第13讲PC组成原理及接口技术课件.ppt
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- 13 PC 组成 原理 接口 技术 课件
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1、3.1.1 主板概述主板概述(AT主板主板)形状参数形状参数1.1.从从IBM PCIBM PC和和XTXT的的Baby-ATBaby-AT结构到结构到ATXATX、NLXNLX、WTXWTX互换结构互换结构,Intel,Intel还提供还提供Mini ATXMini ATX结构结构,ATX,ATX主板主板尺寸尺寸:1.2:1.2英寸英寸X8.2X8.2英寸英寸(284mmX208mm)(284mmX208mm)2.2.最新的主板形状参数规范最新的主板形状参数规范BTXBTX 可以安装更多的集成部件。可以安装更多的集成部件。3.1.2 芯片组芯片组芯片组思想的提出芯片组思想的提出芯片组提供的主
2、要功能芯片组提供的主要功能(1)提供对提供对 CPU 的支持的支持(2)提供对主存的管理提供对主存的管理(3)提供对提供对 Cache 的管理与控制的管理与控制(4)提供标准提供标准 AT 机用机用 I/O 控制控制(如中断控制器、定时器、如中断控制器、定时器、DMA 控制器等控制器等)(5)提供对各种标准总线的提供对各种标准总线的 I/O 扩展槽的控制扩展槽的控制3.1.2 芯片组芯片组芯片组是除芯片组是除 CPU 外的控制指挥中心。外的控制指挥中心。在选择好在选择好 CPU 后后,就要选择一款与该就要选择一款与该 CPU紧密配合的芯片组。紧密配合的芯片组。芯片组与芯片组与CPU的紧密配合,
3、的紧密配合,PC的性能就得到充分的发挥。的性能就得到充分的发挥。主板的性能体现在芯片组的性能上主板的性能体现在芯片组的性能上,芯片组是决定主板性能的主要因素之一。芯片组是决定主板性能的主要因素之一。3.1.2 芯片组芯片组芯片组由芯片组由2-4块超大规模集成电路组成。分为北桥芯片和南桥芯片块超大规模集成电路组成。分为北桥芯片和南桥芯片北桥芯片主要负责管理北桥芯片主要负责管理CPU、内存与图形接口间的数据传输,为、内存与图形接口间的数据传输,为Cache、PCI、AGP、ECC纠纠错提供工作平台。位于错提供工作平台。位于CPU插槽附近。插槽附近。南桥芯片负责管理南桥芯片负责管理IDE、I/O设备
4、接口,为高级电源管理、设备接口,为高级电源管理、USB等提供工作平台。现在的南桥芯等提供工作平台。现在的南桥芯片集成了多媒体功能。片集成了多媒体功能。3.1.2 芯片组芯片组南北桥结构能够为外围设备提供高速的外围总线南北桥结构能够为外围设备提供高速的外围总线,南北桥之间通过南北桥之间通过PCIPCI连接的连接的,因此南北桥芯片之间的频繁数据交换必然使因此南北桥芯片之间的频繁数据交换必然使 PCI PCI 总线的信息通路总线的信息通路依然呈现一定程度的拥挤依然呈现一定程度的拥挤,也使得南北桥之间也使得南北桥之间 的信息交换受到一定的影响。的信息交换受到一定的影响。采用中心结构采用中心结构(Hub
5、)(Hub)形式的芯片组形式的芯片组。800 800 系列芯片组使用中心系列芯片组使用中心 (Hub)(Hub)结构形式结构形式。这种结构形式始于这种结构形式始于 Intel Intel 的的810810芯片组芯片组,经经 815 815 系列、系列、820 820 系列、系列、840 840 系列等系列等 ,已发展到已发展到 850 850、915915系列及更新的系列系列及更新的系列例如:最近推出的例如:最近推出的3535芯片组芯片组 I3 I5 I7I3 I5 I73.1.23535芯片组芯片组3.1.23535芯片组芯片组 MCH/GMCHMCH/GMCH(Memory Control
