1
第 10章 微机系统实用接口技术
10.1 主板
10.2 芯片组
10.3 光盘存储器
10.4 硬盘接口
10.5 USB与 IEEE1394
10.6 AGP
10.7 显示卡
10.8 多媒体计算机
10.9 Plug & Play 即插即用（ P&P）
2
10.1 主板
主板的主要组成部件
主板结构
ATX规范
主板采用的新技术
新型主板结构 BTX
10.1 主板主板 (Main Board)是位于 PC机机箱内的一块大型印刷电路板，除显示器、键盘等外部设备外，主板上几乎集成或安装了 PC机的大部分组件，是 PC机运行的核心部件，主板品质和性能的好坏直接影响整机的性能。
主板为 CPU、内存和各种功能卡提供安装插座 (插槽 )；
主板为各种光、磁存储设备、打印设备、扫描仪等 I/O设备，以及数码相机、摄像头,MODEM等多媒体设备和通信设备提供接口。
实际上,PC机通过主板将 CPU等各种器件和外部设备有机地结合起来形成一套完整的系统。
PC机在正常运行时对系统内存、存储设备和其他
I/O设备的操作控制都必须通过主板来完成，因此
PC机的整体运行速度和稳定性在相当程度上取决于主板的性能。
5
10.1.1 主板的主要组成部件
CPU芯片及其接口 -Socket/solt
内存条及其接口连接硬驱、软驱和光驱的接口 - Connector
扩展插槽 -ISA/PCI
连接鼠标、键盘、打印机和 MODEM的串开口 -
Connector
配套芯片和器件 -ChipSet、系统 BIOS,CMOS
RAM、充电电池、晶体、电源等插座、跳线。
6
对于 Pentium III和 Pentium 4芯片所用插槽有如下几种：
Socket 370 — Celeron III,Pentium III；
Socket 423 — Pentium 4（ Willamatte核心）主频
1.7GHz以下；
Socket 462 — 又称 Socket A,AMD的 Durn（毒龙）
和 Athlon （速龙）系列；
Socket 478 — 大部分 Pentium 4和 Celeron 4；
Socket 603/604 — Pentium 4 Xeon。
7
内存条插槽：
DIP(Dual In-line Package，双列直插封装 )内存芯片；
SIMM(Single In-line Memory Modular，单列存储模块 )
内存条,SIMM内存条的内存条插槽有 30线,72线两种；
DIMM(Dual In-line Memory Moduler，双列存储模块 )
内存条,DIMM内存条的插槽为 168线和 184线；
72线的 SIMM内存条使用 72线的内存条插槽，数据宽度为 32位； 168线和 184线的 DIMM内存条使用 168线和
184线的内存条插槽，其数据宽度为 64位。
SDRAM采用 168线插槽,DDR SDRAM采用 184线插槽。
10.1.2 主板结构一、常规主板、一体化主板和整合主板常规主板 — 插卡式主板，各种外部设备的接口电路都以插卡形式，插在主板的扩展槽中；
一体化主板 — ALL-IN-ONE主板，集成了常规主板的
CPU、内存及相应的配套电路外，还集成有显示控制器，外存储器控制器和串 /并行接口，可以不用插卡；
整合主板 — 采用整合芯片组的主板，所谓整合芯片组是将显卡、声卡、网卡等 I/O板卡以及 ATA100/133
等硬盘和 LED设备的控制器整合到芯片组中。
10.1.3 ATX规范一,Baby-AT主板的缺点
10
1.主板横向尺寸太大，使 PC机后部直接从主板引出接口空间太小；
2.主板上 CPU及内存条的位置不合理；
3,软硬盘控制器及软硬盘机支架无特定位置，线缆过长。
11
二,ATX规范的优势
1,结构特点
① CPU及内存条位置优化；
②各种接口 (connector，连接器 )统一安置；
③缩短线缆；
④固定软盘、光驱和 IDE硬盘连接器的位置。
2,电源系统
①关机时保持 5V/100mA弱电流；
②提供 3.3V电源。
12
10.1.4 主板采用的新技术一、采用集成的数据捕获芯片 LM78，构成硬件监控系统，增加系统监测能力，以提高系统稳定性。 LM78在 PC机中用于硬件监控可实现如下功能：
（ 1）系统电压侦测
（ 2）系统温度侦测
（ 3） CPU风扇转速侦测
（ 4）机箱防侵入侦测
（ 5）配合 Intel的 LDCM(LAN Desk Client Manager)
开关一起使用，可使系统达到较好的效果
14
二、支持 Ultra DMA/33,DMA/66(即 ATA/33和
ATA/66),ATA/100和 ATA/133)以及 SATA(串行 ATA)
三、支持 USB接口四、支持 AGP加速图形端口
15
10.1.5 新型主板结构 BTX
BTX — Balance Technology Extended
在 IDE2003上,Intel推出了新一代的机箱、主板结构规范 — BTX规范。解决了 ATX结构在散热性能、
抗干扰、噪声控制等方面的问题。
BTX规范有三种样式：
标准 BTX
Micro BTX
Pico BTX，分别支持三种不同尺寸的系统。
16
BTX规范的特点是：
一、散热性能更好
1,主板上元器件及扩展接口位置布局合理，增强整体散热效果；
2,模块化设计及布局的科学性 ；
3,增强型散热模块。
17
二、安装与固定方式更科学三、采用新型总线及接口在标准 BTX主板上有 7个 PCI扩展槽 — 1个
PCI Express × 16插槽,2个 PCI Express× 1插槽，
4个 32位 PCI插槽。
四、电源供给模式丰富多样
BTX主板结构示意图如图所示。
18
BTX主板结构示意图
19
10.2 芯片组
芯片组的功能
芯片组的组成
10.2.1 芯片组的功能一,支持电路和接口电路串行接口和并行接口内存控制电路中断控制电路
DMA控制电路总线控制电路时钟发生电路
10.2 芯片组二、系统控制芯片组 (控制芯片组、芯片组 Chip set)
采用 VLSI技术，把主板上众多的接口芯片和支持芯片按不同功能分别集成到一块芯片之中，这样，
用少量几片 VLSI芯片的组合称为“芯片组”。
在 PC系统中，整个系统的有效运行都由芯片组来控制和协调，芯片组成为计算机的“控制中心”和
“几何中心”。
芯片组的性能优劣直接影响整个 PC系统的性能，
选择主板的核心是选择芯片组。
22
10.2.2 芯片组的组成
1.早期的芯片组
CS8230-386芯片组,6片
82350EISA芯片组 -386/486芯片组,4片
2.PCI芯片组基于 Pentium和 PCI总线的芯片组。
23
PCMC (PCI/Cache/Memory Controller
LBX (Local Bus Accelerator)
SIO (System I/O)
PCEB(PCI-EISA Bright)
ESC (EISA System Component/Controller)
24
a.Socket 7 架构的 PCI芯片组
b.支持 Pentium Pro的 PCI芯片组
Intel 440系列 - 440FX,440LX AGP Set
c.Pentium Ⅱ 芯片组
Intel 440BX
26
27
四、芯片组的整合技术所谓“整合技术”是将板卡或其他部件的功能，
如显示卡、声卡,MODEM,ATA-66/33整合于芯片组中，进一步加强了芯片组的功能。
芯片组及其整合功能在一条流水线上实现，降低了计算机的整体成本。
29
整合技术的优点 ∶ 一是性能价格比高，二是缩小了整机的体积；三是由于系统功能均整合在主板芯片组中，只需升级 CPU即可提升系统的整体性能。
缺点是 ∶ 一,整合的声卡,MODEM会较多地占用 CPU资源；二,整合的 AGP显示性能不高，且无法升级。主要面向中低端市场。
ALL-In-One主板是将功能芯片安装在主板上；
整合芯片组主板是将芯片功能集成于芯片组之中，性能 /价格比高。
30
1,Intel 810芯片组
Intel 810芯片组是一种面向低端应用场合的整合型芯片组,以配合 Celeron处理器为主 。 芯片组内
3D图形加速性能有大幅提升,810主板同样适用于家用 。
Intel 810芯片组采用了与以往芯片组完全不同的结构设计，原先的北桥现在称为 GMCH（ Graphics
and Memory Controller Hub），原先的南桥现称为
ICH（ I/O Controller Hub）；而 BIOS则改称为 FWH
（ FirmWare Hub）。
31
32
2,Intel 850芯片组芯片组 —HUB结构,由 2片芯片组成 。
82850 MCH（ Memory Controller Hub） 内存控制中心
82810 BA ICH2 I/O控制中心 （ BA增强型 ） 。
33
34
3,Intel 845芯片组
35
4,Intel 865芯片组
36
5,Intel 875P芯片组
37
6,Intel 915/925X芯片组
38
10.3 光盘存储器
光盘的种类和标准
光盘读写原理
光盘存储器的组成
10.3 光盘存储器光盘 Optical Disk
CD (Compact Disc)
压缩磁盘、致密磁盘用光学方式进行读出或写入信息的盘片 。
特点 ∶ 高密度存储写入 /读出都使用 激光 来实现聚焦成能量高度集中的极小光点。
40
10.3.1 光盘的种类和标准
CD-ROM (Compact Disc-ROM) 只读型光盘
CD-R(Compact Disc - Recordable) 可记录光盘
DVD(Digital Video Disc) 数字视盘一,CD-ROM
CD-DA(Compact Disc-Digital Audio) 红皮书 激光唱盘
CD-ROM 黄皮书
CD-V (Compact Disc with Video)蓝皮书 激光视盘
CD-I (Compact Disc-Interactive) 绿皮书 交互式光盘
Photo CD (照像 CD)
V-CD (Video Compact Disc) 白皮书 视频 CD
二,CD-R
1,CD-WO (Compact Disc-Write Once Read Many
Times) 橙皮书 Book2
2,CD-E (Compact Disc-Erasable)
CD-MO (Magneto Optical) 橙皮书 Book1 磁光盘
PCD (Phase Change disk) 相变光盘三,DVD
Digital Video Disc 数字视频光盘
Digital Versatile Disc 数字多用光盘
1.SD标准 (Super Density)
2.MMCD标准 (MultiMedia Compact Disc)
3.统一标准 –
2?0.6mm粘合盘单面 4.7GB
单片 133分钟
8/16方式 (相当于 EFM+)-调制方式
RS-PC方式 -纠错方式分类 ∶
DVD-VIDEO – 视频信息
DVD-ROM – 多媒体信息
DVD-AUDIO – 音频信息 (高品质、长时间 )
DVD-R – 一次性写入
DVD-E – 多次擦写
CD - DA CD - VCD - G
CD - ROM
ISO9660 CD - I CD - R
CD – ROM/XA
VCD PCD DVD
激光唱盘
VCD盘
DVD
标准
MPEG2MPEG1
带画面的唱盘 带影像的唱盘相片光盘 数字多用视盘光盘产品的规范与标准
CD-I盘
Kodak公司图像压缩(9660盘 ) DVI
CDTV
CD- Title
(非 9660盘 )
Apple HFS
DEC VMS
CD – G (CD – Graphics) 带画面 (图形 )的激光唱盘。
CDTV 搭配 TV使用的多媒体 CD播放机
DVI (Digital Video Interactive) 数字视象交点
10.3.2 光盘读写原理 (见教材 P428)
46
10.3.3 光盘存储器的组成光盘盘片、光盘驱动器、光盘控制适配器一、光盘驱动器的基本组成由读 /写光学头、寻道定位机构、主轴驱动机构、光学系统等组成。
二,CD-ROM驱动器的性能指标
1.平均数据传输率连续读取大量数据的速度。
单速机为 150KB/s
这一指标影响驱动器的灵敏度。
2.平均寻址时间寻找光盘上的任意位置的数据所需要的时间。
单速机为 800 ~ 1000ms
双速机为 300 ~ 400ms(硬盘的 1/10)
3.缓冲器容量反映驱动器的响应速度和突发数据传输率的快慢。
