微机原理与接口技术11-n.ppt

第11章 微型计算机系统,微机原理与接口技术,主要内容,微型计算机系统概述微型计算机的主板Pentium系列微机硬件系统键盘与键盘接口原理显示器接口打印机接口鼠标器接口触摸屏接口,11.1微型计算机系统概述,微型计算机的硬件系统：利用总线技术将微处理器、存储器、输入/输出接口、外设等按照一定的系统结构的组合。微型计算机硬件系统由主机与外设构成主机包括主板（系统板）、电源、硬盘、主机箱以及可选扩充部件等；外设包括键盘、显示器、打印机等。硬件系统配置相应的软件系统（包括BIOS、操作系统、工具软件和应用软件等）形成完整的计算机系统。,典型微型计算机系统的组成,微型计算机硬件系统图示,11.2 微型计算机的主板,微型计算机硬件系统除了外部设备外，其余重要硬件都被集成到位于主机箱内底部的一块大型多层印刷电路板上，并通过总线将它们按照一定要求连接在一起，这个线路板就称为主机板或系统板，简称主板。以Intel为代表的CPU或兼容CPU构成的微型计算机都采用了这种主板（母板）结构。,微机主板的特性,开放式结构主板上有若干个I/O扩展插槽，供微机外围设备的控制卡（适配器）插接，通过更换这些插卡，可以对微机的相应子系统进行局部升级，使配置机型方面有更大灵活性、伸缩性与扩展性。集成化集成化程度不断提高，单位面积性能得以不断提升。,主板的主要部件（模块）,微处理器、BIOS、存储器模块、I/O控制模块及各种插槽（或插座）等，简要介绍几种重要部件：微处理器（CPU），微机系统主板中最为重要的部件，本书前面章节对微处理器作了较为全面系统的介绍。控制芯片组也称主板系统管理芯片，负责维持整个系统的正常运转。其中有两个重要的芯片即北桥芯片（主控芯片）和南桥芯片（I/O管理芯片）；CMOS、中断控制器、系统定时/计数器等功能已集成到芯片中。,主板的主要部件（续）,I/O控制芯片提供对并行接口、串行接口、USB接口以及CPU风扇等的管理与支持；不断增加新的功能，如提供对PS2接口、游戏或虚拟现实操纵杆的支持以及微处理器过电压保护等。BIOS（Basis I/O System，基本输入/输出系统）BIOS存放在主板上的ROM区，或采用Flash存放BIOS程序；BIOS在汇编语言级上向系统程序、应用程序提供外设的控制功能，包括开机自检、引导装入，显示器、通信接口、键盘、打印机的字符传送、图形发生等；实现即插即用（PnP），自动电源管理（APM）等功能；BIOS提供时间、内存容量及设备配置情况等数据；BIOS的应用通过中断调用实现。,主板的主要部件（续）,内存条存储程序、数据等信息；SDRAM、DDR、DDR2等不同形式，支持的种类和频率取决于主板的芯片组。主板上的插槽（插座）是计算机系统安装和连接的机械基础，主要有微处理器插座、总线扩展插槽、内存条插槽、键盘与鼠标接口、并/串行口插座、电源插座等；根据微机系统配置的不同还有LAN网插座、USB插座、MIDI插座、音频/视频插座等。,主板的分类,按CPU分类使用8088的XT主板；使用80286的286主板；使用80386的386主板；使用80486的486主板；使用Pentium的Pentium主板、高能Pentium主板、PentiumII主板、PentiumIII主板以及Pentium 4主板等按结构分类AT主板ATX主板BTX主板,AT主板,AT（Advanced Technology）主板是IBM PC/AT机（286个人计算机）命名的一种主板标准；尺寸较大,板上能放置较多的元件和扩展插槽；随着电子元件集成化程度的提高，在1990年推出了Baby/Mini AT主板规范Baby AT主板。,ATX 主板,ATX（Advanced Technology Extended）是扩展的AT标准；ATX主板针对AT和Baby AT主板的缺点做了以下改进：主板外形在Baby AT的基础上旋转了90度,其几何尺寸改为30.5cm 24.4cm；采用7个I/O插槽，CPU与I/O插槽、内存插槽位置更加合理；优化了软硬盘驱动器接口位置；提高了主板的兼容性与可扩充性；采用了增强的电源管理,真正实现电脑的软件开/关机和绿色节能功能。,BTX主板,BTX（Balanced Technology Extended），一种具有平衡技术的扩展主板标准；仍然提供某种程度的向下兼容；BTX的主要特点：支持Low-profile即窄板设计，系统结构更加紧凑；针对散热和气流的运动，对主板的线路布局进行了优化设计；主板的安装更加简便，机械性能也经过最优化设计；支持新总线和接口，如PCI Express和串行ATA等。