6、ler(Memory ControllerHub/Graphics and Memory Controller HubHub/Graphics and Memory Controller Hub),内存控制中心内存控制中心 /图形、图形、内存控制中心内存控制中心 ICH(I/O Controller Hub ICH(I/O Controller Hub)I/O I/O 控制中心控制中心3.1.23535芯片组芯片组内存控制中心内存控制中心(MCH)(MCH)和和 I/O(ICH)I/O(ICH)控制中心之间不再用控制中心之间不再用 PCI PCI 总线相连总线相连,而是专用高速总线相连而是专用
7、高速总线相连,这可使这可使MCH/GMCH MCH/GMCH 和和ICHICH之间频繁大量的数据交换不会增加之间频繁大量的数据交换不会增加PCI PCI 总线的拥挤度总线的拥挤度,也不会受也不会受PCIPCI总线总线速度相对较低的限制速度相对较低的限制。(例如:例如:Intel 875P Intel 875P 芯片组芯片组的的MCH MCH 和和ICHICH之间的数据交换速率为之间的数据交换速率为266 MB/266 MB/S S,是是PCIPCI的两倍的两倍)。3.1.3 主板举例主板举例(P35 芯片组芯片组)支持支持1066MHz四核处理器四核处理器快速访问内存快速访问内存先进视频技术(
8、杜比)先进视频技术(杜比)内存支持内存支持GBMicrosoft Windows Vista,Windows 7 Windows 8环境环境 红外收发器红外收发器3.2主板主板 BIOS与与CMOS RAM 3.2.1主板主板 BIOS 的演变的演变BIOS 是是 Basic Input/Output System(基本输入基本输入/输出系统输出系统),主要是指固化在计算机主板上主要是指固化在计算机主板上 ROM芯片芯片中的一组程序中的一组程序,因此因此,常称为主板常称为主板 BIOS(亦常称为亦常称为 ROM BIOS 或主板或主板 ROM BIOS)。3.2.1主板主板 BIOS的演变的演
9、变在早期在早期 PC 中中,包含了整个系统的所有驱动程序的包含了整个系统的所有驱动程序的 BIOS 软件代码全部烧入安装在主软件代码全部烧入安装在主 板上的只读板上的只读存储器存储器(Read-Only Memory,ROM)芯片中芯片中,掉电时数据仍能保留掉电时数据仍能保留。目前的目前的 BIOS 已不仅仅局限于传统的主板已不仅仅局限于传统的主板 BIOS,它已演变为驱动程序它已演变为驱动程序(device drivers)的总和的总和3.2.1主板主板 BIOS的演变的演变主板主板ROM芯片中除包含整个系统的所有驱动程序外芯片中除包含整个系统的所有驱动程序外,还包含一个加电自检还包含一个加
10、电自检(power on self test,POST)程序和一个引导程序程序和一个引导程序(bootstrap loader)引导程序引导程序 通过搜通过搜 索软盘驱动器或硬盘并装入引导扇区索软盘驱动器或硬盘并装入引导扇区(boot sector)实现操作系统实现操作系统(OS)的装的装入。通过调用入。通过调用 BIOS 中的驱动程序控制硬件中的驱动程序控制硬件。3.2.1主板主板 BIOS的演变的演变解决解决 PC 加硬件的驱动问题加硬件的驱动问题添加的硬件适配卡添加的硬件适配卡,卡上有一个包含必要驱动程序的卡上有一个包含必要驱动程序的 ROM 芯片芯片ROM 被编程为能够通过搜索内存指定
11、区域来寻找适配卡的被编程为能够通过搜索内存指定区域来寻找适配卡的 ROM,找到找到,这些代码被执行这些代码被执行,即代即代码被连接到已存在的码被连接到已存在的BIOS 中中,增加了相应的驱动功能增加了相应的驱动功能例如显卡在例如显卡在 PC 上电时就要工作上电时就要工作3.2.1主板主板 BIOS的演变的演变操作系统启动文件操作系统启动文件(IO.SYS)会检查配置文件会检查配置文件(CONFIG.SYS),由它指定任何需装由它指定任何需装入入的驱动程序的驱动程序以支持新增的硬件以支持新增的硬件。文件文件 CONFIG.SYS(连同文件中命名的所有驱动程序连同文件中命名的所有驱动程序)被放在引