Burst Data Transfer Rate – 表示光盘驱动器瞬时最大数据吞吐量,对连续、平滑、快速地播放图象至关重要。
采用较大的缓存，可改善播放视频图象的播放效果。
4.格式的兼容性能使用哪些格式的光盘。
5.接口标准指 CD-ROM驱动器与主机连接线的定义标准。
常用三种接口类型 ∶
SCSI Small Computer System Interface
IDE Integrated Drive Electronics
专用接口 Sony Panasonic Mitsumi
49
三,光盘控制适配器计算机同光盘驱动器之间的接口电路。
由计算机输出的数据信息通过适配器转换成光盘驱动器能接收的信息格式；
把光盘中读出的信息转换成计算机能接收的信息格式。
协调计算机同光盘驱动器之间的速度差异。
50
10.4 硬盘接口
IDE接口
SCSI接口硬盘接口有 ST506,ESDI,IDE,SCSI
10.4.1 IDE接口一,IDE接口的基本特性
Integrated Drive Electronics
集成驱动器电子部件。
1991年由 ANSI (American National Standard Institute)
命名为,ATA (AT Attachment) 接口” (AT附加装置 )
特点 ∶ 把硬盘控制器电路同硬盘驱动器本身的控制电路集成在一起。 (即 Integrated)
10.4 硬盘接口这样：在 IDE接口的适配器电路中不包含硬盘控制器，可以消除驱动器和控制器之间的数据丢失问题，
提高数据传输的可靠性。
由于把控制器电路并入驱动器内，因此从驱动器中引出的信号线上不是控制器同驱动器之间的信号线。而是通过简单处理后可同主系统连接的接口信号线。
53
IDE接口采用 40芯单排电缆连接。
1,DD0～ DD15：双向数据线，直接取自系统数据线，用于传送数 据、命令和状态信息。
2,DA0～ DA2：地址线,直接取自系统地址线,
用于选择控制器内 部命令或控制寄存器 。
3.,命令寄存器组选择信号,由连接在
ISA总线上的 IDE适 配器对系统地址线译码后产生 。
4.,控制寄存器组选择信号 。
5.,驱动器工作指示信号 。
FX1CS
FX5CS
DASP
54
6.,16位数据传送信号 。
7,PDIAG：诊断完成信号,表示主,从驱动器已完成了自检 。
8.,驱动器复位信号 。
9,CSEL：主驱动器选择信号 。
10,INTRQ：中断请求信号,与系统总线中 IRQ14连接 。
11,IORDY：通道就绪信号 。
12,和,驱动内部寄存器读写控制信号 。
13,DMARQ和 DMACK,DMA传送控制信号 。
14,SPSYNC：主从驱动器同步信号 。
16IOCS
RESET
DIOR DIOW
二,数据传送的方式指硬盘机与主机之间进行数据传送的方式。
1,PIO(Programming Input/Output)
编程 I/O
通过 CPU执行 I/O指令 -I/O串操作指令。
只需取一次指令就可重复多次完成 I/O操作，使之达到高数据传输率。
56
2,DMA (Direct Memory Access)
现在的芯片组都支持总线主控 DMA。
分,DMA单字传送 – 每次 DMA请求只传送一个 16
位字；
DMA多字传送 – 只要 DMA请求信号保持有效,
将持续不断地传送 16位字,直至计数结束。
57
引脚 信号 信号描述 信号方向
1 RESERT 复位 I
2 GND 地
3 DD7 数据位 7 I/O
4 DD8 数据位 8 I/O
5 DD6 数据位 6 I/O
6 DD9 数据位 9 I/O
7 DD5 数据位 5 I/O
8 DD10 数据位 10 I/O
9 DD4 数据位 4 I/O
10 DD11 数据位 11 I/O
11 DD3 数据位 3 I/O
12 DD12 数据位 12 I/O
13 DD2 数据位 2 I/O
58
14 DD13 数据位 13 I/O
15 DD1 数据位 1 I/O
16 DD14 数据位 14 I/O
17 DD0 数据位 0 I/O
18 DD15 数据位 15 I/O
19 GND 地
20 N.C,未用
21 DMARQ DMA请求 O
22 GND 地
23 写选通 I
24 GND 地
25 读选通 I
26 GND 地
27 IORDY 通道就绪 O
DIOW
DIOR
59
28 SPSYNC CSEL 同步选择
29 DMACK DMA应答 I
30 GND 地
31 INTRQ 中断请求 O
32 IOCS16 16位 IO O
33 DA1 地址 1 I
34 诊断成 O
35 DA0 地址 0 I
36 DA2 地址 2 I
37 片选 0 I
38 片选 1 I
39 DASP 驱动器激活 0
40 GND 地
FX3CS
PDIAG
FX1CS
三,各种 IDE接口标准化
ATA-1 标准
1986年推出，最早推出的 IDE标准，最高数据传输速率为 8.33MB/s。
ATA-2 标准
1996年推出，一般而言 ATA-2标准即 EIDE标准，严格说，两者有些区别,EIDE标准实际上包含了 ATA-2
和 ATAPI。最高数据传输率为 16.67MB/s。
APAPI(ATA Packet Interface,ATA封装接口 ),
还有一种 Fast－ ATA标准，实际上就是 ATA-2标准。
61
ATA-3 标准
1997年推出,加入了另一种简单的密码保护的安全方案,改进了数据传输的可靠性,并采用先进的电源管理方案 — 引入了 S.M.A.R.T。
ATA-4标准又称 Ultra－ ATA/33标准 。 1998年推出,增加了一个高性能的传输模式 DMA/33,具有 33MB/s的数据传输率；
具有如下特点：
（ 1） 提高了突发模式的数据传输率；
（ 2） 数据可靠性得到进一步的提高,采用一种新型的
CRC(Cyclic Redundancy Check,循环冗余校验码 )；
（ 3） 保持向后的兼容性 。
62
ATA-5标准
1999年推出,又称 Ultra－ ATA/66,采用 CRC
纠错技术,保证在高速传输过程中的数据完整性 。
接口信号也是 40个,但使用 80线的电缆,比原始的 IDE电缆增加了 40条地线,以降低相邻信号线之间的串扰 。
ATA-6标准
2001年推出,又称 Ultra－ ATA/100,最高数据传输率为 100MB/s。
63
ATA-7标准
2002年推出,又称 Ultra－ ATA/133,最高数据传输率为 133MB/s。
SATA标准
2000年 11月,Intel开发者论坛组织发布第一个串行 ATA规范 1,0版,现有三个版本：
SATA-1 — 传输速率为 150MB/S；
SATA-2 — 传输速率为 300MB/S；
SATA-3 — 传输速率为 600MB/S。
64
硬盘机工作中的两种数据传输率：
内部传输率 – 从硬盘磁头到内部缓存的数据读写速度；
外部传输率 – 从硬盘的缓存向外输出数据的速度。
Ultra – ATA中的 33MB/s和 66MB/s都是指后者 (外部 )
10.4.2 SCSI接口一,Small Computer System Interface
满足高速度、多设备的接口要求；用于服务器、
超级计算机系统。
定义了一种输入、输出总线和逻辑接口；
逻辑接口用来支持计算机和外部设备互联的总线。
提供一种设备独立的机制，用来连接主机和访问设备。
通过单一 SCSI接口、不同的 Disk,Tape,Printer,
CD设备和其他设备能连接到主机系统中，而不需要修改一般的系统软件和硬件。
二,SCSI接口的特点是：
数据传输速度快；
可驱动的外部设备多；
可靠性高；
定义规范；
互换性好。
67
三、各种接口定义比较
1,SCSI-1
最原始的 SCSI标准,定义了最基本的 18个
CCS（ Common Command Set,通用命令集 ）
有同步和异步两种传输模式,8位总线宽度,
传输速率同步为 5MB/s,异步为 3MB/s。
68
2,SCSI-2
有三种规格：
① FAST SCSI — 8位总线宽度,工作频率
10MHz,最大数据传输率为 10MB/s；
② WIDE SCSI — 16位总线宽度,工作频率
5MHz,最大数据传输率为 10MB/s；
③ FAST WIDE SCSI — 16位总线宽度,工作频率 10MHz,最大数 据传输率 为 20MB/s,采用
HVD—高压差分驱动技术 。
SCSI-2引入 68芯扁平电缆（ B电缆）。
69
3,SCSI-3（ Ultra SCSI）
有 2种规格：
① Ultra SCSI
8位总线宽度,工作频率 20MHz,最大数据传输率为 20MB/s,采用 50芯 A电缆；
② WIDE Ultra SCSI
16位总线宽度,工作频率 20MHz,最大数据传输率为 40MB/s,采用 68芯 B电缆 。
70
4,Ultra 2 SCSI
又称为 Fast 40,有两种规格：
① Ultra 2 SCSI
8位总线宽度,工作频率 40MHz,最大数据传输率为 40MB/s,电缆长度 25米；
② WIDE Ultra 2 SCSI
16位总线宽度,工作频率 40MHz,最大数据传输率为 80MB/s,电缆长度 12米 。
71
5,Ultra 3 SCSI
① Ultra 3 SCSI
16位总线宽度,工作频率为 40MHz时,数据传输率可达 160MB/s；
② Ultra 160 SCSI
③ Ultra 320 SCSI
16位总线宽度,80MHz总线频率,最大数据传输率可达 320MB/s,采用点对点连接方式,允许最长电缆为 25米 。
四,SCSI信号定义信号 名称 功能
BSY BUSY 线或信号，表示总线正在使用
SEL SELECT 线或信号，在选择和重选阶段使用
C/D COMMAND/DATE 由目标设备使用，表示总线上数据的类型。
I/O INPUT/OUTPUT 由目标设备使用，表示数据的方向。
I/O＝ 1时表示启动设备接受数据
MSG MESSAGE 在信息阶段由目标设备使用。
REQ REQUEST 目标设备向启动设备发出请求传输信息信号。
REQB B电缆中请求信号，与 REQ相同。
ACK ACKNOWLEDGE 启动设备向目标设备发出的请求传输信息的响应信号。
73
ACKB B电缆中响应信号，与 ACK相同。
ATN ATTENTION 启动设备用该信号表示启动设备有信息需要传送。
RST RESET 线或信号，该信号使总线上的设备复位。
DB7～ DB0 DATA BUS 低 8位数据线和奇校验信号线。
DBP0
DB31～ DB8 DATA BUS 高 24位数据线和 3位奇校验数据线。
DBP3～ DBP1
74
75
1,SCSI总线可以是 8位 /16位 /32位
8位 – 50芯扁平电缆 (电缆 A)
16位 /32位 – 加 68芯电缆 (电缆 B)
称“宽 SCSI总线”
2,启动设备 (Initiator) (计算机的 SCSI主适配器 )
向其它 SCSI设备发送操作请求的设备。
目标设备 (Target) (磁盘驱动器 )
执行启动设备发来的操作请求的设备。
76
10.5 USB与 IEEE1394
USB
IEEE 1394
10.5.1 USB
Universal Serial Bus运用串行总线
1994.11开发，计算机串行接口的总线标准
1996.1.15颁布 USB1.0版本一、主要规范
1.数据传输速率
12MB/s – 连接打印机、扫描仪、交换器和电话机等
1.5MB/s – KB、鼠标,MODEM
2.最多可连接 127个外设 (包括 HUB)
10.5 USB与 IEEE1394
3.连接结点距离 5m
4.连接电缆：
12MB/s – 带屏蔽双扭线
1.5MB/s – 普通无屏蔽双扭线以后又推出 USB2.0版本，数据传输率达 480Mb/s，
可支持更高性能的外波 — DV（便携式摄像机、高分辨率数码相机、机顶盒,HDTV、高分辨率 TV）
连接器 4芯插针 2 – 信号线
2 – 电源缆线二、连接方法
HUB：转换器
NODE：设备节点
PC机主机上配 2个以上 USB连接器。
整体是一种树型结构最多可接 127个外设 (含 HUB)
PC机要有相应的软件和硬件条件的支持。
80
硬件方面 – Pentium系列的
430HX,XX,TX、
440FX,LX,BX
以及 i8 XX等芯片组都支持 USB
软件方面 – Windows 95 OEM Service Release 2.
