主板架构及动作原理-echocheng

2020年1月21日1主板架构及动作原理2020年1月21日2Agenda1.主板基本架构2.主要元件动作原理*CPU-CentralProcessingUnit*DDR-DoubleDataRateSDRAM(Memory)*IDE-IntegratedDeviceElectronics*SATA-SerialAdvancedTechnologyAttachment*AC’97-AudioCodec’97*SUPERI/O*FWH–FirmwareHub2020年1月21日3CPUNorthSouthGraphicsSATAIDEUSBAC’971394controllerSATA/IDEControllerPCISLOTFWHSUPERI/OFSBLPCBUSAGP8XPCI-33HUBLINKSerialATAATA33/66/100/133USB1.0/2.0AC-linkLANIntelChipset(6728)DIMM1DIMM2DualchannelDDR333VRM2020年1月21日4CPUNorthSouthGraphicsSATAIDEUSBAC’971394controllerSATA/IDECONTROLLERPCISLOTFWHSUPERI/OFSBDDRLPCBUSAGP8XPCI-33Z-linkSerialATAATA33/66/100/133USB1.0/2.0AC-linkSISChipset(6585)LANVRM2020年1月21日5CPUNorthSouthGraphicsIDEUSB1394controllerSATA/IDECONTROLLERPCISLOTFWHSUPERI/OFSBLPCBUSAGP8XPCI-33V-LinkDualATA33/66/100/133USB1.0/2.0VIAChipset(6590)H/WAudioControllerLANDDRVRM2020年1月21日6附：新一代计算机系统架构(PCIExpress)2020年1月21日72020年1月21日8CPUCPU是CentralProcessingUnit--中央处理器的缩写,它是计算机中最重要的一个部分,由运算器和控制器组成.内部结构归纳起来可以分为控制单元逻辑单元和存储单元三大部分,这三个部分相互协调,便可以进行分析、判断、运算并控制计算机各部分协调工作.按照其处理信息的字长,CPU可以分为：四位微处理器、八位微处理器、十六位微处理器、三十二位微处理器以及六十四位微处理器等等.Motherboard上面,CPU主要通过系统总线与北桥做沟通，完成数据、地址、控制讯号的传输.另外,CPU还有一些讯号直接与南桥做沟通,这些讯号是系统发生异常时,南桥发给CPU,让CPU来做初始化、休眠、停止时钟、或者各种中断动作.2020年1月21日9CPU参数介绍•CPU的外频：外频是CPU的基准频率，也叫前端总线频率和系统总线频率。P4之前的CPU外频就是主板为CPU提供的基准时钟频率。P4采用了“Quad-pumpedBus”的前端总线技术，该技术让前端总线在一个时钟周期内传输4倍的数据。如果100MHz时钟频率，其前端总线频率就是4×100MHz＝400MHz。•CPU的主频：CPU主频也叫工作频率，是CPU内核电路的实际运行频率。基本上，CPU的主频=CPU的外频x倍频系数。•总线：CPU透过总线和电脑系统各单元联系。依功能分为三种1.地址总线：指定资料存取的目的位址；2.数据总线：负责资料的传送；3.控制总线：借此送出控制讯号，以控制地址总线和数据总线。2020年1月21日10DDR双倍数据速率结构,每个时钟周期传送两个数据（上沿和下沿）•DDR的工作频率：是系统提供给内存的时钟频率。如DDR400的时钟频率是200MHz。•DDR的带宽：即内存的数据传输速度。400MHz的DDR，实际工作频率为200MHz，总线带宽为64位，DDR400的带宽为（200MHzx64bitx2）/8=3.2GB/s。•CAS延迟时间：CAS是“columnaddressstrobe(列地址控制器)”的缩写,是內存芯片纵向地址脉冲的反应时间。大多数的SDRAM都能在CASLatency=2/3的模式下运行在100MHz的外频。显然CAS延迟时间越小越好。•何谓双通道？简单来说，就是芯片组可以在两个不同的数据通道上分别寻址、读取数据。这两个相互独立工作的内存通道是依附于两个独立并行工作的、位宽为64-bit的内存控制器下，使普通的DDR内存可以达到128-bit的位宽，同时内存带宽陡增一倍。2020年1月21日11DDRVSDDRⅡOCD、2020年1月21日12IDE传输模式UltraDMAmode：UDMA除保留DMAmode的优点外,更加入了CRC(cyclicRedundancyCheck),加强资料在传输过程中侦错与除错的效果,其传输速率如下：UDMAmode016.66MB/SUDMAmode125MB/S(UDMA33)UDMAmode233MB/S(UDMA33)ATA33(120ns)UDMAmode344MB/S(UDMA66)UDMAmode466MB/S(UDMA66)ATA66(60ns)UDMAmode5100MB/S(UDMA100)ATA100(40ns)UDMAmode6133MB/S(UDMA133)ATA133(30ns)16bits*2(DoubleDataRate)*(1/40ns)/8=100MBytes/s2020年1月21日13HDSelect首先,要注意主板是否所能支持的最高工作模式.如果M/B只能支持到ATA100,即使接上ATA133的HD,它也只能工作在较低的模式.其次,要注意cable的选择：ATA-33：40-pincable,UltraDMA33以上硬碟.ATA-66：80-pincable,UltraDMA66硬碟.ATA-100：80-pincable,UltraDMA100硬碟ATA-133：80-pincable,UltraDMA133硬碟Cable的方向不能接反，否则实际传输模式只有UltraDMA33。2020年1月21日14Thedifferenceof40&80pincable2020年1月21日15SerialATA与PATA的比较:•Four-wire•Software兼容•低电压(250mv)差动讯号•支持更多的附加性能(suchashotplug)•Point-to-pointconnectivity•CostcompetitivewithPATA•可扩展性–Gen1:1.5Gbps–Gen2:3.0Gbps–Gen3:6.0Gbps•具有Intel等厂商的支持2020年1月21日16几种存储设备的比较2020年1月21日17SATA的发展Generation1Generation2Generation3ApproximateDataRate150MB/sec300MB/sec600MB/secApproximateSpeed1.5Gbits/sec3.0Gbits/sec6.0Gbits/sec2020年1月21日18AC’972020年1月21日19AC’97的发展•AC‘971.xcompliantindicatesfixed48Ksamplingrateoperation(non-extendedfeatureset)•AC‘972.1compliantindicatesextendedaudiofeatureset(optionalvariablerate,multi-channel,etc.)•AC‘972.2compliantindicatesextendedaudio,enhancedriseraudiosupport,andoptionalS/PDIF•AC’972.3compliantindicatesextendedconfigurationinformationandoptionaljacksensingsupport2020年1月21日20SuperI/OLPCInterface2020年1月21日21SuperI/O的应用Winbond83697HF2020年1月21日22FirmwareHubFirmware实际上就是固化在硬件中的软件,存储着计算机系统中硬件设备最基本的参数,为系统提供最底层、最直接的硬件控制,在开机过程中,首先执行固件来完成对硬件设备的初始化,使操作系统能够正确识别硬件并为其他软件的运行提供最基本的依据.Note：仅Intel的芯片组才使用单独的FirmwareHub(FWH)将BIOS连接到南桥，透过南桥来进行控制.2020年1月21日232020年1月21日24