主板的其他技术

1.3　主板的其他技术

概述

本节主要讲述主板的相关技术，包括的内容有总线、接口和电源管理等现在主板常用的技术，通过本节的学习熟悉主板的相关技术。

学习目标

▲　熟悉主板的相关技术

本节重点

▲　PCI总线控制器的作用

▲　USB、IEEE 1394等现在流行的主板接口技术

▲　总线控制器

本节难点

▲　PCI和AGP等总线的功能和作用

▲　USB和IEEE 1394等接口技术

1．PCI Bus Master（PCI总线控制器）

所谓PCI Bus Master是具有存取存储器或外设能力的设备，也就是PCI Bus Master设备须有自身的地址及控制信号。PCI Bus Master如果要以Master Mode存取数据，首先向总线处理器发出总线使用请求信号，总线处理器响应PCI Bus Master的请求，PCI Bus Master收到请求信号后，才取得总线的使用权。PCI Bus Master可减少CPU的负荷，并增加系统的效率，因为当某设备在执行PCI Bus Master的指令时，CPU仍可执行其他的指令动作。

2．Ultra I/O

Ultra I/O芯片是I/O接口的管理芯片，包含了以下的部件：键盘控制器、软盘控制器、16550 UART串口（Serial Port），并支持不同模式的并口（SPP/EPP/ECP）等。

3．Enhanced Parallel Port（EPP）

EPP是由Intel、Zenith和Xircom等公司共同制定的并口标准，它可以提供传输速度达2MB/s、双向块数据传输、由硬件控制交换信号、减少软件读写所浪费的时间以及使用与标准并行口兼容的界面等功能。

4．Extended Capabilities Port（ECP）

ECP是由Microsoft及HP共同制定的并行口标准，具有下列特点：高效率半双工正向及逆向通道、数据压缩模式、更快的传输速度、由硬件控制通信的信号、减少软件读写所浪费的时间、包含16字节的先进先出（FIFO）缓冲器、使高速传输更稳定、菊花链式串接（Daisy Chain）、控制器内含DMA功能。

5．USB（通用串行总线）

USB即“Universal Serial Bus”，译成中文就是“通用串行总线”。支持主系统及不同外设间的数据传输，USB 2.0的技术标准其实早在1999年12月份就已经提出，当时发布的是0.9版，而正式的1.0版则是在2000年4月份推出来的。这是近两年逐步在计算机领域广为应用的新型接口技术。

目前USB 2.0标准已经制定，其速度最高可达480Mb/s。USB标准具备下列特点：

（1）允许外设在开机状态下热插拔，使用方便。

（2）更广泛的应用及带宽。

（3）最多可串接127个外设。

（4）稳定的数据传输速率。

（5）支持即时声音播放及影像压缩。

6．红外线传输IrDA

IrDA是Infrared Data Association的缩写，是制定红外线传输标准的组织。IrDA的特点是传输速率为115KB/s，传输角度为30°，点对点半双工传输，最大传输距离1m。

7．Ultra DMA/33

Ultra DMA/33也称为Ultra ATA/33，是一种同步DMA（Synchonous DMA）协议，由Intel公司制定。传统IDE传输使用数据触发信号的单边来传输数据，而Ultra DMA/33在传输数据时使用数据触发信号的两边，因此在ATA-2设备上，数据传递的速度可以由16MB/s提升至33MB/s。Ultra DMA/33有以下优点：

（1）CPU不需要处理数据传输的工作，因此可以专注于计算工作而提升系统效率。

（2）将ATA-2设备的传输速度从16MB/s提升至33MB/s。

（3）IDE连接头上并不需要加额外的信号引脚，与早期的ATA设备完全兼容。

8．Ultra DMA/66和Ultra DMA/100

Ultra DMA/66也被称为Ultra ATA/66，是Ultra ATA/33的升级版本，可将原有33MB/s的数据传输速率提升一倍达到66MB/s；而Ultra DMA/66也可在现有PCI总线环境下，大幅提升硬盘的运行效率。Ultra DMA/66使用一种新的EIDE排线，这种排线两端仍维持40Pin的设计，但线路却增加到80条。这种设计可有效降低、抑制串行干扰。另外，Ultra DMA/66能完全与Ultra DMA/33或DMA、EIDE/IDE硬盘设备、CD-ROM（光驱）以及计算机系统兼容。2000年Ultra DMA/100标准在美国确立，与Ultra DMA/66一样，它也采用40针接口，但必须要有芯片组的支持，其最大外部数据传输率能达到100MB/s，并且向下兼容，同时支持CPC错误检测修正技术。