(Windows 95 OSR 2)
加入对 USB的检测能力
Windows 98 以上支持 USB功能
81
三,USB的特点
（ 1） USB具有真正的,即插即用,（ P&P,Plug and
Play） 特性 。
（ 2） USB具有很强的连接能力,最多可以链接形式连接 127个外设 。
（ 3） 低成本 。 使外设的设计制造过程简单,同时并入了 Intel芯片组 。
（ 4） 节省空间 。 USB的引入减轻了对目前 PC机所有标准端口的需求 。
82
（ 5） USB与 ETDM（ Enhanced Time Multiplexing，
增强型时分多路转换 ） 特性可以支持诸如 ISDN
（ Integrated Services Digital Network,综合业务数字网 ） 等高速数字电话信息通路接口,USB再加上 Windows Telephone API(Application Program
Interface,应用程序接口 )后,为 PC机同电话的集成提供了良好的基础 。
（ 6） 连接电缆轻巧 。
（ 7） USB是一种开放性的不具专利版权的理想工业标准。
83
四,USB接口设计概述
1,USB系统组成
84
2,USB的硬件结构
USB系统采用级联星型拓扑即类似菊花链连接。该拓扑由三个基本部分组成：主机（ Host）、集线器（ Hub）和功能设备（ USB设备）。主机，也被称为根、根结或根 Hub。
它做在主板上或作为适配卡安装在计算机上。集线器是
USB结构中的特定成分，它提供叫做端口（ Port）的点将设备连接到 USB总线上，同时检测连接在总线上设备，并为这些设备提供电源管理，负责总线的故障检测和恢复。
功能设备通过端口与总线连接。 USB设备同时可做 Hub使用。
85
3,USB的软件结构主机和设备被分为如图所示的几层。黑箭头表示主机上的实际通信。主机和设备间的通信最终发生在物理线上，
每一水平层之间存在着逻辑接口。
86
USB只有一个主机,包括以下几层：
(1) USB总线接口
USB总线接口处理电气层与协议层的互连 。
(2) USB系统
USB系统用主控制器管理主机与 USB设备间的数据传输 。
87
USB系统有三个基本组件：
① 主控制器驱动程序 （ HCD） 能够更容易地将不同主控制器设备映射到 USB系统中 。 HCD的接口叫
HCDI,特定的 HCDI由支持不同主控制器的操作系统定义 。
② 通用主控制器驱动器 （ UHCD） 处于软结构的最底层,由它来管理和控制主控制器 。
③ USB驱动程序 （ USBD） 位于 UHCD之上 。 它提供驱动器级的接口,满足现有设备驱动器设计的要求 。
88
(3) USB客户软件它位于软件结构的最高层，负责处理特定 USB设备的设备驱动器。客户程序层描述了所有直接作用于设备的软件入口。
总体上说,主机各层有以下功能：
检测连接和移去的 USB设备；
管理主机和 USB设备间的数据流；
连接 USB状态和活动统计；
控制主控制器和 USB设备间的电气接口，包括限量能量供应。
89
4,USB上的数据流传输
USB支持四种基本的数据传输模式：控制传输,等时传输,中断传输及数据块传输 。
① 控制传输类型支持外设与主机之间的控制,状态,配置等信息的传输,为外设与主机之间提供一个控制通道 。
② 等时 （ Isochronous） 传输类型支持有周期性,有限的时延和带宽且数据传输速率不变的外设与主机间的数据传输 。
③ 中断传输类型支持像游戏棒,鼠标和键盘等人机输入设备,这些设备与主机间数据传输量小,无周期性,但对响应时间敏感,要求马上响应 。
④数据块（ Bulk）传输类型支持打印机、扫描仪、数码相机等外设，这些外设与主机间传输的数据量很大。
90
5,USB的即插即用
USB的一个主要优点就是支持设备的热插拔，
用户不需要关闭电源就可以接上和使用 USB设备。
10.5.2 IEEE 1394
一,IEEE 1394
Fire Wire(火线 )
由 Apple公司和 TI公司开发的高速串行接口标准。
最高数据传输率达 1GB/s
具有把一个输入信息源传来的数据向多个机器广播的功能，特别适合于家庭视听 AV(Audio – Visual)
的连接。
92
二,“信息家电” ∶
数字化摄像录相一体型 VTR(Video Tape
Recorder)。音频放大器,CD播放机数字化音频磁带机 DAT以及电视机顶盒 (Set Top Box)等数字化家用电器设备的统称。
是信息家电同 PC机及 PC机外围设备之间的多媒体数据交换、存储和处理的接口的最佳选择。
信息家电利用 IEEE1394接口，通过单一类型专用电缆同 PC机及其外围设备连接，构成一个高度综合的家庭多媒体信息系统。
94
该系统具有良好的可伸缩性 – 扩充 /降低系统规模。
通过 ATM网络的机顶盒，外连 ATM网络，内用
IEEE1394接口，把各种家用电子设备与室外网络连接。可以有效地利用 ATM网络实现多媒体数据的相互交换。
在多媒体信息处理系统中,IEEE1394是更有前途的串行接口标准。
95
IEEE 1394串行总线的特点是：
(1) 一种纯数字接口：不必将数字信号转换成模拟信号,造成无谓的损失；
(2) 小巧的物理设计：纤细的串行电缆可取代体积较大,成本较高的接口；
(3) 易于使用：不必牵涉终端电阻,设备 ID或者复杂的安装过程,任何人都可轻松使用；
96
(4) 热插拔：用户可自由增减 1394设备,不必关机,也不会干扰整个总线的通信；
(5) 价格低廉：有效地降低消费类产品的成本；
(6) 易于扩展：一条总线中,100,200和 400Mb/s
的设备可以共享；
(7) 配置灵活：支持像 SCSI那样的菊花链,可实现真正的对等通信；
(8) 速度极快：高品质的多媒体数据可实现“准实时”传输。
97
10.6 AGP
AGP的特点
要注意的问题
10.6 AGP
AGP(Accelerated Graphics Port) 加速图形端口在三维图形显示中为解决“图形纹理”数据高速传输的瓶颈问题应运而生。
10.6.1 AGP的特点三维图形加速卡在三维图形处理中要求有惊人的数据量和更宽的数据传输频宽。
原有 PC机中 133MB/s(32位,33MHz)的 PCI总线成为三维图形加速卡上高速传送图形纹理数据的一大瓶颈。
解决方法可以从 PCI总线入手：
(1)时钟由 33MHz 66MHz
(2)总线位数由 32位 64位但使 PCI有关设施更复杂、成本高。
1996.7Intel开发 AGP — 一种新型的视频接口技术标准，定义了一种超高速的连通结构，把三维图形控制器从 PCI总线上卸下来，用专用的点对点通道 –
AGP把图形控制器直接连在控制芯片组 (―主存 /PCI‖
芯片组 )上，三维图形芯片可以将主存作为帧缓冲器
（显存），实现高速存取。
100
1,AGP直接连通的系统芯片组以 66.7MHz直接同主存联系，而 AGP的数据宽度为 32位，最大数据传输量为：
4? 66.7MB/s=268Mb/s
双激励 (double pumping)传输技术在一个时钟的上、
下边沿由双向传输数据。
2? 66.7MHz? 4=533MB/s – AGP-2x
2?133MHz? 4=1GB/s – AGP-4x
101
2,AGP的地址和数据线分离，无“切换”开销，
提高了随即访问主存时的性能。
3,可实现“流水线”处理，提高了实现数据传输速率。
4,AGP是图形加速卡的一条专用信息通道不用与其它任何设备共享。任何时候想调用该信息通道都会立即得到响应，效率极高。
5,使 PCI总线重负载得到缓解。
6,只连接一个器件，无需安装仲裁电路。
10.6.2 要注意的问题
1,二种工作方式
DMA (Direct Memory Access)
DIME (Direct Memory Execute)直接内存执行当显存容量不够时，将主存当做显存来用，把纹理贴图,Z轴缓冲,Alpha混合等耗费显存的三维操作放在主存中完成优点：节省显存，减少主存与显示卡之间数据传输
103
2,PC机的系统结构应作相应改变
3,AGP是“端口”，不是“总线”
4,是为 Pentium设计的
5,只有采用 AGP – 2X才是适合 DIME的速度
6,主要针对三维图形 /视频处理。
104
10.7 显示卡一、显示器显示器是微机系统中最重要的输出设备，其作用是将主机发出是电信号经过一系列的处理后转换成光信号，并最终以文字、图形形式显现出来。
主要参数为：
(1)点距。
(2)分辨率。分辨率是指屏幕上所显现的象素数,640× 480
的象素数为 307200,640为水平象素数,480为垂直象素数。
14吋 显示器的最大分辨率为 1024× 765； 17吋 显示器的最大分辨率为 1600× 1280。
105
(3)扫描频率。扫描频率是指显示器每秒钟扫描的行数，单位为 kHz，水平扫描频率、垂直扫描频率、分辨率三者密切相关，每种分辨率都有其对应的最基本的扫描速率。
(4)刷新速度。显示器的刷新速度是指每秒钟出现新图像的数量，单位为 Hz，又称刷新率，刷新率越高，
图像的质量越好，闪烁不明显，通常 70～ 72Hz的刷新率即可保证图像的稳定。
106
二、显示卡显示卡简称显卡，是计算机内主要的 I/O卡之一，
CPU处理的数字信号必须经显卡进行后续的图像的处理、加工和转换后成为模拟信号，才能由显示器显现。
显卡的主要技术参数有最大分辨率、刷新频率和色深等，前二者同显示器，而“色深”又称“颜色数”，是指显卡在当前分辨率下能同屏显示的色彩数量，一般以多少,bit‖(位 )色来表示。
107
显卡主要由如下部件组成：
(1)显示芯片 。 用来处理图像信号的 CPU；
(2)显示内存 。 用来暂存显示芯片处理的数据；
(3)RAMDAC。 用来将显存中的数字信号转换成显示器能接收的模拟信号；
(4)VIDEO BIOS；
(5)VGA特性插座 。 显卡与外部视频设备交换数据的通道；
(6)显示器插座 。 显卡的显示器插座用以与显示器连接；
(7)总线接口 。 用于显卡同主机板的连接；
(8)声音输出插孔。
108
10.8 多媒体计算机多媒体技术是指能够同时捕捉,处理,编辑,
存储和展示两个以上不同类型信息媒体技术,这些信息媒体包括文字,图像,图形,声音,动画和活动影像等 。 利用计算机中的数字化技术和交互式的处理能力,能同时处理多种的媒体并把它们融合起来,使多媒体技术成为可能 。 多媒体技术的核心是使用计算机综合处理文字,声音和图像等信息 。
109
一、多媒体声音技术声音技术包括声音的数字化技术和声音的数字合成技术 。
1,数字化技术将声音先转换成数字信号,经过计算机处理,再通过数模转换还原为声音,是最基本的,最重要的多媒体声音处理技术 。
声音数字化的方法是：以固定的时间间隔对音频信号进行采样,再将采样值送量化编码器,变成数码并保存起来,每一个采样值对应于一点的音频信号瞬时值 。
110
影响声音波形数字化质量的因素有三：
(1)采样频率；
(2)量化精度 ；
(3)声道数。
声音文件的数据量的计算如下：
数据量（字节数 /秒） =声道数 × 采样频率 × 采样数据位声音存储格式常见的有：
（,WAV）波形文件
（,VOC）声音文件
（,AU）音频文件
（,MID）数字音乐文件。
111
(1) WAVE(波形）文件是适用于 MS—WINDOWS
操作系统，文件扩展名为,WAV ；
(2) VOC（声音）文件主要适用于 DOS操作系统，
文件扩展名为,VOC；
(3) AUDIO（音频）文件是 UNIX工作站上的声音存储格式，文件扩展名为,AU；
