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ATX-NewBabyATFormFactor
ATX是個人電腦的一種平台.所謂平台是指有一定的外型,主機板及電源供應器等都有一定的規定.
ATX由Intel在1995年提出.現在已是主機板的主流.新的主機板多是ATX平台.其寬度為12英吋.長度可為9.6英吋.
ATX定義新的外型,主機板及電源供應器.並有下列特點:
新的電源供應器.重新定義20pin的電源插座.以改善AT平台常插錯電源排線之困擾.
直接由電源器供應3.3V電壓.因新的CPU及Chipset均需要3.3V.
把常用的I/O放在主機板上.例如COMport,Parallelport,Mouse,VGA,USB等.
把K/B改成小的PS/2型式.
"SoftPower"的關機功能.在電源插座14pinPS-ON此腳可控制電源供應器的開關機.當此腳為低電位時電源供應器就會開機.為高電位時就關機.因此可設計成由軟體來關機.當使用者對作業系統下關機命令時.作業系統亦可關閉所有的應用程式並利用此腳的功能達到自動關機的動作.這個功能需要BIOS的支援才可達成.因不同的主機板有各自不同的設計所以需要搭配其自有的BIOS才有作用.
系統只需一個風扇.因CPU的位置靠近電源供應器.系統和CPU可共用一個風扇.
磁碟機和IDE的插座靠近磁碟機和IDE的裝置.排線的裝配較容易.
記憶體的拆裝較容易.
可提供全長型附加卡的空間.
CPU-CentralProcessingUnit中央處理器
CPU是電腦的心臟.負責所有的運算及命令.CPU會發出命令去抓取指令.然後根據指令的內容去動作.例如作兩筆資料的加減.在CPU內部運算時均在所謂的Register暫存器裡.然後再把結果存到記憶體.而一串的指令就是程式了.不管是作業系統,應用程式對CPU來說均是一連串的指令.CPU忠實的執行每一個指令來達到程式所想要達到的目的.
以CPU內部暫存器和資料匯流排的大小來分類有:
8Bits:
如Intel的8080和Motorola的6800.
16Bits:
如Intel的8086,80286和Motorola的68000,68010.
32Bits:
如Intel的80386,80486,Pentium,PentiumII和Motorola的68020,68030,68040.
64Bits:
如Digital的Alpha和Intel的下一代CPUMerced.
愈大表示其每次存取的資料量愈多.其處理速度就愈快.能力就愈強.64BitsCPU就比16BitsCPU快了四倍.
以CPU指令的運作方式來分類可分為:
RISC:
簡單指令集.一個指令只需一個CPUCycle即可完成.如此指令只能很簡單.可能需要較多的指令來完成一件工作.如Digital的Alpha和MIPS的RXX00CPU.
CISC:
複雜指令集.一個指令可能需要多個CPUCycle才可完成.如此指令可以很複雜而由CPU來完成.如Intel的CPU均是.
Address定址能力:
CPU可存取位址的大小.定址能力愈大表示可存取的位址愈多.表示此CPU的能力愈強.愈有彈性.定址的大小一般可由位址匯流排來決定.例如若有32條位址線表示定址範圍可由2的32次方算得4GBytes.目前CPU的位址線由32到64條均有.
指令集:
指可讓CPU看得懂的命令.每個廠商所提供的指令均不同.除非是相容性的CPU.因CPU只看得懂0和1.所以指令集是一些碼.稱為機械碼.非常難記.所以指令又以一些較易記的符號來表示.例如88=MOV.88為機械碼.MOV為符號.這個指令是把資料移到一個暫存器上.而以這些符號所寫成的程式即稱為組合語言.組合語言是一低階的語言較適合和硬體非常有關的程式.如驅動程式.BIOS等.而一般程式均使用較高階的語言如BASIC,C,C++等.寫完後再由Compiler編譯器轉換成可執行的機械碼.
Power電源:
CPU電源的大小會直接影響耗電量.所以CPU的發展一直往低電壓方向進行.從5V到一點多伏.例如ARM的CPU可由乾電池來維持長時間的運作.Clock速度:
外頻-系統以此速度供給CPU及其他系統晶片.從近幾年的33MHz到133MHz.
內頻-CPU內部運作的速度由外頻增頻而來.例如X4.表示內頻為外頻的四倍.若外頻的速度為66MHz則此內頻則為66.66X4=266MHz.目前CPU的內頻速度一直在增加.在2000年時應可看到內頻為1000MHz(1GHz)的CPU產品.
為了增加CPU的執行效能各廠商發展出很多技術.例如
多個運算單元同時進行運算.
管線功能-讓指令或資料同時多筆準備好.
預先存取功能-當程式或資料還沒有執行到便預先取得並存於CPU內.
預測功能-預測程式會執行的路徑預先把資料先取回來.
