中 即將 直接連在標准控制器上 再將組件插入 總線插槽 這樣將會發生許多 2019 12 29 41 問題 后來有的公司重新設計控制器取代標准硬盤的邏輯板組件 然后象其他驅動器一樣固定在標准驅動盤位置上 再用一根電纜將其連接在插槽上 5 3 10 3 總線版本 曾經有三种主要的 接口 附屬 位 位 位微通道 在這些類型中 今天只有 版本還在使用 并且不斷改進 如 及其更高的版本 被稱為 表示enhancedIDE FASTIDE UltraATA ultra ATA 33 ultra ATA 66 接口的標准版本 2019 12 29 42 規范中引入和記載的主要特性有 40 44腳連接器与電纜連接主 從電纜選擇驅動器配置選項對基本 和 模式的信號定時 和 驅動器參數變換 規范中引入和記載的主要特性有 快速 和 傳送模式支持電源管理支持可移動設備 卡 設備支持定義驅動器支持高達標 對容量高達 的驅動器定義了標准 變換方法 規范中引入和記載的主要特性有 刪除單字傳送協議增加 支持對系統性能下降的預測加入安全模式 允許用通行字保護對設備的訪問對總線上接的源和接受器提出建議 解決高傳輸率下的噪聲問題 2019 12 29 43 規范中引入和記載的主要特性有 高達 的 傳送方式完整的 支持高級電源管理支持定義一根可選的 線 腳的電纜改善抗噪性能緊縮的快閃適配器支持引入增加 支持容量達 万億 規范中引入和記載的主要特性有 高達 的 傳送方式 操作需要 根電纜只有檢測到 根電纜時 快于 的 方式才有效 存取硬碟資料是透過主機板上的晶片向硬碟讀取的 而在IDE磁碟機中常常聽到所謂的PIO模式或DMA模式 這些模式都是代表主機板和IDE磁碟機之間傳送資料的方式 5 3 10 4各种IDE模式传输速率 2019 12 29 44 各种IDE模式传输速率对照表 2019 12 29 45 近年ATA发展情况 2019 12 29 46 5 3 10 5硬盘 HDD HDD的电源模式 读写模式 Read writemode 数据从碟片中写入或者读出 寻找模式 Seekmode 磁头驱动进行寻址 闲置模式 Idlemode 驱动器没有读写也没有寻址 但马达没有停止转动 驱动器准备读写 磁头定在最后访问过的磁道 待命模式 Standbymode 马达和磁头驱动都停止转动 当有需要访问或者SPINUP的命令发出时 将会结束待命状态 睡眠模式 Sleepmode 所有电压失效 需要一个RESET信号将其从睡眠状态唤醒 HDD的信号引脚描述 DMACK 用来响应DMARQ的信号 DMARQ 当device准备DMA数据传送时发出DMARQ 2019 12 29 47 CS 1 0 Host发出的片选信号 用来选择命令 command or控制 control 寄存器组的 DA 2 0 Host发出的三位地址译码信号 用来访问device上的寄存器or数据口 DD 15 0 Host与device之间的16位数据接口 低8位用来给积存器赋初值 DIOR HDMARDY HSTROBE DIOR 是host发出的读寄存器or数据口的信号 HDMARDY 是host用以通知device其已经准备