計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)第6章(總線與芯片組)

計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)第6章總線與芯片組contents目錄總線概述芯片組簡(jiǎn)介總線與芯片組關(guān)系常見總線標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議典型案例分析：Intel和AMD平臺(tái)總線與芯片組對(duì)比總結(jié)與展望總線概述CATALOGUE01是計(jì)算機(jī)各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線，它是由導(dǎo)線組成的傳輸線束，按照計(jì)算機(jī)所傳輸?shù)男畔⒎N類，計(jì)算機(jī)的總線可以劃分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，分別用來傳輸數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)地址和控制信號(hào)?？偩€（Bus）定義總線在微型計(jì)算機(jī)中的地位，如同現(xiàn)代化城市中的交通及通訊網(wǎng)絡(luò)一樣，通過總線可以交流信息并協(xié)調(diào)工作，從而使系統(tǒng)整體效能達(dá)到最優(yōu)。總線功能總線定義與功能計(jì)算機(jī)的總線分為內(nèi)部總線和外部總線。內(nèi)部總線是微機(jī)內(nèi)部各外圍芯片與處理器之間的總線，用于芯片一級(jí)的互連；而外部總線則是微機(jī)和外部設(shè)備之間的總線，微機(jī)作為一種設(shè)備，通過該總線和其他設(shè)備進(jìn)行信息與數(shù)據(jù)交換，它用于設(shè)備一級(jí)的互連。總線分類總線（bus）是指計(jì)算機(jī)組件間規(guī)范化的交換數(shù)據(jù)（data）的方式，即以一種通用的方式為各組件提供數(shù)據(jù)傳送和控制邏輯?？偩€特點(diǎn)總線分類及特點(diǎn)總線寬度通常指數(shù)據(jù)總線的根數(shù)，用bit（位）表示，如8位、16位、32位和64位等。數(shù)據(jù)總線負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流量的大小，而數(shù)據(jù)總線寬度則決定中央處理器與二級(jí)緩存、內(nèi)存以及輸入/輸出設(shè)備之間一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)男畔⒘俊r(shí)鐘同步/異步同步通信的所有設(shè)備都使用統(tǒng)一的時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)，從而保證通信雙方工作步調(diào)一致。在異步通信中不使用時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，它們直接在總線上發(fā)送數(shù)據(jù)，接收方隨時(shí)準(zhǔn)備接收（也就是接收方是被動(dòng)接收）?？偩€性能指標(biāo)這是指總線中出現(xiàn)了多少根獨(dú)立的信號(hào)線。信號(hào)線數(shù)負(fù)載能力電源電壓即驅(qū)動(dòng)力，是指當(dāng)總線接上負(fù)載后，總線輸入輸出的邏輯電平保持在正常的額定范圍內(nèi)。信號(hào)線與地之間的電位差。030201總線性能指標(biāo)傳輸方向是單向的還是雙向的。傳輸速率MBPS即每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)（MB），這是衡量總線性能的重要指標(biāo)?？偩€性能指標(biāo)芯片組簡(jiǎn)介CATALOGUE02芯片組（Chipset）是主板的核心組成部分，按照在主板上的排列位置的不同，通常分為北橋芯片和南橋芯片。北橋芯片提供對(duì)CPU的類型和主頻、內(nèi)存的類型和最大容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC糾錯(cuò)等支持。南橋芯片則提供對(duì)KBC（鍵盤控制器）、RTC（實(shí)時(shí)時(shí)鐘控制器）、USB（通用串行總線）、UltraDMA/33(66)EIDE數(shù)據(jù)傳輸方式和ACPI（高級(jí)能源管理）等的支持。芯片組決定了主板的功能和性能，影響著整個(gè)電腦系統(tǒng)性能的發(fā)揮。芯片組定義及作用北橋芯片（NorthBridge）是主板芯片組中起主導(dǎo)作用的最重要的組成部分，也稱為主橋（HostBridge）。南橋芯片（SouthBridge）是主板芯片組的重要組成部分，一般位于主板上離CPU插槽較遠(yuǎn)的下方，PCI的前面。南橋芯片負(fù)責(zé)I/O總線之間的通信，如PCI總線、USB、LAN、ATA、SATA、音頻控制器、鍵盤控制器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘控制器、高級(jí)電源管理等。