多媒體功能-把一些以往由專屬多媒體晶片的功能加入CPU.例如Intel的MMX. BACK
PentiumII
PentiumII是Intel新一代的微處理機.並改變以往的包裝方式變成卡匣式.如下圖:
Slot1是由Intel所發展出來給PentiumII之CPU用的.下圖即是Slot1的插槽.而PentiumII是一塊卡片.透過Slot1和主機板連接.
242pinSlot1
因PentiumII是以卡片的方式所以必須要以下圖之固定裝置來固定在板子上.
(取材自Foxconn網站)
因PentiumII會發出很大的熱量所以還需裝上主動式散熱器以幫助CPU散熱.
(取材自Foxconn網站)
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PentiumIII
(取材自Intel網站)
Intel公司繼PentiumII之後又一新作.功能有:
速度從450MHz起.
整合512KB的L2cache.
100MHz系統外頻.
新增加70了StreamingSIMD(SingleInstructionMultipleData)指令.
16KBL1cache.
PentiumIII的SIMD指令表示一個指令內可處理四筆資料.此可大大增進軟體的效率.可用於:
即時MPEG2編碼/解碼.
3D圖形.
AC3Audio.
影像處理.
語音.
PentiumIII和PentiumII 一樣是插在Slot1上.其包裝方式有二種.
SECC和SECC2..其主要是散熱功能的不同.另外在PentiumIII晶片內部植入了序號.此序號是在晶片生產時植入每一顆均不同.其用意是來作為使用者的身份ID.並可用軟體開啟或關閉此功能.
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MMX-MultiMediaExtension多媒體指令
MMX由Intel於1996所發展出來的.一共增加了57個新的指令.而這些新的指令都是符合多媒體使用.所以就稱為MMX.在新的CPU均增加這項技術.但這也要軟體去使用才可達到它的效能.
MMX 使用了所謂SingleInstruction,MultipleData(SIMD)的技術.就是以一個指令來執行多個資料.如此可增加非常大的效能.
MMX指令對於多媒體常常要處理的資料作了很好的支援.例如傳利葉轉換,DCT(雜散餘弦轉換)等是MPEG解碼非常重要的運算.以前若不是由硬體來處理就需要佔CPU非常大的時間.而由MMX來運算即可達到非常好的效果.
MMX使MPEG影像解碼,語音辨識,視訊會議系統,影像處理的應用達到可使用CPU本身來完成.
BGA-BallGridArray
BGA為晶片包裝的一種型式.IC晶片固定在一片很薄的PCB上.在此PCB下方植上一顆一顆的錫球.PCB上有銅泊導線連接下方的錫球的上方的晶片.
如此可大大降低傳統的IC包裝方法在IC四方出腳的面積限制.BGA可以達到很高的腳數如一般Chipset常用的352pin.
BGA在腳和腳的距離上也比其他高密度包裝法更寬.如此可提高IC在組裝上的良率所以BGA是IC包裝的新趨勢.
BGA的剖面圖
(取材自Intel的網站)
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Chipset-晶片組
Chipset是整個電腦的控制中心.由Chipset連繫CPU和其他週邊設備的運作.Chipset一般來說包含Northbridge和Southbridge.
Northbridge(北橋)包含:
CPU的介面-Chipset把CPU的訊號轉換成其匯流排的訊號.若是CPU要存取記憶體的資料時.Chipset就必須把CPU的訊號轉成記憶體看得懂的訊號.
記憶體控制器-記憶體需要很複雜的控制線路.完全由Chipset來完成.包含對記憶體的讀,寫,刷新(refresh).
PCI介面-對PCIBUS所有的控制均由Chipset來完成.
AGP介面-對AGP的存取也由Chipset來完成.
L2Cache介面-對L2Cache的控制.讀,寫,和L1Cache的資料保持一致性的線路.和Miss時資料的回寫.PentiumII己把L2Cache介面整合進去了.
Southbridge(南橋)包含:
ISA介面-把PCI的訊號轉成ISA的訊號.
XBus介面-對BIOS,RTC的存取.
IDE介面-對硬碟機和光碟機的存取.
USB控制器-USB的運作一般均被整合進來.
有些Chipset整合更多週邊.例如VGA,SuperIO.但有些CPU卻把Chipset整合進去.隨著科技的進步整合的動作會更多.intel現生產之HUB介面之晶片組與上述之架構又略有不同.
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BIOS-BasicInputOutputSystem
BIOS是個人電腦硬體和作業系統之間非常重要的介面.負責開機時硬體的初始設定和測試.以確保硬體可正常工作.當電腦開機後便會先執行一連串指令這些指令依功能可分為:
一開機自我測試(POST,PowerOnSelfTest):
測試記憶體晶片組,CMOS儲存資料和磁碟機等,硬體若有錯誤則以ErrorMessage告知問題所在.