(4) MIDI文件没有记录任何声音信息，只是发送给音序器（ Sequencer，音频合成器）一系列指令，
这些指令说明了音高、音长、通道号等音乐的各主要信息，以,MID为扩展名的文件格式储存起来。
112
2,声音处理技术声音或音乐的数字合成技术是多媒体计算机中用得最多的音乐技术。可以采用波形表合成技术
（ Wave－ Table Synthesizer）来产生人工合成的声音数据。
数字声音处理器 DSP（ Digital Sound Processor）
是由微处理器配上一些软件和辅助硬件组成。主要用于进行数字声音信号的处理，为声音的采样与播放加入更多的效果。
声音的识别、合成和压缩是声音处理技术的热点。
113
3,数字音乐技术 MIDI
MIDI（ Musical Instrument Digital Interface，
乐器数字接口）是 Yamaha,Roland等公司联合指定的规范，作为多媒体计算机所支持的一种声音生成方法。规定了电子乐器与计算机之间进行连接的电缆与硬件方面的标准，以及电子乐器之间、
电子乐器与计算机之间传送数据的通信协议。
114
二、多媒体图像技术多媒体图像技术主要包括图像的采集,处理,
存储,压缩,传输和播放等内容,图像技术要处理的信息量大,速度快,技术难度高 。
115
1,数字图像的组成电视图像由一幅幅画面组成，而一幅画面又由成百或上千条扫描线组成，每条扫描线又由一系列的像素点组成。以目前国际流行的两种电视机制式标准而言，我国流行的 PAL制彩色电视，每秒钟 25
幅画面，每幅画面有 625行扫描线，水平分辨率为
240线～ 400线，相当于每行 240～ 400个点；采用隔行扫描方式，场频为 50Hz，行频为 15625Hz。
,数字图像,就是将图像上的每个点按某种规律编成一系列二进制数据，即用数码来表示图像信息。这种用数码表示的图像信息可以方便地存储在光盘上。
116
2,图像数据压缩技术一幅画面有 150000～ 250000个点组成,每个点用
24位二进制数表示 （ 采用 8,8,8编码 ）,即用 3个字节表示,则一幅画面就要用 450000～ 750000个字节,如果 1秒钟要放 25幅画面,则每秒钟要传送的数据量为 11250000 ～ 18750000 字节,即 107.3MB ～
17.9MB,如果要传送 1小时的图像,需要传送的数据量为 38628MB～ 64440MB,必须采用数据压缩技术 。
117
图像数据压缩目前有三个标准：静态图像压缩标准 JPEG、动态图像压缩标准 MPEG和用于数字电视图像通信的 PX64标准，在多媒体计算机中应用较多的是 JPEG和 MPEG。而 PX64是一种 CCITT可视会议标准。
（ 1） JPEG标准
JPEG即 Joint Photographic Experts Groups提出的一套用于静态彩色图像和单色灰度级图像的压缩编码标准 。 1994年被 ISO命令为 ISO/IEC10918,通常称为 JPEG标准 。
118
主要特点是,① 面向连续色调的静止图像； ②
有两种压缩算法 —失真压缩算法和无失真压缩算法,可以针对应用进行图像压缩比的选择； ③ 压缩及还原算法的复杂程度适中,可以由软件或硬件实现； ④ 有多种操作模式可供选择 。
使用硬件压缩时,处理速度可达每秒钟压缩 5
－ 30帧图像,图像压缩比从 2到 400倍 。
用硬件完成压缩和解压缩工作速度较快，用软件实现速度较慢，但成本低得多。
119
（ 2） MPEG标准
MPEG即 Motion Picture Experts Group(动态图像专家小组 ),是 ISO和 CCITT组建的专业组,该专业组制定了一种动态图像并配有伴音信息的压缩编码标准,
编号 ISO/IEC11172,通常称为 MPEG标准 。
主要特点是,① 视频与音频同步处理； ② 存储在磁盘或光盘上的视频和伴音信息可以随机存取,对图像和伴音可以快速地进行正,反向搜索； ③ 可以较方便地对图像和伴音进行编辑； ④ 信息格式有一定的灵活性,便于发展； ⑤ 有利于硬件设备成本的降低 。
120
MPEG1是第一阶段的标准,可支持高达 180：
1的视频图像压缩技术,可应用于 CD—ROM,游戏机,多媒体通信及显示编辑系统中,标准的压缩后数据传输率约为 64KB～ 300KB/S。
MPEG2是 MPEG1的升级标准，被推荐为工业界的标准，主要适用于广播电视和高清晰度数字电视（ HDTV,High－ Definition Television）。解压缩后可提供 4～ 10MB/S的数据传输速率。
121
三、多媒体计算机
1,MPC标准
1991年 11月根据当时 PC机发展水平制定了多媒体 PC的基本标准 — MPC标准（后来称为 MPC1
标准），对多媒体 PC机及相应的多媒体硬件规定了必需的技术规格，要求所有使用 MPC标准的多媒体计算机产品都必须符合该标准的要求。 1993年
5月，根据计算机和多媒体产品性能不断提高的现状，对 MPC标准中的大部分规定进行了更新，发布了多媒体机的新标准，即 MPC2标准。于 1995年
6月公布了新的多媒体 PC机标准，即 MPC3标准。
122
2.计算机平台
,计算机平台,是指在多媒体计算机系统中除多媒体功能所必须的硬件之外的基本主机系统 。 对计算机平台的要求包括对 CPU,内存,显示系统,
磁盘驱动器,用户输入 /输出系统,输入 /输出接口等的规范要求 。
对多媒体计算机平台的要求按应用性质有两种：
① 应用于专业领域的高档计算机平台 — 至少是高档工作站； ② 应用于普通的家用个人计算机,而 MPC
标准是一种普及型的多媒体标准,主要用于家庭与办公室,所要求的计算机平台是 PC机的主流机型 。
123
3.多媒体部件和设备多媒体 PC机中主要的多媒体部件和设备是 CD—
ROM驱动器、音效卡。
(1)CD—ROM驱动器从“只读”向“可写入”，“可读写”方向发展；
(2)音效卡音效卡 （ Sound Card,Audio Card）,又称为,音卡,,,声音卡,和,声卡,。 是多媒体计算机处理音频信息的主要部件,其功能是处理 （ 获取生成,编辑,
播放等 ） 声音,包括数字化波形声音,合成器产生的声音以及 CD音频 （ CD—Audio） 。
音效卡的组成框图如图所示。
124
125
126
① CD—ROM接口；
② A/D,D/A转换芯片和控制芯片；
③ 音频放大输出；
④ CD—ROM音频信号电缆的连接口；
⑤ 跳线设置；
⑥ 线路输入 （ Line In） ；
⑦ 话筒输入 （ MIC,Microphone） ；
⑧ 音量控制 （ VOL,Volume） ；
⑨ 扬声器输出 （ SPK,Speaker） ；
⑩ 游戏杆 （ JOYSTICK） 。
127
(3)视频卡一个多媒体计算机系统如图所示。
128
① MPEG卡又称“电影卡”，是一种解压缩卡，其主要功能是把光盘上的压缩图像数据按 MPEG标准进行解压缩和动态回放。
②视频捕获卡（ Video Capture Card）
视频捕获卡的主要功能是捕获单帧和连续帧的图像信号，以 AVI文件格式保存到硬磁盘中,AVI
是 Microsoft公司的标准，它允许将声音、视频等相关信息存储在统一文件中。
129
③ 电视编码卡（ TV Coder卡）
这种电视编码卡的作用是把 PC机（台式机或笔记本级）中的标准 VGA视频图像输出到大屏幕电视,RGB投影仪或其它显示设备上，并可将显示图像录制到录像带中。
④电视调谐卡（ TV Turner卡）
又称,电视卡,,专门用于接收 PAL或者
NTSC电视信号,其主要特点是具有一个同电视机和录像机功能类似的高频头,起到选台作用 。 并可将少量节目在 PC机中保存下来 。
10.9 Plug & Play 即插即用（ P&P）
一、硬件冲突问题微机系统的资源空间 —存储空间
I / O 地址中断向量（ IRQ）
DMA（ DREQ）
系统扩充时产生的问题各板卡的中断,DMA通道,I / O 地址大部分有自己的缺省值，若两块板卡使用了同样的资源，操作系统又无法正常处理，就会引起冲突。
PC机中中断号的分配表：
IRQ0 系统时钟（系统保留）
IRQ1 键盘（系统保留）
IRQ2 系统中第 2个中断控制器（ IRQ8~15）
IRQ3 串口 2（可用）
IRQ4 串口 1（可用）
IRQ5 并口 2（可用，一般用来设置声卡）
IRQ6 软盘（系统保留）
IRQ7 并口 1（一般用作打印机）
IRQ8 实时时钟（系统保留）
IRQ9 可用
IRQ10 可用
IRQ11 常用于显卡
IRQ12 P5/2 Mouse（可用）
IRQ13 数学协处理器
IRQ14 IDE0控制器通道
IRQ15 IDE1控制器通道
133
二,P&P
只要将扩展卡插入微机的 I/O插槽（扩展槽）
中，微机系统能自动地进行扩展卡的配置工作，
保证系统资源空间的合理分配，以避免发生系统资源占用的冲突，这一切都是开机后由系统自动进行的，无需操作人员干预。
1992年由 Micrsoft和 Intel公司在 WinHEC（窗口硬件工程会议）上提出 P&P标准的建议。
134
要实现 P&P，应该改变 PC系统中的
BIOS — 基于 ROM的 BIOS（ Flash memory 闪存）
OS — 操作系统硬件 — 硬件设备软件 — 应用软件实现了“即插即用”的完全一致性要求后
“即插即用”几乎能使 PC系统上的每一个 I/O
总线和端口由软件进行自动配置。同时还将设置系统中的硬接线主板设备。从而使 PC系统中不需要跳线器和 DIP配置开关，也无需运行配置文件。
第 10章 微机系统实用接口技术
10.1 主板
10.2 芯片组
10.3 光盘存储器
10.4 硬盘接口
10.5 USB与 IEEE1394
10.6 AGP
10.7 显示卡
10.8 多媒体计算机
10.9 Plug & Play 即插即用（ P&P）
2
10.1 主板
主板的主要组成部件
主板结构
ATX规范
主板采用的新技术
新型主板结构 BTX
10.1 主板主板 (Main Board)是位于 PC机机箱内的一块大型印刷电路板，除显示器、键盘等外部设备外，主板上几乎集成或安装了 PC机的大部分组件，是 PC机运行的核心部件，主板品质和性能的好坏直接影响整机的性能。
主板为 CPU、内存和各种功能卡提供安装插座 (插槽 )；
主板为各种光、磁存储设备、打印设备、扫描仪等 I/O设备，以及数码相机、摄像头,MODEM等多媒体设备和通信设备提供接口。
实际上,PC机通过主板将 CPU等各种器件和外部设备有机地结合起来形成一套完整的系统。
PC机在正常运行时对系统内存、存储设备和其他
I/O设备的操作控制都必须通过主板来完成，因此
PC机的整体运行速度和稳定性在相当程度上取决于主板的性能。
5
10.1.1 主板的主要组成部件
CPU芯片及其接口 -Socket/solt
内存条及其接口连接硬驱、软驱和光驱的接口 - Connector
扩展插槽 -ISA/PCI
连接鼠标、键盘、打印机和 MODEM的串开口 -
Connector
配套芯片和器件 -ChipSet、系统 BIOS,CMOS
RAM、充电电池、晶体、电源等插座、跳线。
6
对于 Pentium III和 Pentium 4芯片所用插槽有如下几种：
Socket 370 — Celeron III,Pentium III；
Socket 423 — Pentium 4（ Willamatte核心）主频
1.7GHz以下；
Socket 462 — 又称 Socket A,AMD的 Durn（毒龙）