12、导驱动中被放在引导驱动中。当当IO.SYS 程序读取这些驱动程序时就会把它们装入内存程序读取这些驱动程序时就会把它们装入内存,把它们和其余的把它们和其余的 BIOS 连成整体。这连成整体。这些驱动程序是从磁盘装入些驱动程序是从磁盘装入 RAM 并连成完整并连成完整 BIOS 的的。3.2.1主板主板 BIOS的演变的演变完整的完整的 BIOS 包含主板包含主板 ROM 中的内容中的内容,从适配卡从适配卡ROM 中增加的驱动程序及引导初期装入中增加的驱动程序及引导初期装入RAM 的驱动程序。它们在系统的的驱动程序。它们在系统的3个不同物理位置个不同物理位置,在功能上是完整的在功能上是完整的,这些
13、程序通过称为系统这些程序通过称为系统软中断软中断(system-of-software interrupts)的的 BIOS子程序连成一个整体。子程序连成一个整体。3.2.1主板主板 BIOS的演变的演变操作系统或应用程序需要和一个指定的硬件交换信息操作系统或应用程序需要和一个指定的硬件交换信息,就调用一个特定的软中断就调用一个特定的软中断,中断向量表会中断向量表会把这个调用指向把这个调用指向 BIOS 的一个指定的部分。的一个指定的部分。包含在包含在ROM中的中的BIOS有时叫固件,越来越多的附件和硬件被引入系统,需要装入越来越多的驱有时叫固件,越来越多的附件和硬件被引入系统,需要装入越来越
14、多的驱动程序。动程序。3.2.1主板主板 BIOS的演变的演变16位的驱动从磁盘装位的驱动从磁盘装入,入,现在现在 已已设计成从磁盘装人的设计成从磁盘装人的32位驱动取代主板位驱动取代主板 ROM 中的所有驱动中的所有驱动。32 位位 Windows XP装入装入,主板或适配卡主板或适配卡 ROM 中中16 位程序就不再被调用位程序就不再被调用,只有装入只有装入 RAM 的的32位驱动程序被调用位驱动程序被调用。在在 PC上电瞬间上电瞬间,BIOS在在 ROM 中中,但但XP装入后装入后,BIOS全部在全部在 RAM 中中。3.2.1主板主板 BIOS的演变的演变将来最可能的情况将来最可能的情
15、况:主板主板 ROM 在使系统启动、初始化特定的硬件、提供上电密在使系统启动、初始化特定的硬件、提供上电密 码等安全方面的功能及一些基本的码等安全方面的功能及一些基本的初始化配置时起作用初始化配置时起作用。但在操作系统装入后但在操作系统装入后,起作用的将是起作用的将是 一整套新的驱动程序一整套新的驱动程序 PC 系统可以用相互间接口的分层硬系统可以用相互间接口的分层硬件和软件来描述。件和软件来描述。在分层结构中在分层结构中,应用程序通过应用程序通过 API(application program interlace)与操作系统打交道。过调用与操作系统打交道。过调用操作系统完成文件读取操作系统完
16、成文件读取/保存功能保存功能。ROM BIOS 及设备驱动程序包含了与操作系统和实际硬件接口的所有具体硬件的驱动程序及设备驱动程序包含了与操作系统和实际硬件接口的所有具体硬件的驱动程序,这样这样,操作系统不用直接与硬件打交道而是搜索相应的驱动操作系统不用直接与硬件打交道而是搜索相应的驱动。驱动是操作系统和硬件之间的接口驱动是操作系统和硬件之间的接口,硬件制造商提供不同的驱动以使生产的硬件可以在硬件制造商提供不同的驱动以使生产的硬件可以在 DOSDOS、WindowsXPWindowsXP、LinuxLinux不同的操作系统下工作不同的操作系统下工作。由于一些操作系统使用相同的内部接口由于一些操
17、作系统使用相同的内部接口,一些驱动一些驱动也可以工作在多个操作系统中也可以工作在多个操作系统中。3.2.2主板主板 BIOS1.主板主板 BIOS 的的4 个主要功能个主要功能 POST(Power On Self Test,加电自检加电自检)与系统自举装入程序与系统自举装入程序 CMOS SETUP(BIOS SETUP)程序程序 Bootstrap Loader(系统自举装入程序系统自举装入程序)基本的基本的 I/O 设备驱动程序和底层中断服务程序设备驱动程序和底层中断服务程序3.2.2主板主板 BIOS当接通电源当接通电源(或接或接 Reset 键键)时时,加电自检加电自检POST,对对