9．IEEE 1394

与USB 2.0有所不同，作为高速数据传送标准的IEEE 1394也是2000年以后主板厂商技术人员们关注的焦点。与USB 2.0标准相比，尽管1394接口也具有高速性和实时性，支持异步传送和等时传送两种模式，同时也支持带电插拔/即插即用，允许接点菊花链（Node Daisy Chain）和接点分支，实现混合连接，通过协议时序优化（Protocol Timing Optimization）可实现更高效率的网络结构等功能，但其与USB还不太一样。

IEEE 1394则主要连接高速外设和信息家电设备，因此从所表现出的性能来分析，USB的应用也将局限于计算机领域，而IEEE 1394的应用领域很可能进一步扩展到通信和信息家电等领域，且随着高速数据通信网络的开通，IEEE 1394连接的家庭网络将同ADSL（Asymetric Digital Subscriber Line）、LMDS（Local Multipoint Distributed System）、有线电视网和数字化电视广播网等全面沟通，也不再仅仅是主板厂商所关注的问题了。IEEE 1394是一种高速串行通信协议，标准速度分为100Mb/s、200Mb/s和400Mb/s 三档。该标准草案制订于1995年，所以也叫IEEE 1394-1995。目前，IEEE 1394商业联盟正在负责对它进行改进，争取将速度提升至800Mb/s、1Gb/s和1.6Gb/s三个档次。

10．ACPI

ACPI称为高级电源管理规范。ACPI是在Intel TX芯片组的APM（高级电源管理）功能上完善和发展起来的，ACPI和APM一样，需要主板BIOS、操作系统以及其他周边设备提供相应支持。早期的APM可支持Windows 95下的休眠和STD功能。

STD就是Suspend To Disk的缩写，意思是“暂存在硬盘”，其具体过程是安装好对应的软件，如ZVHDD，然后在BIOS中打开对应的设置，如启用STD选项，然后系统选择关机，系统会将相应的运行状态和系统信息保存到硬盘。下次启动时，在硬件自检过后，系统直接将保存的硬盘信息恢复，从而避免了较长的启动时间，提高了运行速度。例如早期的Aopen和技嘉的TX系列即有此功能，但当时因为软、硬件的局限，如使用STD功能，在Windows 95（OSR 2.1）中还需要使用FAT 16分区，而不能使用FAT 32分区，并且还需要在BIOS中进行设置。随着科技的进步，APM不断改进，直至今天，该限制已经取消，除了需要安装对应的软件，如Award BIOS主板用的ZVHDD（Windows 2000不需要安装），已不需要在BIOS中做任何设置，并且还出现了一个比STD更快启动的新技术STR。

STR也就是Suspend to RAM（暂存在内存中），即将存储环境由磁盘转向了RAM，提高了其关机和启动的速度。STR技术要求系统不能掉电（此时仅有内存带电，功耗小于3W），并且比STD对设备的要求更严格，如其附加卡和驱动程序必须支持ACPI功能，而更重要的是主板的支持。在网络信息时代快速发展的今天，这项功能的推出是具有一定意义的。首先，它满足了人们对计算机快速启动和瞬间开机的需要；其次，它的“低耗能高效率”满足了今后人们利用网络计算机来进行快速远程控制、监控和发送传真的要求。

11．扩展槽规格

一般主板接口主要有AGP接口、PCI接口、内存接口和I/O接口等。

（1）AGP接口

AGP（Accelerated Graphics Port图形加速端口）是显示卡的专用扩展接口，其颜色一般为褐色。它是在PCI图形接口的基础上发展而来的。AGP规范是英特尔公司为解决计算机处理（主要是显示）3D图形能力差的问题而出台的，该接口让视频处理器与系统主内存直接相连，避免经过窄带宽的PCI总线而形成系统瓶颈，增加3D图形数据传输速度，而且可以共享视频芯片系统主内存，在显存不足的情况下，可调用系统主内存。由于3D计算变得越来越重要，因此新型主板几乎都已加入AGP支持。AGP并不是一种总线，而是一种接口方式。AGP标准分为AGP1.0规范（AGP 1×和AGP 2×），AGP2.0规范（AGP 4×），AGP3.0规范（AGP 8×）。