和 Athlon （速龙）系列；
Socket 478 — 大部分 Pentium 4和 Celeron 4；
Socket 603/604 — Pentium 4 Xeon。
7
内存条插槽：
DIP(Dual In-line Package，双列直插封装 )内存芯片；
SIMM(Single In-line Memory Modular，单列存储模块 )
内存条,SIMM内存条的内存条插槽有 30线,72线两种；
DIMM(Dual In-line Memory Moduler，双列存储模块 )
内存条,DIMM内存条的插槽为 168线和 184线；
72线的 SIMM内存条使用 72线的内存条插槽，数据宽度为 32位； 168线和 184线的 DIMM内存条使用 168线和
184线的内存条插槽，其数据宽度为 64位。
SDRAM采用 168线插槽,DDR SDRAM采用 184线插槽。
10.1.2 主板结构一、常规主板、一体化主板和整合主板常规主板 — 插卡式主板，各种外部设备的接口电路都以插卡形式，插在主板的扩展槽中；
一体化主板 — ALL-IN-ONE主板，集成了常规主板的
CPU、内存及相应的配套电路外，还集成有显示控制器，外存储器控制器和串 /并行接口，可以不用插卡；
整合主板 — 采用整合芯片组的主板，所谓整合芯片组是将显卡、声卡、网卡等 I/O板卡以及 ATA100/133
等硬盘和 LED设备的控制器整合到芯片组中。
10.1.3 ATX规范一,Baby-AT主板的缺点
10
1.主板横向尺寸太大，使 PC机后部直接从主板引出接口空间太小；
2.主板上 CPU及内存条的位置不合理；
3,软硬盘控制器及软硬盘机支架无特定位置，线缆过长。
11
二,ATX规范的优势
1,结构特点
① CPU及内存条位置优化；
②各种接口 (connector，连接器 )统一安置；
③缩短线缆；
④固定软盘、光驱和 IDE硬盘连接器的位置。
2,电源系统
①关机时保持 5V/100mA弱电流；
②提供 3.3V电源。
12
10.1.4 主板采用的新技术一、采用集成的数据捕获芯片 LM78，构成硬件监控系统，增加系统监测能力，以提高系统稳定性。 LM78在 PC机中用于硬件监控可实现如下功能：
（ 1）系统电压侦测
（ 2）系统温度侦测
（ 3） CPU风扇转速侦测
（ 4）机箱防侵入侦测
（ 5）配合 Intel的 LDCM(LAN Desk Client Manager)
开关一起使用，可使系统达到较好的效果
14
二、支持 Ultra DMA/33,DMA/66(即 ATA/33和
ATA/66),ATA/100和 ATA/133)以及 SATA(串行 ATA)
三、支持 USB接口四、支持 AGP加速图形端口
15
10.1.5 新型主板结构 BTX
BTX — Balance Technology Extended
在 IDE2003上,Intel推出了新一代的机箱、主板结构规范 — BTX规范。解决了 ATX结构在散热性能、
抗干扰、噪声控制等方面的问题。
BTX规范有三种样式：
标准 BTX
Micro BTX
Pico BTX，分别支持三种不同尺寸的系统。
16
BTX规范的特点是：
一、散热性能更好
1,主板上元器件及扩展接口位置布局合理，增强整体散热效果；
2,模块化设计及布局的科学性 ；
3,增强型散热模块。
17
二、安装与固定方式更科学三、采用新型总线及接口在标准 BTX主板上有 7个 PCI扩展槽 — 1个
PCI Express × 16插槽,2个 PCI Express× 1插槽，
4个 32位 PCI插槽。
四、电源供给模式丰富多样
BTX主板结构示意图如图所示。
18
BTX主板结构示意图
19
10.2 芯片组
芯片组的功能
芯片组的组成
10.2.1 芯片组的功能一,支持电路和接口电路串行接口和并行接口内存控制电路中断控制电路
DMA控制电路总线控制电路时钟发生电路
10.2 芯片组二、系统控制芯片组 (控制芯片组、芯片组 Chip set)
采用 VLSI技术，把主板上众多的接口芯片和支持芯片按不同功能分别集成到一块芯片之中，这样，
用少量几片 VLSI芯片的组合称为“芯片组”。
在 PC系统中，整个系统的有效运行都由芯片组来控制和协调，芯片组成为计算机的“控制中心”和
“几何中心”。
芯片组的性能优劣直接影响整个 PC系统的性能，
选择主板的核心是选择芯片组。
22
10.2.2 芯片组的组成
1.早期的芯片组
CS8230-386芯片组,6片
82350EISA芯片组 -386/486芯片组,4片
2.PCI芯片组基于 Pentium和 PCI总线的芯片组。
23
PCMC (PCI/Cache/Memory Controller
LBX (Local Bus Accelerator)
SIO (System I/O)
PCEB(PCI-EISA Bright)
ESC (EISA System Component/Controller)
24
a.Socket 7 架构的 PCI芯片组
b.支持 Pentium Pro的 PCI芯片组
Intel 440系列 - 440FX,440LX AGP Set
c.Pentium Ⅱ 芯片组
Intel 440BX
26
27
四、芯片组的整合技术所谓“整合技术”是将板卡或其他部件的功能，
如显示卡、声卡,MODEM,ATA-66/33整合于芯片组中，进一步加强了芯片组的功能。
芯片组及其整合功能在一条流水线上实现，降低了计算机的整体成本。
29
整合技术的优点 ∶ 一是性能价格比高，二是缩小了整机的体积；三是由于系统功能均整合在主板芯片组中，只需升级 CPU即可提升系统的整体性能。
缺点是 ∶ 一,整合的声卡,MODEM会较多地占用 CPU资源；二,整合的 AGP显示性能不高，且无法升级。主要面向中低端市场。
ALL-In-One主板是将功能芯片安装在主板上；
整合芯片组主板是将芯片功能集成于芯片组之中，性能 /价格比高。
30
1,Intel 810芯片组
Intel 810芯片组是一种面向低端应用场合的整合型芯片组,以配合 Celeron处理器为主 。 芯片组内
3D图形加速性能有大幅提升,810主板同样适用于家用 。
Intel 810芯片组采用了与以往芯片组完全不同的结构设计，原先的北桥现在称为 GMCH（ Graphics
and Memory Controller Hub），原先的南桥现称为
ICH（ I/O Controller Hub）；而 BIOS则改称为 FWH
（ FirmWare Hub）。
31
32
2,Intel 850芯片组芯片组 —HUB结构,由 2片芯片组成 。
82850 MCH（ Memory Controller Hub） 内存控制中心
82810 BA ICH2 I/O控制中心 （ BA增强型 ） 。
33
34
3,Intel 845芯片组
35
4,Intel 865芯片组
36
5,Intel 875P芯片组
37
6,Intel 915/925X芯片组
38
10.3 光盘存储器
光盘的种类和标准
光盘读写原理
光盘存储器的组成
10.3 光盘存储器光盘 Optical Disk
CD (Compact Disc)
压缩磁盘、致密磁盘用光学方式进行读出或写入信息的盘片 。
特点 ∶ 高密度存储写入 /读出都使用 激光 来实现聚焦成能量高度集中的极小光点。
40
10.3.1 光盘的种类和标准
CD-ROM (Compact Disc-ROM) 只读型光盘
CD-R(Compact Disc - Recordable) 可记录光盘
DVD(Digital Video Disc) 数字视盘一,CD-ROM
CD-DA(Compact Disc-Digital Audio) 红皮书 激光唱盘
CD-ROM 黄皮书
CD-V (Compact Disc with Video)蓝皮书 激光视盘
CD-I (Compact Disc-Interactive) 绿皮书 交互式光盘
Photo CD (照像 CD)
V-CD (Video Compact Disc) 白皮书 视频 CD
二,CD-R
1,CD-WO (Compact Disc-Write Once Read Many
Times) 橙皮书 Book2
2,CD-E (Compact Disc-Erasable)
CD-MO (Magneto Optical) 橙皮书 Book1 磁光盘
PCD (Phase Change disk) 相变光盘三,DVD
Digital Video Disc 数字视频光盘
Digital Versatile Disc 数字多用光盘
1.SD标准 (Super Density)
2.MMCD标准 (MultiMedia Compact Disc)
3.统一标准 –
2?0.6mm粘合盘单面 4.7GB
单片 133分钟
8/16方式 (相当于 EFM+)-调制方式
RS-PC方式 -纠错方式分类 ∶
DVD-VIDEO – 视频信息
DVD-ROM – 多媒体信息
DVD-AUDIO – 音频信息 (高品质、长时间 )
DVD-R – 一次性写入
DVD-E – 多次擦写
CD - DA CD - VCD - G
CD - ROM
ISO9660 CD - I CD - R
CD – ROM/XA
VCD PCD DVD
激光唱盘
VCD盘
DVD
标准
MPEG2MPEG1
带画面的唱盘 带影像的唱盘相片光盘 数字多用视盘光盘产品的规范与标准
CD-I盘
Kodak公司图像压缩(9660盘 ) DVI
CDTV
CD- Title
(非 9660盘 )
Apple HFS
DEC VMS
CD – G (CD – Graphics) 带画面 (图形 )的激光唱盘。
CDTV 搭配 TV使用的多媒体 CD播放机
DVI (Digital Video Interactive) 数字视象交点
10.3.2 光盘读写原理 (见教材 P428)
46
10.3.3 光盘存储器的组成光盘盘片、光盘驱动器、光盘控制适配器一、光盘驱动器的基本组成由读 /写光学头、寻道定位机构、主轴驱动机构、光学系统等组成。
二,CD-ROM驱动器的性能指标
1.平均数据传输率连续读取大量数据的速度。
单速机为 150KB/s
这一指标影响驱动器的灵敏度。
2.平均寻址时间寻找光盘上的任意位置的数据所需要的时间。
单速机为 800 ~ 1000ms
双速机为 300 ~ 400ms(硬盘的 1/10)
3.缓冲器容量反映驱动器的响应速度和突发数据传输率的快慢。
Burst Data Transfer Rate – 表示光盘驱动器瞬时最大数据吞吐量,对连续、平滑、快速地播放图象至关重要。
采用较大的缓存，可改善播放视频图象的播放效果。
4.格式的兼容性能使用哪些格式的光盘。
5.接口标准指 CD-ROM驱动器与主机连接线的定义标准。
常用三种接口类型 ∶
SCSI Small Computer System Interface
IDE Integrated Drive Electronics
专用接口 Sony Panasonic Mitsumi
49
三,光盘控制适配器计算机同光盘驱动器之间的接口电路。
由计算机输出的数据信息通过适配器转换成光盘驱动器能接收的信息格式；
把光盘中读出的信息转换成计算机能接收的信息格式。
协调计算机同光盘驱动器之间的速度差异。
50
10.4 硬盘接口
IDE接口
SCSI接口硬盘接口有 ST506,ESDI,IDE,SCSI
10.4.1 IDE接口一,IDE接口的基本特性
