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第八章 现代微机系统的主机板. 8.1 主机板的结构 8.2 芯片组. 8.1 主机板的结构. 现代微机系统的主机板上包括集成电路芯片、多种总线和各种插槽插座。. 除微处理器之外，芯片组也起着核心作用。芯片组包括北桥芯片和南桥芯片。. 北桥芯片是 CPU 与主存储器、高速视频设备、南桥芯片的接口。. 南桥芯片是 CPU 与外存储器和其它中低速外设的接口。. 8.1 主机板的结构. 现代微机系统主机板的功能结构. 标准 I/O 接口插座. CPU 稳压器. ISA/PCI/AGP 总线插槽. 处理器插座. ROM BIOS.
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第八章 现代微机系统的主机板 8.1 主机板的结构 8.2 芯片组
8.1 主机板的结构 现代微机系统的主机板上包括集成电路芯片、多种总线和各种插槽插座。 除微处理器之外，芯片组也起着核心作用。芯片组包括北桥芯片和南桥芯片。 北桥芯片是CPU与主存储器、高速视频设备、南桥芯片的接口。 南桥芯片是CPU与外存储器和其它中低速外设的接口。
8.1 主机板的结构 现代微机系统主机板的功能结构
标准I/O接口插座 CPU稳压器 ISA/PCI/AGP总线插槽 处理器插座 ROM BIOS RAM存储器插座 电池 芯片组（North/South Bridge） 8.1 主机板的结构 一种奔腾机的主机板物理结构
8.1 主机板的结构 一. 主要集成电路芯片 • CPU： 包括高速缓存Cache。 2. 芯片组：北桥芯片和南桥芯片，是主机板上最重要的核心器件，控制CPU和内存的协调工作，并连接所有外部设备。 • 快闪存储器BIOS和CMOS芯片：存储着开机就运行的BIOS程序和系统配置的相关信息。 4. 集成IO控制器：Super IO controller，将标准外设接口控制逻辑集成在一起，通过插座直接与外设连接，有时也负责形成ISA总线。有些南桥芯片包含此芯片的功能。
8.1 主机板的结构 一. 主要集成电路芯片 5. 显示器控制器：指一般速度的微机显示器，可通过插在PCI插槽里的以显示器控制芯片为核心的接口板来连接。 6. 时钟发生器和分频系统：时钟发生器是外接晶体的集成电路芯片；分频系统较为复杂，要为CPU、芯片组、总线插槽等提供频率不等的时钟信号。
8.1 主机板的结构 二. 主要插槽和总线 1. 前端总线（Front Side Bus, FSB）：也称为系统总线，是CPU和北桥芯片之间的一组连线。 2. 存储器总线和插槽：存储器插槽即SIMM和DIMM；存储器总线是北桥与存储器插槽之间的连线。 3. 高速显示器总线和插槽：高速显示器指面向高速三维动画显示的显示器，要求总线的传输速率（视频带宽）很高。该总线有北桥控制形成，有AGP（Accelerated Graphics Port）和PCI express两种标准。
8.1 主机板的结构 二. 主要插槽和总线 4. PCI总线和插槽：PCI的全称是（Peripheral Component Interconnect）最早的研制目的是取代ISA、VESA等总线标准，成为应用更广泛的统一标准。 后来出现许多版本：PCI2.0、PCI2.2、PCI-X、PCI express标准等。现代大多数微机系统都有PCI总线和ISA总线的扩展插槽，为用户提供自己开发外部设备的连接接口。 5. USB总线和插座：USB（Universal Serial Bus）总线由南桥芯片控制形成，现在也有多个版本标准。
8.1 主机板的结构 三. 其它部件和端口 1. IDE（Integrated Drive Electronics）:既是一种标准，也表示一个控制器，用于硬磁盘和光盘的连接。 2. SATA（串行ATA）：由IDE接口标准改进而来，现在主要用于硬盘的控制和连接。 3. 以太网接口：包括接口控制器和插座，指100兆以太网接口。有些北桥芯片提供千兆以太网的接口总线，更是适用于于网络服务器。 4. 音频外部设备接口：包括音频编译码器和接口插座。 5. 电源变换电路和电源管理器
8.2 芯片组 一. 北桥芯片和相关总线 在Inter公司的专业术语中，北桥早期称为MCH（Memory Controller Hub），后称为GMCH（Graphics and Memory Controller Hub）。 北桥的主要功能有： 1. 使CPU与内存储器连接 2. 使高速的显示（或图形）设备与CPU连接：连接方式有两种：一是在主机板上由插槽，显示设备通过显示（图形）控制卡插在插槽上与北桥链接，这时北桥提供的是遵从AGP协议的连线；二是北桥芯片中集成有显示控制器，有连线到插座与显示设备连接（不需显卡）。
8.2 芯片组 一. 北桥芯片和相关总线 北桥芯片经历了几代的发展，最早的Intel430适合于奔腾CPU，现在适合于奔4CPU的8系列芯片（845\850\848\ 865\875）和9系列芯片（915/925/945/955）。 各型号的北桥芯片在多种功能指标上各有特色。以下讨论以865G为代表。
南桥芯片ICH5 8.2 芯片组 一. 北桥芯片和相关总线 GMCH865G的相关总线
8.2 芯片组 一. 北桥芯片和相关总线 1. 时钟信号和工作频率 （1）主时钟频率：由时钟发生器输出、同时加在CPU和北桥上的一路信号。 （2）CPU工作频率：指CPU执行内部基本操作指令的速率。也被称为CPU的时钟速率、CPU的时钟频率、CPU的工作频率或简称CPU频率。 CPU内有锁相环电路组成的倍频器： CPU工作频率=主时钟频率×倍频系数
