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第2章 IA-32 Intel 计算机的总体结构

第2章 IA-32 Intel 计算机的总体结构. IA-32 Intel 计算机的含义：. 以 IA-32 Intel CPU 和芯片组为基础所组成的计算机硬件系统。 分为： 普及型 PC 机、 高性能（ performance ） PC 机、 便携式（ portable ） PC 机、 嵌入式（ embedded） 计算机、 服务器（ server）、 工作站（ workstation） 等：. 嵌入式计算机系统的特点 ： 把计算机与应用系统融为一体，即把计算机插入到应用系统中，因而看不出有独立的计算机存在。

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第2章 IA-32 Intel 计算机的总体结构

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  1. 第2章 IA-32 Intel计算机的总体结构

  2. IA-32 Intel 计算机的含义： • 以IA-32 Intel CPU和芯片组为基础所组成的计算机硬件系统。 • 分为： 普及型PC机、 • 高性能（performance）PC机、 • 便携式（ portable ）PC机、 • 嵌入式（embedded）计算机、 • 服务器（server）、 • 工作站（workstation）等：

  3. 嵌入式计算机系统的特点： • 把计算机与应用系统融为一体，即把计算机插入到应用系统中，因而看不出有独立的计算机存在。 • 主要使用的CPU： • 微控制器（microcontroller）、 • 数字信号处理器DSP（Digital Signal Processor）、 • x86CPU。

  4. 服务器和工作站的特点： • 服务器和工作站是IA-32 Intel计算机中性能最高的机种，通常采用对称多处理结构SMP（Symmetrical Multi-Processing）。 • 从硬件结构上来说，二者极其相似，差别仅仅在于工作站配有监视器（monitor），服务器则不配监视器，而配客户机（client）。所以，可以形象地说，服务器就是去掉头部的工作站。

  5. IA-32 Intel计算机中的互连技术 • 计算机模块的功能及其所使用的信号

  6. 计算机的硬件功能模块有三种： • 存储器模块、I/O模块和CPU模块。 • 各模块交换信息时所使用的信号是： • 地址信号、控制信号、数据信号。 • （注意：信号线上的箭头方向。）

  7. 存储器模块内部所存放的内容有两部分： • 一是二进制的指令代码（程序）， • 二是二进制的数据，即原始数据和结果。

  8. 存储器的两种操作： • 读操作： • 把存储器模块中的二进制代码传送给CPU或其他主控设备。 • 写操作： • 把来自CPU或其他主控设备（master）的二进制代码接收到存储器模块。 • 读/写操作的基本单位是存储单元（location）。

  9. 存储器模块的组织方法是： • 存储器模块必须以存储单元为单位进行组织。 • 在IA-32 Intel计算机中，无论哪种型号的系统，存储器模块中存储单元的长度均为一个字节。

  10. 存储器模块的访问方法是： • 按存储单元所对应的地址进行读/写操作。 • 存储单元的地址： • 在设计存储器模块时，为每个存储单元分配一个唯一的二进制代码，称之为地址代码。以此来保证正确区分存储器单元。

  11. CPU的寻址能力： • 台式机CPU或其他主控设备所发出的地址信号可达32条，理论上可区分4GB的存储器单元，称之为寻址能力为4GB。 • 服务器和工作站CPU（带Xeon）的寻址能力可达到64GB。

  12. IA-32 计算机的两个地址空间是： • 存储器地址空间和I/O地址空间。 • I/O模块中的寄存器种类： • 数据寄存器、控制寄存器和状态寄存器。 • I/O模块中的端口： • 一般地寄存器称为一个端口。

  13. 2.2.1总线与芯片组技术

  14. 总线（bus）： • 是一组公共的信号线，凡与总线相连的功能模块，均可以经由总线传送信息。有的可以发送信息，有的可以接收信息。 • 但同一时刻，发送信息的功能模块只能有一个，否则会引起总线上的信息混乱。

  15. 系统中的总线可分为： • 数据总线、 • 地址总线、 • 控制总线。 • 数据总线的宽度： • 为所包含的信号线的数目。 • 数据总线为双向的。

  16. 地址总线是单向总线： • 总是由CPU模块或其他的主控设备（即DMA控制器）发出，由存储器模块或I/O模块接收。 • 总线的高位地址信号经译码后用来选择模块，而低位地址信号用来选择模块内的各个单元。

  17. 芯片组的功能包括： • 进行信号变换、负载匹配、译码驱动、提供数据通路。 • 在现代的芯片组中还往往包含了许多I/O控制器，即I/O接口的功能。

  18. IA—32 计算的总体结构

  19. 结构图

  20. 采用多级总线（hierarchical bus）： • 按速度的不同，对各功能模块进行分层总线互连，以便使系统工作速度最佳化。

  21. MCH（Memory Controller Hub）： • 存储器控制中心。 • GMCH（Graphics & Memory Controller Hub）： • 图形与存储器控制中心。 • MCH/GMCH 也称为主桥。

  22. MCH和GMCH的主要区别是： • GMCH含有内置的图形加速器，而MCH则没有。 • 因此，使用GMCH的主板上即便不设置AGP接口，直接就可以和监视器（monitor）相连接。使用MCH的主板上必须设置AGP接口，通过外加的图形控制板，才可以和监视器相连接。

  23. ICHx（I/O Controller Hub）: • I/O桥。 • ICHx共包含有多种型号： • ICH、ICH2、ICH3-S、ICH4等（见表2.2)。

  24. 800系列芯片组是由 MCH/GMCH、ICHx • 二者共同组成的一组超大规模集成电路。

  25. 系统总线： • 指的是系统中主要的功能模块与系统之间的互连总线。系统总线的实例如前端总线(FSB)、存储总线。

  26. 局部总线： • 是指与CPU相连的总线。这种总线一般单独设置，其上不接其他功能模块，为的是要保证系统中工作速度最高的CPU能够全速工作。BSB总线属于局部总线。 • 双独立总线结构： • 与CPU直接连接的BSB和FSB。