Integrated Drive Electronics
集成驱动器电子部件。
1991年由 ANSI (American National Standard Institute)
命名为,ATA (AT Attachment) 接口” (AT附加装置 )
特点 ∶ 把硬盘控制器电路同硬盘驱动器本身的控制电路集成在一起。 (即 Integrated)
10.4 硬盘接口这样：在 IDE接口的适配器电路中不包含硬盘控制器，可以消除驱动器和控制器之间的数据丢失问题，
提高数据传输的可靠性。
由于把控制器电路并入驱动器内，因此从驱动器中引出的信号线上不是控制器同驱动器之间的信号线。而是通过简单处理后可同主系统连接的接口信号线。
53
IDE接口采用 40芯单排电缆连接。
1,DD0～ DD15：双向数据线，直接取自系统数据线，用于传送数 据、命令和状态信息。
2,DA0～ DA2：地址线,直接取自系统地址线,
用于选择控制器内 部命令或控制寄存器 。
3.,命令寄存器组选择信号,由连接在
ISA总线上的 IDE适 配器对系统地址线译码后产生 。
4.,控制寄存器组选择信号 。
5.,驱动器工作指示信号 。
FX1CS
FX5CS
DASP
54
6.,16位数据传送信号 。
7,PDIAG：诊断完成信号,表示主,从驱动器已完成了自检 。
8.,驱动器复位信号 。
9,CSEL：主驱动器选择信号 。
10,INTRQ：中断请求信号,与系统总线中 IRQ14连接 。
11,IORDY：通道就绪信号 。
12,和,驱动内部寄存器读写控制信号 。
13,DMARQ和 DMACK,DMA传送控制信号 。
14,SPSYNC：主从驱动器同步信号 。
16IOCS
RESET
DIOR DIOW
二,数据传送的方式指硬盘机与主机之间进行数据传送的方式。
1,PIO(Programming Input/Output)
编程 I/O
通过 CPU执行 I/O指令 -I/O串操作指令。
只需取一次指令就可重复多次完成 I/O操作，使之达到高数据传输率。
56
2,DMA (Direct Memory Access)
现在的芯片组都支持总线主控 DMA。
分,DMA单字传送 – 每次 DMA请求只传送一个 16
位字；
DMA多字传送 – 只要 DMA请求信号保持有效,
将持续不断地传送 16位字,直至计数结束。
57
引脚 信号 信号描述 信号方向
1 RESERT 复位 I
2 GND 地
3 DD7 数据位 7 I/O
4 DD8 数据位 8 I/O
5 DD6 数据位 6 I/O
6 DD9 数据位 9 I/O
7 DD5 数据位 5 I/O
8 DD10 数据位 10 I/O
9 DD4 数据位 4 I/O
10 DD11 数据位 11 I/O
11 DD3 数据位 3 I/O
12 DD12 数据位 12 I/O
13 DD2 数据位 2 I/O
58
14 DD13 数据位 13 I/O
15 DD1 数据位 1 I/O
16 DD14 数据位 14 I/O
17 DD0 数据位 0 I/O
18 DD15 数据位 15 I/O
19 GND 地
20 N.C,未用
21 DMARQ DMA请求 O
22 GND 地
23 写选通 I
24 GND 地
25 读选通 I
26 GND 地
27 IORDY 通道就绪 O
DIOW
DIOR
59
28 SPSYNC CSEL 同步选择
29 DMACK DMA应答 I
30 GND 地
31 INTRQ 中断请求 O
32 IOCS16 16位 IO O
33 DA1 地址 1 I
34 诊断成 O
35 DA0 地址 0 I
36 DA2 地址 2 I
37 片选 0 I
38 片选 1 I
39 DASP 驱动器激活 0
40 GND 地
FX3CS
PDIAG
FX1CS
三,各种 IDE接口标准化
ATA-1 标准
1986年推出，最早推出的 IDE标准，最高数据传输速率为 8.33MB/s。
ATA-2 标准
1996年推出，一般而言 ATA-2标准即 EIDE标准，严格说，两者有些区别,EIDE标准实际上包含了 ATA-2
和 ATAPI。最高数据传输率为 16.67MB/s。
APAPI(ATA Packet Interface,ATA封装接口 ),
还有一种 Fast－ ATA标准，实际上就是 ATA-2标准。
61
ATA-3 标准
1997年推出,加入了另一种简单的密码保护的安全方案,改进了数据传输的可靠性,并采用先进的电源管理方案 — 引入了 S.M.A.R.T。
ATA-4标准又称 Ultra－ ATA/33标准 。 1998年推出,增加了一个高性能的传输模式 DMA/33,具有 33MB/s的数据传输率；
具有如下特点：
（ 1） 提高了突发模式的数据传输率；
（ 2） 数据可靠性得到进一步的提高,采用一种新型的
CRC(Cyclic Redundancy Check,循环冗余校验码 )；
（ 3） 保持向后的兼容性 。
62
ATA-5标准
1999年推出,又称 Ultra－ ATA/66,采用 CRC
纠错技术,保证在高速传输过程中的数据完整性 。
接口信号也是 40个,但使用 80线的电缆,比原始的 IDE电缆增加了 40条地线,以降低相邻信号线之间的串扰 。
ATA-6标准
2001年推出,又称 Ultra－ ATA/100,最高数据传输率为 100MB/s。
63
ATA-7标准
2002年推出,又称 Ultra－ ATA/133,最高数据传输率为 133MB/s。
SATA标准
2000年 11月,Intel开发者论坛组织发布第一个串行 ATA规范 1,0版,现有三个版本：
SATA-1 — 传输速率为 150MB/S；
SATA-2 — 传输速率为 300MB/S；
SATA-3 — 传输速率为 600MB/S。
64
硬盘机工作中的两种数据传输率：
内部传输率 – 从硬盘磁头到内部缓存的数据读写速度；
外部传输率 – 从硬盘的缓存向外输出数据的速度。
Ultra – ATA中的 33MB/s和 66MB/s都是指后者 (外部 )
10.4.2 SCSI接口一,Small Computer System Interface
满足高速度、多设备的接口要求；用于服务器、
超级计算机系统。
定义了一种输入、输出总线和逻辑接口；
逻辑接口用来支持计算机和外部设备互联的总线。
提供一种设备独立的机制，用来连接主机和访问设备。
通过单一 SCSI接口、不同的 Disk,Tape,Printer,
CD设备和其他设备能连接到主机系统中，而不需要修改一般的系统软件和硬件。
二,SCSI接口的特点是：
数据传输速度快；
可驱动的外部设备多；
可靠性高；
定义规范；
互换性好。
67
三、各种接口定义比较
1,SCSI-1
最原始的 SCSI标准,定义了最基本的 18个
CCS（ Common Command Set,通用命令集 ）
有同步和异步两种传输模式,8位总线宽度,
传输速率同步为 5MB/s,异步为 3MB/s。
68
2,SCSI-2
有三种规格：
① FAST SCSI — 8位总线宽度,工作频率
10MHz,最大数据传输率为 10MB/s；
② WIDE SCSI — 16位总线宽度,工作频率
5MHz,最大数据传输率为 10MB/s；
③ FAST WIDE SCSI — 16位总线宽度,工作频率 10MHz,最大数 据传输率 为 20MB/s,采用
HVD—高压差分驱动技术 。
SCSI-2引入 68芯扁平电缆（ B电缆）。
69
3,SCSI-3（ Ultra SCSI）
有 2种规格：
① Ultra SCSI
8位总线宽度,工作频率 20MHz,最大数据传输率为 20MB/s,采用 50芯 A电缆；
② WIDE Ultra SCSI
16位总线宽度,工作频率 20MHz,最大数据传输率为 40MB/s,采用 68芯 B电缆 。
70
4,Ultra 2 SCSI
又称为 Fast 40,有两种规格：
① Ultra 2 SCSI
8位总线宽度,工作频率 40MHz,最大数据传输率为 40MB/s,电缆长度 25米；
② WIDE Ultra 2 SCSI
16位总线宽度,工作频率 40MHz,最大数据传输率为 80MB/s,电缆长度 12米 。
71
5,Ultra 3 SCSI
① Ultra 3 SCSI
16位总线宽度,工作频率为 40MHz时,数据传输率可达 160MB/s；
② Ultra 160 SCSI
③ Ultra 320 SCSI
16位总线宽度,80MHz总线频率,最大数据传输率可达 320MB/s,采用点对点连接方式,允许最长电缆为 25米 。
四,SCSI信号定义信号 名称 功能
BSY BUSY 线或信号，表示总线正在使用
SEL SELECT 线或信号，在选择和重选阶段使用
C/D COMMAND/DATE 由目标设备使用，表示总线上数据的类型。
I/O INPUT/OUTPUT 由目标设备使用，表示数据的方向。
I/O＝ 1时表示启动设备接受数据
MSG MESSAGE 在信息阶段由目标设备使用。
REQ REQUEST 目标设备向启动设备发出请求传输信息信号。
REQB B电缆中请求信号，与 REQ相同。
ACK ACKNOWLEDGE 启动设备向目标设备发出的请求传输信息的响应信号。
73
ACKB B电缆中响应信号，与 ACK相同。
ATN ATTENTION 启动设备用该信号表示启动设备有信息需要传送。
RST RESET 线或信号，该信号使总线上的设备复位。
DB7～ DB0 DATA BUS 低 8位数据线和奇校验信号线。
DBP0
DB31～ DB8 DATA BUS 高 24位数据线和 3位奇校验数据线。
DBP3～ DBP1
74
75
1,SCSI总线可以是 8位 /16位 /32位
8位 – 50芯扁平电缆 (电缆 A)
16位 /32位 – 加 68芯电缆 (电缆 B)
称“宽 SCSI总线”
2,启动设备 (Initiator) (计算机的 SCSI主适配器 )
向其它 SCSI设备发送操作请求的设备。
目标设备 (Target) (磁盘驱动器 )
执行启动设备发来的操作请求的设备。
76
10.5 USB与 IEEE1394
USB
IEEE 1394
10.5.1 USB
Universal Serial Bus运用串行总线
1994.11开发，计算机串行接口的总线标准
1996.1.15颁布 USB1.0版本一、主要规范
1.数据传输速率
12MB/s – 连接打印机、扫描仪、交换器和电话机等
1.5MB/s – KB、鼠标,MODEM
2.最多可连接 127个外设 (包括 HUB)
10.5 USB与 IEEE1394
3.连接结点距离 5m
4.连接电缆：
12MB/s – 带屏蔽双扭线
1.5MB/s – 普通无屏蔽双扭线以后又推出 USB2.0版本，数据传输率达 480Mb/s，
可支持更高性能的外波 — DV（便携式摄像机、高分辨率数码相机、机顶盒,HDTV、高分辨率 TV）
连接器 4芯插针 2 – 信号线
2 – 电源缆线二、连接方法
HUB：转换器
NODE：设备节点
PC机主机上配 2个以上 USB连接器。
整体是一种树型结构最多可接 127个外设 (含 HUB)
PC机要有相应的软件和硬件条件的支持。
80
硬件方面 – Pentium系列的
430HX,XX,TX、
440FX,LX,BX
以及 i8 XX等芯片组都支持 USB
软件方面 – Windows 95 OEM Service Release 2.
