主板架构的发展

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1、主板架构及IntelCPU的发展孙祖希2001年8月目录前言一、计算机系统二、IBMPC的出现三、芯片组（Chip-set）的诞生四、32位CPU五、64位数据CPU-Pentium六、PentiumII七、PentiumIII八、PentiumIV九、电源结束语前言主板架构的发展与CPU速度和功能的发展密不可分。半导体集成电路工艺和封装技术的发展（集成度、单管的速度和功耗、封装方式和管脚、成本等）为CPU的发展提供了坚实的基础。CPU的发展为PC更广泛的应用创造了条件。这些应用促使输入/输出设备

2、和存储系统的发展（设备的类别和功能、数据传输率）。CPU和输入/输出设备和存储系统的发展除受限于半导体集成电路工艺和封装技术的发展外，还受限于器件/设备间信号传输可靠性（信号完整性–传输匹配、串扰、电源/地（包括芯片内电源/地引线）的噪音）主板的架构在满足CPU的速度和功能要求的前提下尽可能提高存储系统和各设备的数据传输率。根据传输率的多少，分配在不同传输率的总线上。并行传输数据：成组数据传输率=数据宽度（字节数）x传输最高频率（Bursttransferrate）单位：MB/s或KB/s串行传输

3、数据：比特率(波特率)=位传输最高频率（bitrate）bps一、计算机系统运算控制器存储系统高速缓冲主存储器磁盘磁带输入输出电源慢低大速度成本容量快高小显示键盘/控制并口/打印串口/通讯软驱软驱其它设备并口/打印人机交互计算机控制的自动化设备或检测设备等基本功能：运算控制器–对数据进行算术逻辑运算（ALU）指令译码，并产生相应的内外控制信号根据指令执行情况产生取指令的地址和控制信号接受外界控制，改变程序执行情况数据长度；主频；指令执行平均周期小型机–16位；中型机–32位；大型机–64位(八十年

4、代初）存储器–存储要处理的和辅助的数据；存储如何控制如何处理数据的程序；系统开机和自检的程序从速度、成本和实现可能考虑，建立分级存储系统容量；存取速度；控制方式输入/输出–人和计算机交互、其它系统和计算机交互的接口低速存储器的接口数据传输率；接口方式和协议指令执行过程：取指；指令译码（解释）；指令译码（取操作数）；指令执行（运算）；存放结果；流水线概念:在同一时钟周期,多条可顺序执行的指令，按顺序执行指令执行过程不同的阶段。从而缩短指令的平均执行时钟周期数。二、IBMPC的出现8088CPU–IB

5、M/XT特点：8位数据；16位地址。主频4.77MHz。指令平均执行周期12。40脚封装。1MB存储器空间（高端384KB作BIOS和ISA卡的存储器用，低端640KB为主板存储器用）；（XT机板上开始仅用64KB）64KBI/O（输入/输出）地址空间（实际定义的标准只使用4KB）。中断方式和DMA（直接存储器访问）访问62脚ISA槽。PC–兼容系统*8086CPU为16位数据和16位地址；但由于成本原因，XT采用808880286CPU-IBM/AT特点：16位数据；16位地址。主频6MHz。指

6、令周期4.516MB存储器空间。操作系统寻址空间1GB。实模式/保护模式（开机设定）A0和BHE确定字（16位）还是高/低字节访问62脚+36脚扩展ISA槽。PC-AT系统：支持286及其以上CPU；数据宽度-16/32/64位ATX主板尺寸：ATX、Micro-ATX、Flex-ATX、NLX…已淘汰的主板尺寸:Baby-AT、Fullsize-AT…PC/XT架构–数据总线82598237825362脚ISA槽总线控制器8284产生CPU时钟、复位、外围芯片时钟浮点运算处理器8288根据CPU

7、工作状态位和时序控制产生ISA总线所需的MEMR/W、I/OR/W、INTA、ALE等时序控制讯号XTAT8088802868087802878284802848288802888253825482378237x282598259x282558042非标准MC1468188250B16450黑色字为主板上的主要芯片。串口、并口（打印口）和硬盘、磁带机的接口均在ISA卡上，接ISA槽。键盘控制CMOS实时时钟串口（UART）特点：CPU的地址/数据线经地址锁存和总线驱动器8282（LS373}将地址

8、送到各控制芯片和ISA槽的地址端（AD[15：8]不需锁存）；地址/数据线AD[7：0]经总线驱动器与各控制芯片和ISA槽的数据端。内存DRAM控制器将ISA地址输入和时序控制信号转换为DRAM所需的地址和时序控制信号。三、芯片组（Chip-set）的诞生IBM用6芯片组实现XT系统主板的主要电路；用9芯片组实现AT系统主板的主要电路。除此之外还应有内存（DRAM）控制电路和数据地址缓冲驱动电路。82C206集成了82284、82288、8254、双8259、双8237和MC146