  27. 在IA-32计算机中，经常使用的存储器有： • SDR SDRAM（Single Data Rate SDRAM）、 • DDR SDRAM（Double Data Rate SDRAM）、 • RDRAM（Rambus DRAM）， • （SDRAM：Synchronous Dynamic Random Access Memory。） • AGP总线：专用于显示系统与系统之间互连的总线。

  28. IDE（Integrated Drive Electronics）设备: • 通常把经由IDE接口接入系统的硬磁盘驱动器和 • 光盘驱动器称之为IDE设备。 • IDE接口也称ATA接口。 • PCI总线： • 是以并行方式工作的总线。在IA-32计算机中，通常用来把用户自行设计的或者从市场上购买的符合PCI规范的I/O模块通过PCI插槽接入系统。

  29. USB（Universal Serial Bus）总线： • 通用串行总线。 • 经由USB总线，可以方便的把性能各异的I/O设备，例如键盘、鼠标、打印机、扫描仪和磁盘驱动器等，接入系统，数量最多可达127台。 • 使用方便、支持热插拔、占用系统资源少、传输速度快、可以为I/O设备提供+5V电源。 • 所以USB总线已经成为I/O接口的发展方向。

  30. AC’97（Audio Codec ’97）总线： • 称音频编码总线或AC链路。以串行方式工作。在此 • 基础上，可用软件方式实现声卡和modem卡的功能。 • LPC（Low Pin Count）总线： 以串行方式工作。 • 由ISA总线改进而来。总线上的信号线数目不仅大为减少，而且也少占用了系统资源，从而更有利于系统稳定工作。

  31. FWH（FirmWare Hub）：固件中心。 • 以快闪存储器（flash memory）为基础的超大规模集成电路，其中特别适宜存放固定的程序和数据。 • 在IA-32 Intel计算机中，BIOS（Basic Input and Output Systems）就存储在FWH中。

  32. 超级I/O（super I/O）： • 是具有综合功能的I/O 控制器。 • 经由LPC总线把低速I/O设备，诸如键盘、 • 鼠标、软磁盘驱动器并行打印机、调制解调器 • 等接入系统。

  33. SMBus（System Management Bus）： • 系统管理总线，以串行方式工作。 • 经由SMBus总线，系统可以知道每个设备的型号、规格、技术性能、制造厂商以及工作状态等信息，便于系统实现设备管理功能。

  34. 800系列芯片组及其主要技术特征 • 作业： • 到www.intel.com网站上查阅D845EBT主板的英文资料，就此写一篇技术报告，题目是：D845EBT主板的技术性能介绍。

  35. 本次课程内容 • 复习计算机中互连技术（图1、图2）； • IA—32 计算机的总体结构； • 复习:数制转换; • 数的表示； • 常用术语。 • 作业 • 该课程学习方法及特点 • 小结

  36. IA-32 Intel计算机中的互连技术

  37. 计算机的硬件功能模块有： • 存储器模块、 • I/O模块、 • CPU模块。 • 各模块交换信息有： • 地址信息、 • 控制信息、 • 数据信息。 • （注意：信号线上的箭头方向。）

  38. 存储器存放的内容有： • 二进制的指令代码（程序）， • 二进制的数据，即原始数据和结果。

  39. 存储器的两种操作： • 读操作： • 把存储器中的二进制代码传送给CPU或其他主控设备。 • 写操作： • 把来自CPU或其他主控设备（master）的二进制代码接收到存储器模块。

  40. 存储器模块的组织方法： • 以存储单元为单位进行组织。 • 在IA-32 Intel计算机中，无论哪种型号的系统，存储器模块中存储单元的长度均为一个字节。

  41. 存储器模块的访问： • 按存储单元所对应的地址进行读/写操 • 作。 • 存储单元的地址： • 为每个存储单元分配一个唯一的二进 • 制代码，称之为地址代码。

  42. CPU的寻址能力： • IA-32计算机台式机CPU或其他主控设备所发出的地址信号可达32条，理论上可区分4GB的存储器单元，称之为寻址能力为4GB。 • 服务器和工作站CPU（带Xeon）的寻址能力可达到64GB。

  43. IA-32 计算机的两个地址空间： • 存储器地址空间 • I/O地址空间。 • I/O模块中的寄存器种类： • 数据寄存器、 • 控制寄存器、 • 状态寄存器。 • I/O模块中的寄存器又称为端口。

  44. 通过总线互连各功能模块

  45. 总线（bus）： • 是一组公共的信号线，凡与总线相连的功能模块，均可以经由总线传送信息。有的可以发送信息，有的可以接收信息。 • 但同一时刻，发送信息的功能模块只能有一个，否则会引起总线上的信息混乱。

  46. 系统中的总线可分为： • 数据总线、 • 地址总线、 • 控制总线。 • 数据总线的宽度： • 为所包含的信号线的数目。 • 数据总线为双向的。

  47. 地址总线是单向总线： • 由CPU模块或其他的主控设备（即DMA控制器）发出，由存储器模块或I/O模块接收。 • 总线的高位地址信号经译码后用来选择模块，而低位地址信号用来选择模块内的各个单元。

  48. 芯片组的功能包括： • 进行信号变换、负载匹配、译码驱动、提供数据通路。 • 在现代的芯片组中还往往包含了许多I/O控制器，即I/O接口的功能。

  49. IA—32 计算机的总体结构

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