北橋芯片負(fù)責(zé)與CPU的聯(lián)系并控制內(nèi)存、AGP、PCI數(shù)據(jù)在北橋內(nèi)部傳輸，提供對(duì)CPU的類型和主頻、內(nèi)存的類型和最大容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC糾錯(cuò)等支持，整合型芯片組的北橋芯片還集成了顯示核心。南北橋芯片結(jié)構(gòu)與功能SIS公司SIS的芯片組在以前曾經(jīng)有過輝煌的歷史，但近年來市場(chǎng)份額逐漸減少。常見的SIS芯片組有645、648、655等系列。Intel公司Intel的芯片組在業(yè)界有著極高的聲譽(yù)，其產(chǎn)品穩(wěn)定性和兼容性都非常好。常見的Intel芯片組有845、865、915、945、965等系列。AMD公司AMD的芯片組也頗受歡迎，其產(chǎn)品在性能和價(jià)格方面都有不錯(cuò)的表現(xiàn)。常見的AMD芯片組有750、760、780G、870、880G等系列。VIA公司VIA的芯片組在低端市場(chǎng)有著一定的市場(chǎng)份額，其產(chǎn)品以性價(jià)比高而著稱。常見的VIA芯片組有PT800、PT880、PT890、K8T800等系列。常見芯片組廠商及產(chǎn)品總線與芯片組關(guān)系CATALOGUE03

總線在芯片組中實(shí)現(xiàn)方式局部總線連接CPU和芯片組，實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)總線連接芯片組中各功能模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和控制。擴(kuò)展總線連接芯片組與外部設(shè)備，提供擴(kuò)展接口。數(shù)據(jù)傳輸速度不同總線類型具有不同的數(shù)據(jù)傳輸速度，影響芯片組性能。兼容性不同總線標(biāo)準(zhǔn)需要不同的接口電路，影響芯片組的兼容性和擴(kuò)展性。功耗和散熱高速總線會(huì)產(chǎn)生較大的功耗和熱量，需要芯片組具備相應(yīng)的散熱設(shè)計(jì)。不同類型總線對(duì)芯片組影響隨著計(jì)算機(jī)性能提升，總線傳輸速度不斷提高。多功能芯片組的出現(xiàn)使得總線更加集成化，減少傳輸延遲。發(fā)展趨勢(shì)及挑戰(zhàn)集成化高速化發(fā)展趨勢(shì)及挑戰(zhàn)標(biāo)準(zhǔn)化：總線標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一有利于不同設(shè)備間的互聯(lián)互通。高速總線設(shè)計(jì)需要解決信號(hào)干擾、傳輸延遲等技術(shù)問題。技術(shù)難度不同總線標(biāo)準(zhǔn)間的兼容性問題需要解決。兼容性挑戰(zhàn)隨著總線速度提升，散熱問題日益嚴(yán)重，需要采取有效的散熱措施。散熱問題發(fā)展趨勢(shì)及挑戰(zhàn)常見總線標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議CATALOGUE04PCI-E總線PCIExpress總線的簡(jiǎn)稱，是一種高速串行計(jì)算機(jī)擴(kuò)展總線標(biāo)準(zhǔn)，用于連接主板和計(jì)算機(jī)中的各種高速設(shè)備。PCI與PCI-E的區(qū)別PCI是并行總線，而PCI-E是串行總線；PCI-E的傳輸速度比PCI更快。PCI總線一種高性能、32位或64位的數(shù)據(jù)傳輸總線，用于連接各種高速設(shè)備，如顯卡、聲卡等。PCI/PCI-E總線標(biāo)準(zhǔn)USB接口通用串行總線的簡(jiǎn)稱，是一種連接計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口協(xié)議，廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備，如鼠標(biāo)、鍵盤、打印機(jī)等。Thunderbolt接口一種由Intel開發(fā)的連接接口，融合了PCIExpress數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和DisplayPort顯示技術(shù)，可以連接高速數(shù)據(jù)和視頻設(shè)備。USB與Thunderbolt的區(qū)別Thunderbolt的傳輸速度比USB更快，且支持更高的數(shù)據(jù)帶寬和更多功能。USB/Thunderbolt接口協(xié)議03SATA與SAS的區(qū)別SAS支持更高的傳輸速度和更豐富的功能，但成本也更高；SATA則成本較低，適用于普通桌面計(jì)算機(jī)。01SATA接口串行高級(jí)技術(shù)附件的簡(jiǎn)稱，是一種計(jì)算機(jī)總線接口，主要用于連接硬盤驅(qū)動(dòng)器。02SAS接口串行連接SCSI的簡(jiǎn)稱，是一種高性能、高可靠性的硬盤接口協(xié)議，主要用于服務(wù)器和工作站等高端應(yīng)用領(lǐng)域。