BTX主板的I/O接口非常简单，仅仅提供了一个COM串口、PS/2键盘鼠标接口、RJ-45接口、USB2.0接口和IEEE1394a接口。,主板控制芯片组,主板控制芯片组的引入控制芯片组的功能结构北桥芯片（North Bridge）南桥芯片（South Bridge）I/O 控制芯片,主板控制芯片组的引入,早期微机的控制电路由中小规模的集成电路（IC）芯片构成，由分散的IC芯片搭成的控制电路速度和可靠性都较低；从386微机开始，采用了专用控制芯片组（Chipset）；控制芯片组把各种控制电路集成到有限的几片IC芯片中，通过引脚的输入/输出控制信号和数据，实现对整个系统的控制；此后，控制芯片成了与CPU、主存等类似的逻辑部件，使得主板的设计、制作更趋于标准化；在当今的微机系统中，都采用了由超大规模集成电路制作的控制芯片组来完成微机系统的控制。,控制芯片组的功能结构,控制芯片组由系统控制器、数据缓冲控制器、总线桥接电路等组成：微机系统的几乎所有功能，如总线频率、CPU读写模式、各种外设的工作模式、RAM和Cache工作方式、电源管理，以及当前微机的各种新技术如AGP接口、USB、并发式PCI、统一内存结构（UMA）、Ultra ATA接口、ACPI等，都必须有芯片组的支持。控制芯片组的结构如下图,主板中的芯片组,北桥芯片（North Bridge）,主板芯片组中起主导作用的重要组成部分，也称为主桥（Host Bridge）。一般芯片组的名称以北桥芯片名称来命名，例如Inte1845E芯片组的北桥芯片是82845E，875P芯片组的北桥芯片是82875P等；北桥芯片负责与CPU的联系并控制内存、AGP、PCI、PCI Express等在北桥内部的传输，提供对CPU的类型与主频、系统前端总线频率、内存类型与最大容量、ISA/PCI/AGP/PCI Express插槽、ECC（Error Check Correction）纠错等的支持；为了提高通信性能而缩短传输距离，北桥芯片是主板上离CPU最近的芯片；北桥芯片的数据处理量非常大，发热量也很大，所以北桥芯片都覆盖着散热片，加强其散热。,南桥芯片（South Bridge）,南桥芯片一般位于主板上离CPU插槽 较远的下方，PCI插槽的附近，这种布局是考虑到它所连接的I/O总线较多，离处理器远一点有利于布线；相对于北桥芯片而言，南桥芯片数据处理量并不算大，一般没有覆盖散热片；南桥芯片负责I/O总线通道之间的通信，如PCI总线、USB、LAN、ATA、SATA、音频控制器、键盘控制器、实时时钟控制器、高级电源管理等。发展方向主要是集成更多的功能，例如网卡、RAID、IEEE1394、WIFI无线网络等。,I/O 控制芯片,为减轻南桥芯片的压力，许多主板专门采用I/O控制芯片，如845PE等芯片组采用的Winbond W83627HF I/O控制芯片；I/O控制芯片主要用于控制与各种外围设备如硬盘、鼠标等的数据通信；有的I/O控制芯片创新地加入了多样新功能，例如提供微处理器过电压保护功能、I/O芯片内部硬件监控功能。,典型芯片组介绍,386/486 微机系统使用的控制芯片组早期的386中采用82C30系列。82C30芯片组采用了六片结构，加上一片外设控制芯片构成完整的386微机控制系统；82C30芯片组单片芯片的集成度小、功能差，但是它的某些基本功能至今仍然在使用；486控制芯片组4把协处理器集成到CPU内部。常见的486控制芯片组有82C406、82C496等。486控制芯片组大多为两片结构，即由系统控制器和数据缓冲控制器组成。用于Socket 7架构的控制芯片组Socket 7是Pentium处理器以后出现的架构，有两类：一类是面向PCI结构的，不支持AGP接口，如Intel430系列的各类芯片组；另一类是支持AGP接口的芯片组，如Sis公司的5591/5595、5597/5598以及Inte1430TX芯片组。基于Slot1架构的控制芯片组Slot1基于Pentium架构，如 Intel公司的440LX、440BX、440EX、440GX等。,典型芯片组介绍（续）,基于Socket 370架构的控制芯片组Socket 370是基于Pentium III的架构，主要芯片组有Inte1810、810E、810E2、815、815E、815EM以及820、840等。