(Windows 95 OSR 2)
加入对 USB的检测能力
Windows 98 以上支持 USB功能
81
三,USB的特点
（ 1） USB具有真正的,即插即用,（ P&P,Plug and
Play） 特性 。
（ 2） USB具有很强的连接能力,最多可以链接形式连接 127个外设 。
（ 3） 低成本 。 使外设的设计制造过程简单,同时并入了 Intel芯片组 。
（ 4） 节省空间 。 USB的引入减轻了对目前 PC机所有标准端口的需求 。
82
（ 5） USB与 ETDM（ Enhanced Time Multiplexing，
增强型时分多路转换 ） 特性可以支持诸如 ISDN
（ Integrated Services Digital Network,综合业务数字网 ） 等高速数字电话信息通路接口,USB再加上 Windows Telephone API(Application Program
Interface,应用程序接口 )后,为 PC机同电话的集成提供了良好的基础 。
（ 6） 连接电缆轻巧 。
（ 7） USB是一种开放性的不具专利版权的理想工业标准。
83
四,USB接口设计概述
1,USB系统组成
84
2,USB的硬件结构
USB系统采用级联星型拓扑即类似菊花链连接。该拓扑由三个基本部分组成：主机（ Host）、集线器（ Hub）和功能设备（ USB设备）。主机，也被称为根、根结或根 Hub。
它做在主板上或作为适配卡安装在计算机上。集线器是
USB结构中的特定成分，它提供叫做端口（ Port）的点将设备连接到 USB总线上，同时检测连接在总线上设备，并为这些设备提供电源管理，负责总线的故障检测和恢复。
功能设备通过端口与总线连接。 USB设备同时可做 Hub使用。
85
3,USB的软件结构主机和设备被分为如图所示的几层。黑箭头表示主机上的实际通信。主机和设备间的通信最终发生在物理线上，
每一水平层之间存在着逻辑接口。
86
USB只有一个主机,包括以下几层：
(1) USB总线接口
USB总线接口处理电气层与协议层的互连 。
(2) USB系统
USB系统用主控制器管理主机与 USB设备间的数据传输 。
87
USB系统有三个基本组件：
① 主控制器驱动程序 （ HCD） 能够更容易地将不同主控制器设备映射到 USB系统中 。 HCD的接口叫
HCDI,特定的 HCDI由支持不同主控制器的操作系统定义 。
② 通用主控制器驱动器 （ UHCD） 处于软结构的最底层,由它来管理和控制主控制器 。
③ USB驱动程序 （ USBD） 位于 UHCD之上 。 它提供驱动器级的接口,满足现有设备驱动器设计的要求 。
88
(3) USB客户软件它位于软件结构的最高层，负责处理特定 USB设备的设备驱动器。客户程序层描述了所有直接作用于设备的软件入口。
总体上说,主机各层有以下功能：
检测连接和移去的 USB设备；
管理主机和 USB设备间的数据流；
连接 USB状态和活动统计；
控制主控制器和 USB设备间的电气接口，包括限量能量供应。
89
4,USB上的数据流传输
USB支持四种基本的数据传输模式：控制传输,等时传输,中断传输及数据块传输 。
① 控制传输类型支持外设与主机之间的控制,状态,配置等信息的传输,为外设与主机之间提供一个控制通道 。
② 等时 （ Isochronous） 传输类型支持有周期性,有限的时延和带宽且数据传输速率不变的外设与主机间的数据传输 。
③ 中断传输类型支持像游戏棒,鼠标和键盘等人机输入设备,这些设备与主机间数据传输量小,无周期性,但对响应时间敏感,要求马上响应 。
④数据块（ Bulk）传输类型支持打印机、扫描仪、数码相机等外设，这些外设与主机间传输的数据量很大。
90
5,USB的即插即用
USB的一个主要优点就是支持设备的热插拔，
用户不需要关闭电源就可以接上和使用 USB设备。
10.5.2 IEEE 1394
一,IEEE 1394
Fire Wire(火线 )
由 Apple公司和 TI公司开发的高速串行接口标准。
最高数据传输率达 1GB/s
具有把一个输入信息源传来的数据向多个机器广播的功能，特别适合于家庭视听 AV(Audio – Visual)
的连接。
92
二,“信息家电” ∶
数字化摄像录相一体型 VTR(Video Tape
Recorder)。音频放大器,CD播放机数字化音频磁带机 DAT以及电视机顶盒 (Set Top Box)等数字化家用电器设备的统称。
是信息家电同 PC机及 PC机外围设备之间的多媒体数据交换、存储和处理的接口的最佳选择。
信息家电利用 IEEE1394接口，通过单一类型专用电缆同 PC机及其外围设备连接，构成一个高度综合的家庭多媒体信息系统。
94
该系统具有良好的可伸缩性 – 扩充 /降低系统规模。
通过 ATM网络的机顶盒，外连 ATM网络，内用
IEEE1394接口，把各种家用电子设备与室外网络连接。可以有效地利用 ATM网络实现多媒体数据的相互交换。
在多媒体信息处理系统中,IEEE1394是更有前途的串行接口标准。
95
IEEE 1394串行总线的特点是：
(1) 一种纯数字接口：不必将数字信号转换成模拟信号,造成无谓的损失；
(2) 小巧的物理设计：纤细的串行电缆可取代体积较大,成本较高的接口；
(3) 易于使用：不必牵涉终端电阻,设备 ID或者复杂的安装过程,任何人都可轻松使用；
96
(4) 热插拔：用户可自由增减 1394设备,不必关机,也不会干扰整个总线的通信；
(5) 价格低廉：有效地降低消费类产品的成本；
(6) 易于扩展：一条总线中,100,200和 400Mb/s
的设备可以共享；
(7) 配置灵活：支持像 SCSI那样的菊花链,可实现真正的对等通信；
(8) 速度极快：高品质的多媒体数据可实现“准实时”传输。
97
10.6 AGP
AGP的特点
要注意的问题
10.6 AGP
AGP(Accelerated Graphics Port) 加速图形端口在三维图形显示中为解决“图形纹理”数据高速传输的瓶颈问题应运而生。
10.6.1 AGP的特点三维图形加速卡在三维图形处理中要求有惊人的数据量和更宽的数据传输频宽。
原有 PC机中 133MB/s(32位,33MHz)的 PCI总线成为三维图形加速卡上高速传送图形纹理数据的一大瓶颈。
解决方法可以从 PCI总线入手：
(1)时钟由 33MHz 66MHz
(2)总线位数由 32位 64位但使 PCI有关设施更复杂、成本高。
1996.7Intel开发 AGP — 一种新型的视频接口技术标准，定义了一种超高速的连通结构，把三维图形控制器从 PCI总线上卸下来，用专用的点对点通道 –
AGP把图形控制器直接连在控制芯片组 (―主存 /PCI‖
芯片组 )上，三维图形芯片可以将主存作为帧缓冲器
（显存），实现高速存取。
100
1,AGP直接连通的系统芯片组以 66.7MHz直接同主存联系，而 AGP的数据宽度为 32位，最大数据传输量为：
4? 66.7MB/s=268Mb/s
双激励 (double pumping)传输技术在一个时钟的上、
下边沿由双向传输数据。
2? 66.7MHz? 4=533MB/s – AGP-2x
2?133MHz? 4=1GB/s – AGP-4x
101
2,AGP的地址和数据线分离，无“切换”开销，
提高了随即访问主存时的性能。
3,可实现“流水线”处理，提高了实现数据传输速率。
4,AGP是图形加速卡的一条专用信息通道不用与其它任何设备共享。任何时候想调用该信息通道都会立即得到响应，效率极高。
5,使 PCI总线重负载得到缓解。
6,只连接一个器件，无需安装仲裁电路。
10.6.2 要注意的问题
1,二种工作方式
DMA (Direct Memory Access)
DIME (Direct Memory Execute)直接内存执行当显存容量不够时，将主存当做显存来用，把纹理贴图,Z轴缓冲,Alpha混合等耗费显存的三维操作放在主存中完成优点：节省显存，减少主存与显示卡之间数据传输
103
2,PC机的系统结构应作相应改变
3,AGP是“端口”，不是“总线”
4,是为 Pentium设计的
5,只有采用 AGP – 2X才是适合 DIME的速度
6,主要针对三维图形 /视频处理。
104
10.7 显示卡一、显示器显示器是微机系统中最重要的输出设备，其作用是将主机发出是电信号经过一系列的处理后转换成光信号，并最终以文字、图形形式显现出来。
主要参数为：
(1)点距。
(2)分辨率。分辨率是指屏幕上所显现的象素数,640× 480
的象素数为 307200,640为水平象素数,480为垂直象素数。
14吋 显示器的最大分辨率为 1024× 765； 17吋 显示器的最大分辨率为 1600× 1280。
105
(3)扫描频率。扫描频率是指显示器每秒钟扫描的行数，单位为 kHz，水平扫描频率、垂直扫描频率、分辨率三者密切相关，每种分辨率都有其对应的最基本的扫描速率。
(4)刷新速度。显示器的刷新速度是指每秒钟出现新图像的数量，单位为 Hz，又称刷新率，刷新率越高，
图像的质量越好，闪烁不明显，通常 70～ 72Hz的刷新率即可保证图像的稳定。
106
二、显示卡显示卡简称显卡，是计算机内主要的 I/O卡之一，
CPU处理的数字信号必须经显卡进行后续的图像的处理、加工和转换后成为模拟信号，才能由显示器显现。
显卡的主要技术参数有最大分辨率、刷新频率和色深等，前二者同显示器，而“色深”又称“颜色数”，是指显卡在当前分辨率下能同屏显示的色彩数量，一般以多少,bit‖(位 )色来表示。
107
显卡主要由如下部件组成：
(1)显示芯片 。 用来处理图像信号的 CPU；
(2)显示内存 。 用来暂存显示芯片处理的数据；
(3)RAMDAC。 用来将显存中的数字信号转换成显示器能接收的模拟信号；
(4)VIDEO BIOS；
(5)VGA特性插座 。 显卡与外部视频设备交换数据的通道；
(6)显示器插座 。 显卡的显示器插座用以与显示器连接；
(7)总线接口 。 用于显卡同主机板的连接；
(8)声音输出插孔。
108
10.8 多媒体计算机多媒体技术是指能够同时捕捉,处理,编辑,
存储和展示两个以上不同类型信息媒体技术,这些信息媒体包括文字,图像,图形,声音,动画和活动影像等 。 利用计算机中的数字化技术和交互式的处理能力,能同时处理多种的媒体并把它们融合起来,使多媒体技术成为可能 。 多媒体技术的核心是使用计算机综合处理文字,声音和图像等信息 。
109
一、多媒体声音技术声音技术包括声音的数字化技术和声音的数字合成技术 。