（2）PCI接口

PCI（Perpheral Component Interconnection周边元件扩展接口）是基于PCI局部总线的扩展接口，其颜色一般为乳白色。PCI接口可插接显卡、声卡、网卡、内置Modem、内置ADSL Modem、USB2.0卡、IEEE1394卡、IDE接口卡、RAID卡、电视卡、视频采集卡以及其他种类繁多的扩展卡。PCI接口是主板的主要扩展接口，通过插接不同的扩展卡可以获得目前计算机能实现的几乎所有外接功能。

（3）ISA接口

ISA接口是基于ISA总线（Industrial Standard Architecture工业标准结构总线）的扩展接口，其颜色一般为黑色。ISA接口可插接显卡、声卡、网卡以及所谓的多功能接口卡等扩展插卡。其缺点是CPU资源占用太高，数据传输带宽太小，是已经被淘汰的接口。目前还能在许多老主板上看到ISA接口，现在新出品的主板上几乎看不到ISA接口的身影了，但某些品牌的845E主板甚至875P主板上都还带有ISA接口。

如图1-23所示，左边一条黑色长接口为ISA接口，中间的白色接口为PCI接口，最右边的一条接口为AGP接口。

图1-23　ISA、PCI、AGP接口

（4）AMR接口

AMR（Audio/Modem Riser——声音/调制解调器插卡）规范是1998年Intel公司发起并号召其他相关厂商共同制定的一套开放工业标准，旨在将数字信号与模拟信号的转换电路单独做在一块电路卡上。AMR规范就是将声卡和调制解调器功能集成在主板上，同时又把数字信号和模拟信号隔离开来，避免相互干扰。AMR接口比较短（大约只有5cm），外观呈棕色，可插接AMR声卡或AMR Modem卡，不过由于现在绝大多数整合型主板上都集成了AC’97音效芯片，所以AMR接口主要是与AMR Modem配合使用，AMR Modem通过AC-Link通道与AC’97主控制器或主板相连。但由于AMR Modem卡比一般的内置软Modem卡更占CPU资源，使用效果并不理想。而新推出的CNR（通信网络接口）是Intel新发布用来替代AMR的新技术，将AMR上支持的AC’97 Modem扩充到可支持Mb/s的Home PNA或10/100Mb/s以太网，提供两个USB接口，支持SMB控制总线并支持电源管理功能。图1-24是AMR接口图。

图1-24　AMR接口图

除了上面提到的计算机主板常用接口外，还有其他的接口，如EISA接口（Enhanced Industry Standard Architecture增强型工业标准架构）、MCA接口（Micro Channel Architecture微通道架构）、VLB（Video Electronics Standards Association Local Bus视频电子标准协会局域总线）、XT接口（Extended Technology扩展技术）。表1-1列出了这些接口的规格。

表1-1　计算机接口规格

12．AMD Alpha总线

为消除现有总线的瓶颈，AMD Athlon处理器系统要求总线结构在设计上力求为新一代x86平台提供前所未有的数据传输带宽，以确保企业级商业应用软件可以更顺畅地运行。为此，AMD推出的一款Athlon处理器上使用了一个200MB/s的系统总线，即Alpha EV6总线，其带宽较Intel P6总线提高了1倍。如果使用更高时钟频率的AMD Athlon处理器，这个系统总线的频率还可以相应提高，以支持更大的数据带宽，满足更大、更强劲的系统配置的需要。由于AMD Athlon系统总线采用同步时钟技术，所以其数据传输速率可达400MB/s以上。

AMD Athlon处理器总线采用信息包传输协议，而非受限制的管道式（Pipeline）P6总线协议，将处理器的请求传输至系统芯片组。这个信息包传输协议可将系统带宽的使用率降至最低，并允许每一处理器容纳24项预处理任务，是PCI总线结构预处理任务数目的6倍。由于高速集成AMD Athlon系统总线可支持较大的64字节突发式传输，以及利用误差校正代码保护所有数据，因此须依赖系统存储器提供重要数据的应用方案将是直接的受益者。此外，AMD Athlon处理器系统总线结构能够支持处理器物理可寻址存储器8TB（1TB=1000GB）以上的数据，相比之下，PCI总线的结构则只可支持64GB的数据存取。