SATA/SAS硬盤接口協(xié)議其他常見總線標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議集成驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備的簡(jiǎn)稱，是一種并行接口協(xié)議，曾廣泛用于連接硬盤和光驅(qū)等設(shè)備。IDE接口一種高速串行總線標(biāo)準(zhǔn)，由蘋果公司開發(fā)，主要用于連接數(shù)字音頻和視頻設(shè)備。IEEE1394接口（FireWire）小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口的簡(jiǎn)稱，是一種并行接口協(xié)議，用于連接硬盤、光驅(qū)等存儲(chǔ)設(shè)備。SCSI接口典型案例分析：Intel和AMD平臺(tái)總線與芯片組對(duì)比CATALOGUE05Intel平臺(tái)總線技術(shù)發(fā)展歷程早期的Intel處理器采用前端總線技術(shù)，作為處理器與北橋芯片之間的通信接口。隨著處理器性能的提升，前端總線的帶寬逐漸成為瓶頸。前端總線（FrontSideBus，F(xiàn)SB）為了解決前端總線的帶寬瓶頸，Intel推出了QuickPathInterconnect技術(shù)。QPI是一種高速、低延遲的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)互聯(lián)技術(shù)，用于連接處理器與芯片組，提供更高的帶寬和更低的延遲。QuickPathInterconnect（QPI）HyperTransport（HT）AMD平臺(tái)采用HyperTransport總線技術(shù)，這是一種高速、低延遲的總線技術(shù)，用于連接處理器、芯片組和其他設(shè)備。HyperTransport總線技術(shù)具有高度的可擴(kuò)展性和靈活性，支持多個(gè)設(shè)備和處理器之間的并發(fā)通信。InfinityFabric近年來，AMD推出了InfinityFabric技術(shù)，這是一種用于連接處理器內(nèi)部各個(gè)核心以及處理器與芯片組之間的互聯(lián)技術(shù)。InfinityFabric提供了更高的帶寬和更低的延遲，有助于提升處理器的整體性能。AMD平臺(tái)總線技術(shù)發(fā)展歷程性能對(duì)比在性能方面，Intel的QPI技術(shù)和AMD的HyperTransport技術(shù)都提供了高帶寬和低延遲的通信能力。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，由于處理器架構(gòu)和設(shè)計(jì)理念的不同，兩者的性能表現(xiàn)會(huì)有所差異。一般來說，AMD平臺(tái)在多任務(wù)處理和游戲性能方面具有一定優(yōu)勢(shì)，而Intel平臺(tái)在單線程性能和穩(wěn)定性方面表現(xiàn)更佳。要點(diǎn)一要點(diǎn)二兼容性對(duì)比在兼容性方面，Intel和AMD平臺(tái)都遵循通用的PC硬件標(biāo)準(zhǔn)，因此大部分硬件設(shè)備和軟件都可以在兩個(gè)平臺(tái)上運(yùn)行。然而，由于處理器架構(gòu)和芯片組的差異，某些特定的硬件設(shè)備和軟件可能會(huì)對(duì)某個(gè)平臺(tái)有更好的優(yōu)化和支持。此外，不同平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)程序和固件更新也可能存在差異，需要用戶根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。兩者在性能和兼容性方面對(duì)比總結(jié)與展望CATALOGUE06總線的分類與特點(diǎn)詳細(xì)講解了總線的分類，包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，并分析了它們各自的特點(diǎn)。芯片組的工作原理與架構(gòu)深入探討了芯片組的工作原理，包括北橋芯片和南橋芯片的功能和協(xié)作方式，以及芯片組的架構(gòu)和設(shè)計(jì)思路。總線與芯片組的基本概念介紹了總線在計(jì)算機(jī)硬件中的作用，以及芯片組的組成和功能。回顧本次課程重點(diǎn)內(nèi)容010405060302感想通過本次課程，對(duì)計(jì)算機(jī)硬件中的總線和芯片組有了更深入的了解，對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的組成和原理有了更清晰的認(rèn)識(shí)。課程講解生動(dòng)有趣，通過實(shí)例和案例分析，使得抽象的概念變得更加具體和易于理解。建議在后續(xù)課程中，可以進(jìn)一步介紹一些先進(jìn)的總線和芯片組技術(shù)，如PCIe4.0、USB4等，以跟上技術(shù)發(fā)展的步伐?？梢栽黾右恍?shí)驗(yàn)或?qū)嵺`環(huán)節(jié)，讓學(xué)生親手操作和實(shí)踐，加深對(duì)理論知識(shí)的理解。學(xué)生對(duì)本次課程感想和建議總線和芯片組技術(shù)將不斷升級(jí)隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，總線和芯片組技術(shù)也將不斷升級(jí)，