1,数字化技术将声音先转换成数字信号,经过计算机处理,再通过数模转换还原为声音,是最基本的,最重要的多媒体声音处理技术 。
声音数字化的方法是：以固定的时间间隔对音频信号进行采样,再将采样值送量化编码器,变成数码并保存起来,每一个采样值对应于一点的音频信号瞬时值 。
110
影响声音波形数字化质量的因素有三：
(1)采样频率；
(2)量化精度 ；
(3)声道数。
声音文件的数据量的计算如下：
数据量（字节数 /秒） =声道数 × 采样频率 × 采样数据位声音存储格式常见的有：
（,WAV）波形文件
（,VOC）声音文件
（,AU）音频文件
（,MID）数字音乐文件。
111
(1) WAVE(波形）文件是适用于 MS—WINDOWS
操作系统，文件扩展名为,WAV ；
(2) VOC（声音）文件主要适用于 DOS操作系统，
文件扩展名为,VOC；
(3) AUDIO（音频）文件是 UNIX工作站上的声音存储格式，文件扩展名为,AU；
(4) MIDI文件没有记录任何声音信息，只是发送给音序器（ Sequencer，音频合成器）一系列指令，
这些指令说明了音高、音长、通道号等音乐的各主要信息，以,MID为扩展名的文件格式储存起来。
112
2,声音处理技术声音或音乐的数字合成技术是多媒体计算机中用得最多的音乐技术。可以采用波形表合成技术
（ Wave－ Table Synthesizer）来产生人工合成的声音数据。
数字声音处理器 DSP（ Digital Sound Processor）
是由微处理器配上一些软件和辅助硬件组成。主要用于进行数字声音信号的处理，为声音的采样与播放加入更多的效果。
声音的识别、合成和压缩是声音处理技术的热点。
113
3,数字音乐技术 MIDI
MIDI（ Musical Instrument Digital Interface，
乐器数字接口）是 Yamaha,Roland等公司联合指定的规范，作为多媒体计算机所支持的一种声音生成方法。规定了电子乐器与计算机之间进行连接的电缆与硬件方面的标准，以及电子乐器之间、
电子乐器与计算机之间传送数据的通信协议。
114
二、多媒体图像技术多媒体图像技术主要包括图像的采集,处理,
存储,压缩,传输和播放等内容,图像技术要处理的信息量大,速度快,技术难度高 。
115
1,数字图像的组成电视图像由一幅幅画面组成，而一幅画面又由成百或上千条扫描线组成，每条扫描线又由一系列的像素点组成。以目前国际流行的两种电视机制式标准而言，我国流行的 PAL制彩色电视，每秒钟 25
幅画面，每幅画面有 625行扫描线，水平分辨率为
240线～ 400线，相当于每行 240～ 400个点；采用隔行扫描方式，场频为 50Hz，行频为 15625Hz。
,数字图像,就是将图像上的每个点按某种规律编成一系列二进制数据，即用数码来表示图像信息。这种用数码表示的图像信息可以方便地存储在光盘上。
116
2,图像数据压缩技术一幅画面有 150000～ 250000个点组成,每个点用
24位二进制数表示 （ 采用 8,8,8编码 ）,即用 3个字节表示,则一幅画面就要用 450000～ 750000个字节,如果 1秒钟要放 25幅画面,则每秒钟要传送的数据量为 11250000 ～ 18750000 字节,即 107.3MB ～
17.9MB,如果要传送 1小时的图像,需要传送的数据量为 38628MB～ 64440MB,必须采用数据压缩技术 。
117
图像数据压缩目前有三个标准：静态图像压缩标准 JPEG、动态图像压缩标准 MPEG和用于数字电视图像通信的 PX64标准，在多媒体计算机中应用较多的是 JPEG和 MPEG。而 PX64是一种 CCITT可视会议标准。
（ 1） JPEG标准
JPEG即 Joint Photographic Experts Groups提出的一套用于静态彩色图像和单色灰度级图像的压缩编码标准 。 1994年被 ISO命令为 ISO/IEC10918,通常称为 JPEG标准 。
118
主要特点是,① 面向连续色调的静止图像； ②
有两种压缩算法 —失真压缩算法和无失真压缩算法,可以针对应用进行图像压缩比的选择； ③ 压缩及还原算法的复杂程度适中,可以由软件或硬件实现； ④ 有多种操作模式可供选择 。
使用硬件压缩时,处理速度可达每秒钟压缩 5
－ 30帧图像,图像压缩比从 2到 400倍 。
用硬件完成压缩和解压缩工作速度较快，用软件实现速度较慢，但成本低得多。
119
（ 2） MPEG标准
MPEG即 Motion Picture Experts Group(动态图像专家小组 ),是 ISO和 CCITT组建的专业组,该专业组制定了一种动态图像并配有伴音信息的压缩编码标准,
编号 ISO/IEC11172,通常称为 MPEG标准 。
主要特点是,① 视频与音频同步处理； ② 存储在磁盘或光盘上的视频和伴音信息可以随机存取,对图像和伴音可以快速地进行正,反向搜索； ③ 可以较方便地对图像和伴音进行编辑； ④ 信息格式有一定的灵活性,便于发展； ⑤ 有利于硬件设备成本的降低 。
120
MPEG1是第一阶段的标准,可支持高达 180：
1的视频图像压缩技术,可应用于 CD—ROM,游戏机,多媒体通信及显示编辑系统中,标准的压缩后数据传输率约为 64KB～ 300KB/S。
MPEG2是 MPEG1的升级标准，被推荐为工业界的标准，主要适用于广播电视和高清晰度数字电视（ HDTV,High－ Definition Television）。解压缩后可提供 4～ 10MB/S的数据传输速率。
121
三、多媒体计算机
1,MPC标准
1991年 11月根据当时 PC机发展水平制定了多媒体 PC的基本标准 — MPC标准（后来称为 MPC1
标准），对多媒体 PC机及相应的多媒体硬件规定了必需的技术规格，要求所有使用 MPC标准的多媒体计算机产品都必须符合该标准的要求。 1993年
5月，根据计算机和多媒体产品性能不断提高的现状，对 MPC标准中的大部分规定进行了更新，发布了多媒体机的新标准，即 MPC2标准。于 1995年
6月公布了新的多媒体 PC机标准，即 MPC3标准。
122
2.计算机平台
,计算机平台,是指在多媒体计算机系统中除多媒体功能所必须的硬件之外的基本主机系统 。 对计算机平台的要求包括对 CPU,内存,显示系统,
磁盘驱动器,用户输入 /输出系统,输入 /输出接口等的规范要求 。
对多媒体计算机平台的要求按应用性质有两种：
① 应用于专业领域的高档计算机平台 — 至少是高档工作站； ② 应用于普通的家用个人计算机,而 MPC
标准是一种普及型的多媒体标准,主要用于家庭与办公室,所要求的计算机平台是 PC机的主流机型 。
123
3.多媒体部件和设备多媒体 PC机中主要的多媒体部件和设备是 CD—
ROM驱动器、音效卡。
(1)CD—ROM驱动器从“只读”向“可写入”，“可读写”方向发展；
(2)音效卡音效卡 （ Sound Card,Audio Card）,又称为,音卡,,,声音卡,和,声卡,。 是多媒体计算机处理音频信息的主要部件,其功能是处理 （ 获取生成,编辑,
播放等 ） 声音,包括数字化波形声音,合成器产生的声音以及 CD音频 （ CD—Audio） 。
音效卡的组成框图如图所示。
124
125
126
① CD—ROM接口；
② A/D,D/A转换芯片和控制芯片；
③ 音频放大输出；
④ CD—ROM音频信号电缆的连接口；
⑤ 跳线设置；
⑥ 线路输入 （ Line In） ；
⑦ 话筒输入 （ MIC,Microphone） ；
⑧ 音量控制 （ VOL,Volume） ；
⑨ 扬声器输出 （ SPK,Speaker） ；
⑩ 游戏杆 （ JOYSTICK） 。
127
(3)视频卡一个多媒体计算机系统如图所示。
128
① MPEG卡又称“电影卡”，是一种解压缩卡，其主要功能是把光盘上的压缩图像数据按 MPEG标准进行解压缩和动态回放。
②视频捕获卡（ Video Capture Card）
视频捕获卡的主要功能是捕获单帧和连续帧的图像信号，以 AVI文件格式保存到硬磁盘中,AVI
是 Microsoft公司的标准，它允许将声音、视频等相关信息存储在统一文件中。
129
③ 电视编码卡（ TV Coder卡）
这种电视编码卡的作用是把 PC机（台式机或笔记本级）中的标准 VGA视频图像输出到大屏幕电视,RGB投影仪或其它显示设备上，并可将显示图像录制到录像带中。
④电视调谐卡（ TV Turner卡）
又称,电视卡,,专门用于接收 PAL或者
NTSC电视信号,其主要特点是具有一个同电视机和录像机功能类似的高频头,起到选台作用 。 并可将少量节目在 PC机中保存下来 。
10.9 Plug & Play 即插即用（ P&P）
一、硬件冲突问题微机系统的资源空间 —存储空间
I / O 地址中断向量（ IRQ）
DMA（ DREQ）
系统扩充时产生的问题各板卡的中断,DMA通道,I / O 地址大部分有自己的缺省值，若两块板卡使用了同样的资源，操作系统又无法正常处理，就会引起冲突。
PC机中中断号的分配表：
IRQ0 系统时钟（系统保留）
IRQ1 键盘（系统保留）
IRQ2 系统中第 2个中断控制器（ IRQ8~15）
IRQ3 串口 2（可用）
IRQ4 串口 1（可用）
IRQ5 并口 2（可用，一般用来设置声卡）
IRQ6 软盘（系统保留）
IRQ7 并口 1（一般用作打印机）
IRQ8 实时时钟（系统保留）
IRQ9 可用
IRQ10 可用
IRQ11 常用于显卡
IRQ12 P5/2 Mouse（可用）
IRQ13 数学协处理器
IRQ14 IDE0控制器通道
IRQ15 IDE1控制器通道
133
二,P&P
只要将扩展卡插入微机的 I/O插槽（扩展槽）
中，微机系统能自动地进行扩展卡的配置工作，
保证系统资源空间的合理分配，以避免发生系统资源占用的冲突，这一切都是开机后由系统自动进行的，无需操作人员干预。
1992年由 Micrsoft和 Intel公司在 WinHEC（窗口硬件工程会议）上提出 P&P标准的建议。
134
要实现 P&P，应该改变 PC系统中的
BIOS — 基于 ROM的 BIOS（ Flash memory 闪存）
OS — 操作系统硬件 — 硬件设备软件 — 应用软件实现了“即插即用”的完全一致性要求后
“即插即用”几乎能使 PC系统上的每一个 I/O
总线和端口由软件进行自动配置。同时还将设置系统中的硬接线主板设备。从而使 PC系统中不需要跳线器和 DIP配置开关，也无需运行配置文件。