8.2 芯片组 一. 北桥芯片和相关总线 1. 时钟信号和工作频率 （2）FSB频率：指CPU与北桥之间传输数据时的速率，它与主时钟信号的频率可能不同。因为：主时钟信号的一个周期内可能传输多位数据，例如4位，则FSB频率就是主时钟频率的4倍。 865G可支持的FSB频率为400MHz、533MHz和800MHz（对应的主时钟信号频率分别为：100MHz、133MHz和200MHz）
8.2 芯片组 一. 北桥芯片和相关总线 2. FSB总线——系统总线（System Bus） （1）地址和数据的传输 数据线64条，能传输的数据位宽为64位。 地址线29条，能访问4GB内存，每次访问8个字节（即每个地址码对应8字节信息）。 数据和地址的接收端均有选通信号：数据选通信号4条，每位对应16位；地址选通信号2条，分别对应A31--A16和A15--A3。
8.2 芯片组 一. 北桥芯片和相关总线 2. FSB总线——系统总线（System Bus） （2）状态和控制 状态信号是联络信号，主要有：要传送的数据是否准备好；数据线是否忙碌；Cache操作是否命中；信息在Cache中是否经过修改而要重新写回主存；还有一个3位组合提供的8种状态响应。 控制信号是主动要求对方进行某种操作，主要有：发向CPU的复位信号；发向CPU的当前操作停止/推迟信号；CPU发来的锁定信号；多种请求信号。
8.2 芯片组 一. 北桥芯片和相关总线 3. 与存储器接口 GMCH865G支持两个通道A和B，每个通道64位数据位宽，2个无检错纠错的DIMM存储条插槽；支持128Mb、256Mb和512Mb技术的DDR存储芯片，每个芯片4个Bank；每个通道可以有4个Rank。 两个通道的信号线相同，主要分为数据组、地址组和时钟信号线。
8.2 芯片组 一. 北桥芯片和相关总线 3. 与存储器接口 （1）数据组 数据线64条，双向传输8个字节的数据；数据选通信号线8条，每条对应1个字节；数据屏蔽控制线8条，每条对应1个字节。 （2）地址组 存储器地址的选择源于FSB总线中的29位地址线，地址选择的第一个变量是从FSB总线来的一位地址码，在GMCH中形成对A、B两个通道的控制机制，使每个瞬间只有一个通道的信号有效。
8.2 芯片组 一. 北桥芯片和相关总线 3. 与存储器接口 （2）地址组 每个通道的地址选择线则是FSB总线中其余28位地址线经GMCH转接形成。其中： 2位地址码在GMCH中译码驱动4条Rank选择线，每一条加到存储器条上同一Rank的所有芯片的片选CS引脚； 2位地址码经转接形成2条Bank地址选择线，在存储器芯片中译码选择4个Bank中的一个；
8.2 芯片组 一. 北桥芯片和相关总线 3. 与存储器接口 （2）地址组 其它地址码经行地址和列地址复用的13位地址线传送至存储器芯片内行地址锁存器和列地址锁存器，实现行地址和列地址的选择。 Rank地址选择、Bank地址选择、行地址选择和列地址选择共同选定其中一个存储器单元（64位）。 此外，还有行地址选通、列地址选通信号和写允许信号线。
8.2 芯片组 一. 北桥芯片和相关总线 3. 与存储器接口 （3）时钟信号线 时钟信号利用差动线路驱动，每路信号2条线。GMCH向每一个DIMM插槽发3路时钟信号。 4. 其它接口 AGP/DVO接口、模拟显示器接口VCA、与南桥接口、千兆以太网接口CAS等。
8.2 芯片组 二. 南桥芯片 南桥——输入输出控制器集线器ICH（IO Controller Hub），它集成所有中低速外设的接口控制电路。 与GMCH865G配套的ICH是ICH5G。 ICH5G提供或支持的功能主要有： （1）公用总线：包括PCI（Peripheral Component Interconnect）总线、LPC（Low Pin Count）总线和USB（Universal Serial Bus）总线，在主机板上分别有多个并行的插槽或插座。
8.2 芯片组 二. 南桥芯片 ICH5G提供或支持的功能主要有： （2）处理器接口：支持与Intel公司的处理器或82815E、82810EGMCH连接。 （3）8位的HI1.5标准连线：与GMCH连接，数据速率为266MB/s。 （4）两个集成的局域网LAN控制器：支持与局域网连接。 （5）固件HUB（Firmware HUB）接口：支持8MB存储器连接，通常用于连接ROM BIOS。
8.2 芯片组 二. 南桥芯片 ICH5G提供或支持的功能主要有： （6）IDE（Intergrated Device Electronics）接口：支持多种外部存储器的连接，如硬盘、光盘等。该接口的连线遵守Ultra DMA100/66/33协议。 （7）中断控制器（Interrupt Controller）：集成着两个级联的8259电路，支持15个中断源；还集成着一个中断控制电路APIC（Advanced Programmable Interrupt Controller），支持24个中断源。 （8）DMA（Direct Memory Acess）控制器：由两个级联的8237逻辑组成的。
8.2 芯片组 二. 南桥芯片 ICH5G提供或支持的功能主要有： （9）计数定时器（Timer）：与8254逻辑兼容。 （10）256B的CMOS RAM：电池供电，用作实时时钟计时和存储微机系统的配置信息。 （11）两个串行通信接口控制器：支持Modem等串行通信设备。 （12）通用I/O接口（GPIO）：12条输入线、8条输出线和4条输入输出双向线，均可编程控制，可由用户选定支持多种应用。 （13）铃响信号输出、时钟信号输出和多个测试引脚。