18、PC中的中的CPU存储器、芯片组、视频适配器、存储器、芯片组、视频适配器、磁盘控制器、磁盘驱动器、键盘磁盘控制器、磁盘驱动器、键盘等等关键部件进行检查。通过测试这些硬件的工作状态是否良好关键部件进行检查。通过测试这些硬件的工作状态是否良好而决定计算机的下一步操作。而决定计算机的下一步操作。POST程序的程序的入入口地址为口地址为 FFFF:0000,即开机后从即开机后从 FFFF:0000处开始执行处开始执行 POST程序。程序。3.2.2主板主板 BIOS CMOS SETUP(或或 BIOS SETUP)程序程序 在在POST过程中过程中,若按下热键若按下热键(如如Del键键)则可以启动该
19、程序则可以启动该程序。指示用户配置主板和芯片组的一些指示用户配置主板和芯片组的一些设置以及日期和时间、口令、磁盘驱动等基本的系统设置。通过该程序控制电源管理设置和从设置以及日期和时间、口令、磁盘驱动等基本的系统设置。通过该程序控制电源管理设置和从哪个驱动器启动系统的顺序哪个驱动器启动系统的顺序。对有些系统而言对有些系统而言,可以配置可以配置 CPU 定时和时钟倍频设置定时和时钟倍频设置。3.2.2主板主板 BIOS系统掉电后有电池给系统掉电后有电池给CMOS RAM芯片供电芯片供电,因此写因此写入入的信息不会丢失的信息不会丢失。加之采用加之采用 CMOS 保存数保存数据时消耗的能量很小据时消耗
20、的能量很小(只需只需 1A 电流电流),因此仅靠电池供电因此仅靠电池供电,CMOS RAM 芯片中芯片中 的信息也可以保的信息也可以保存几年存几年。3.2.2主板主板 BIOS需启动需启动 ROM BIOS中的中的CMOS SETUP 程序对系统进行设置程序对系统进行设置的的情况。情况。系统第一次加电系统增加、减少或更换与系统第一次加电系统增加、减少或更换与 CMOS SETUP 相关的硬件或相关的硬件或 I/O 设备设备 CMOS RAM 因掉电、病毒、放电等原因造成其内容丢失或被错误修改用户希望更改或设置系统口令因掉电、病毒、放电等原因造成其内容丢失或被错误修改用户希望更改或设置系统口令系
21、统因某种需要而调整某些设置参数。系统因某种需要而调整某些设置参数。3.2.2主板主板 BIOSBootstrap Loader(系统自举装入程序系统自举装入程序)当系统自检测试完成后当系统自检测试完成后,则执行则执行BIOS中的系统自举装入程序。这个程序读取各个磁盘驱动器的中的系统自举装入程序。这个程序读取各个磁盘驱动器的第一个物理扇区寻找一个有效的主引导记录。如果找到一个扇区满足确定的标准第一个物理扇区寻找一个有效的主引导记录。如果找到一个扇区满足确定的标准,这个扇区中这个扇区中的代码就被执行。的代码就被执行。3.2.2主板主板 BIOS然然后后,主引导记录主引导记录(MBR)程序代码通过读
22、取可引导卷的第一个物理扇区继续这个引导过程程序代码通过读取可引导卷的第一个物理扇区继续这个引导过程,该扇该扇区是一个卷引导记录的起始区是一个卷引导记录的起始,接着装入第一个操作系统启动文件接着装入第一个操作系统启动文件,这个文件通常为这个文件通常为IO.SYS(DOS/Windows 9x/Me)或者是或者是 NTLDR(Windows NT/2000/XP)。此时。此时,操作系统处于受控状态操作系统处于受控状态并继续引导过程。并继续引导过程。3.2.3CMOS RAMCMOS RAM 本身不存放程序本身不存放程序,对对CMOS RAM中各项参数的设定是通过执行主板中各项参数的设定是通过执行主
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