面向800MHz前端频率的芯片组包括865和875两个系列，可同时支持800MHz 和533MHZ FSB的Pentium4 CPU（Socket 478），其特点如下：支持超线程技术；支持双通道的DDR400/333/266内存，但不支持单通道DDR内存，最大存储带宽可达到6.4Gb/s；支持ECC数据错误检查与纠正功能；引人了独有的Turbo Mode技术，使DDR400内存性能高于低版本的其他芯片组；i875P芯片组可以全面支持各项新技术，如USB2.0、Serial ATA150、双通道的Gigabit以太网功能和单通道的Gigabit 以太网功能等。,典型芯片组介绍（续）,支持PCI Express的芯片组（如915/925芯片组）内存支持：支持双通道DDR2-533内存，提供 8.5GB/s的带宽，支持最大达到4GB的DDR33/400内存；PCI Express16：提供最多两个带宽相当于现在AGP 接口两倍的PCI Express16接口；SATA/RAID：915芯片组支持最多4个SATA接口；PCI Express1：ICH6（ICH=I/O控制集线器，I/O Controller Hub）给最多4个PCI Express1接口提供500MB/s的带宽，对集成的LAN技术有很大改进；915仍支持Socket 478接口的Pentium 4，925不支持Socket 478接口的Pentium 4处理器，而支持全新的LGA775接口的Pentium 4处理器；915/925引人了全新的ICH6南桥芯片，南桥芯片ICH6能够支持最多4个PCI Express1接口，增加了两个串行ATA接口，一共提供4个SATA接口。基于BTX结构的控制芯片组以上各芯片组均是在ATX结构下的控制芯片组；支持BTX的芯片组有i915GV和i915GL等芯片组。它们支持LGA775接口的Pentium 4处理器等。,11.3 Pentium系列微机硬件系统,微机硬件系统的发展历程：PC/XT、PC/AT（286）、386、486；Pentium、Pentium pro、Pentium II、Pentium III、Pentium 4多核微处理器,Pentium微机硬件系统,Pentium级系统指Pentium及MMX Pentium系列主板。主板核心控制芯片都采用Intel Triton 430系列控制芯片组或与之兼容的同类芯片。特点：结构更加简洁：主板系统管理芯片、可擦写型BIOS ROM、二级Cache芯片；淘汰了双列直插型二级（L2）Cache芯片，而改为在板上直接焊上同步缓存芯片；通常使用高速同步或高速突发型SRAM芯片。典型主板使用2片一组的Intel 430HX控制芯片，型号分别是82439HX（北桥）和82371SB（南桥）。82371为I/O控制芯片；带MMX技术的Pentium采用Intel 430TX控制芯片组，全面支持多媒体技术。430TX芯片组由一片82439TX和一片82371AB组成，其中82371AB集成了所有系统的控制功能，支持AGP接口，适用ATX主板。,典型 Pentium 硬件系统结构,Pentium微机硬件系统,主板上有一个Slot1，专门适用于安装 Pentium II。采用440芯片组，如440FX、440LX、440EX和440BX等。440FX由一片82441FX、一片82442FX和一片82371SB构成，另有一个独立元件82093AA供双CPU设计时使用；440EX是专门为内部不带L2 Cache的赛扬设置的控制芯片组。,典型Pentium II硬件系统结构,Pentium III 微机硬件系统,Pentium III处理器封装形式改回为Socket 370连接；采用815E芯片组815E芯片组支持Socket 370的 Pentium III处理器，支持频率从500MHz到1.2GHz；北桥芯片为82815E，南桥采用82801BA（ICH2），1个AGP2/4，支持32位的133MHz的SDRAM，Ultra ATA100，2组USB主控器，可接4个USB设备，6个PCI插槽，1个CNR 插槽，4条168线的SDMM（高达512MB），CNR以及ACF97等。,典型 Pentium III 硬件系统结构,Pentium 4微机硬件系统,有几种封装形式，如Socket 423、Socket 478以及LGA775等845/850芯片组支持Socket 423的Pentium 4处理器，而865/875芯片组支持Socket 478的Pentium 4处理器，915V之后支持 LGA775封装的Pentium 4。仅支持Socket 478的有基于ATX结构的Pentium4主板，以及基于BTX结构的Pentium 4主板等。,典型 Pentium 4 硬件系统结构,