13．PCI-X局部总线

为解决Intel架构（IA）服务器中PCI总线的瓶颈问题，Compaq、IBM和HP公司决定加快、加宽PCI芯片组的时钟速率和吞吐量，使其分别达到133MHz和1GB/s。利用对等PCI技术和Intel公司的快速芯片作为智能I/O电路的协处理器来构建系统，这种新的总线称为PCI-X。PCI-X总线能通过增加计算机中央处理器与诸如网卡、打印机、存储硬盘等各种外围设备之间的数据流量来提高服务器的性能。Intel推出的新一代PCI总线规范称为PCI-X，主要适用于133MHz总线时钟频率的台式机主板。图1-25是PCI-X接口图。

图1-25　PCI-X接口图

14．NGIO总线

这是Intel公司推出的所谓下一代I/O总线结构，即NGIO结构（Next Generation Input/Output）。这种结构将会改善高速服务器的可靠性、可伸缩性和其他性能。NGIO总线采用的是与传统共享总线不同的交换机制和系统主芯片连接的对等PCI总线。它改变了CPU传输数据的方式，在CPU和外部设备之间不进行同步数据传输，而是将信息打成数据包在目标通道适配器和主通道适配器间发送。

这种异步通信可以将CPU从相对速度较慢的外围设备数据的处理等待中解放出来，而这在多处理器系统中尤为重要。因为在多处理器系统中，各CPU间要为使用较慢的外存储总线而展开竞争，而NGIO则有一个多级交换器，它一端连接2个目标通道适配器和PCI控制器，PCI总线另一端连接主通道适配器，通过主通道适配器连接芯片组，芯片组再连接CPU和内存。

NGIO有4条连线，2条用于输入，2条用于输出，数据传输率为2.5GB/s。NGIO在工作时将处理器与I/O分离，这使得处理器在每次出现新的数据处理请求时不必停下来，而由连接到服务器内存上的I/O引擎与外设进行通信。此外，NGIO还可以创建多条I/O通道，允许通道上的信号类型变化，其交换器集合采用允许数据选择多条路径的交换结构（Switched Fabric）方式。这些变化使NGIO具有了更好的性能即可靠性和可伸缩性。由于NGIO具有多条不与处理器直接连接的通道，因此还可以对可靠性进行其他的一些改进。

由于在无须增加更多直接连到处理器的内部数据通道或总线的条件下，就可以添加处理器，因此，可伸缩性得到了改善。另外，NGIO还有其他一些优点，例如利用NGIO服务器可以被分割，因此处理器和内存可以安装在一起，而I/O部分可以放在另一处。使用这种设置的优点是可以在相同的物理空间中堆叠更多的服务器。

15．Future I/O总线

Future I/O总线结构是与NGIO相竞争的另一种总线，目前仍处在IBM、Compaq、HP等公司的研制开发中，据称其数据传输率可达10GB/s。

16．语音报警、Debug灯

系统启动的时候，第一步是运行BIOS的POST程序，如果检测有问题，BIOS将发出不同的声音。如果是Award BIOS，长声报警表示内存检测有问题，而AMI BIOS则用其他方法表示，而且不同的版本也会有差别。这样，如果出现问题，只有熟悉电脑的人才能明白。如何让普通的用户明白所出现的问题？语音报警就是一个很好的尝试。该功能将BIOS报警部分通过专用的一个发声电路转化为人们熟悉的语音表达出来。Debug灯也是另外一种表达方式。Debug灯来自主板工程师检测主板的一块Debug卡，通过卡上的灯或LED的显示状态来指出问题所在。如显示为CI就表示内存检测没有通过。将Debug卡集成到主板上就成了Debug灯。如果主板不能启动，按照灯的指示查表就能很清楚地知道出现问题的地方。

17．软件调整

以前对主板进行设置需要通过主板跳线或DIP开关，或通过进入BIOS进行设置。需要打开机箱或进入BIOS调整，比较繁琐。通过软件调整是近来比较流行的一个方式。第一个获得广泛认可的是Soft FSB软件，它是通过软件调整FSB（前端总线频率）进行主频的设置，但需要知道其主板的时钟发生器的型号，或Soft FSB支持该主板。随之，另外一些主板厂家开发了适用于自己生产的主板的软件调整工具，还有一些主板在CMOS设置中加入以前需要跳线或DIP开关实现的主板倍频和主频等内容。