二系統組態分析:
分析CPU型態,記憶體大小,軟硬碟機數量與型號………等作為其它動作的參考資料.
三載入作業系統:
藉由一小段稱為BootstrapLoader的程式找出作業系統(如DOSWIN98)在硬碟上的位址並載入,之後便將控制權交作業系統,結束開機動作.
此外BIOS還可分為設定程式和服務程式兩部分,前者用來設定系統的功能,組態,使用權等(設定值儲存於CMOS晶片裡),後者即是一般所稱的中斷服務程式,藉由中斷要求完成硬體的存取動作.
就硬體而言BIOS屬於EEPROM(ElectricallyErasablePROM)具備可程式化重複抹寫功能,而當燒入資料後,BIOS整體即視為韌體介於軟體及硬體之間.現在我們較常用的BIOS有32Pin的DIP型IC封裝`及體積較小的SOJ封裝BIOS現在INTEL810系列晶片組即搭配此種SOJ封裝BIOS.
就廠牌而言各家廠商之操作畫面,操作方法及POSTCode也有不同,如ASUS與SONYOEM機種採用AWARDBIOS,HPOEM機種採用PHOENIXBIOS其它尚有AMI,MicroidResearch等廠牌但較不常見,當維修時便可參考POSTCode確認問題發生點進行維修
在BIOS的SETUPMenu裡.即還未進到作業系統之前可按某一鏈即可進入到設定畫面.在這裡可設定目期,時間,硬體的一些微調值(例如記憶體),省電的層次,一些週邊設備的設定值和硬碟機的設定.並可設定密碼.
另BIOS也提供作業系統和硬體之間的介面.當作業系統需要使用到一些硬體的設備時即會透過BIOS來處理.因為每個系統廠商所設計的硬體並不完全一樣.所以需要有自己的BIOS來和作業系統溝通.
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EPROM-ErasableProgrammableRead-OnlyMemory
可抹式唯讀記憶體
(取材自AMD)
一種可重複讀寫的非揮發記憶體(亦即電源移除後還保留所寫入的內容).但要重新寫入時需要先用紫外線作消除的動作.之後才可在EPROM燒錄器上重新燒入新的內容.其外型可明顯看出上方有一玻璃天窗.平常是用不透光的貼紙貼住.以避免不小心被紫外線照射而使資料消失.
EEPROM-
ElectricallyErasableProgrammable
Read-OnlyMemory
電子式可抹唯讀記憶體
一種可重複讀寫的非揮發記憶體(亦即電源移除後還保留所寫入的內容).以Byte來作為寫入的單位.
EEPROM的介面有:
Parallel-一次讀寫一個Bytes.
Serial-一次讀寫一個Bits.
I2C-只用二個訊號當作介面. BACK
FlashROM-快閃唯讀記憶體
(取材自Intel)
FlashROM和EEPROM一樣是一種可重複讀寫的非揮發記憶體(亦即電源移除後還保留所寫入的內容).但FlashROM是以區塊(block)來作為消除和寫入的單位.每個區塊的大小不定.不同的產品有不同的規格.
消除和寫入的電壓可分為二種:
+12V一般用於BootBlock.為一特殊的區塊用於BIOS啟動系統用.當FlashROM其它區塊被破壞時.BootBlock內的程式可利用軟碟機來重建整個FlashROM.以達到保護BIOS不小心被毀的情況.平常並不供應12V給FlashROM以免BootBlock被破壞.當要寫入BootBlock這個區塊時.就要把Jumper調到+12V.
+5V為單一電源FlashROM.只使用5V即可寫入所有的區塊.但加強了寫入的程序.以避免錯誤的寫入造成FlashROM資料的損壞.
一般均提供十萬次以上重複寫入能力.甚至達百萬次.
FlashROM被用於電腦主機板上的BIOS.及PCMCIA上的memoryCard.這是廣泛用於筆記型電腦及數位相機之儲存設備用.也有直接當成硬碟機來使用.及其他有可能需要更新內容的裝備.
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PNP-PlugAndPlay即插即用
PNP可讓系統自動設定硬體和週邊設備而不需使用者調整Jumper和額外的軟體設定.讓使用者新增一個設備而馬上可以使用.為了達到這個目的需要硬體,BIOS,作業系統的支援.硬體需要能夠用軟體重新來設定.而BIOS需要能夠分辨不同的硬體並設定資源不互相衝突.例如IO位址,IRQ,DMA等參數.作業系統也需要具備BIOS的上述功能.支援PNP的作業系統有WIN95,WIN98,WNT5.0.而PNP的規格有BIOS,ISA,SCSI,IDE,CD-ROM,LPT,COM,PCMCIA等.各別的規格詳細規定了如何來達到PNP的方法.可至Microsoft的PNP網站取得各個規格.
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SMbus-SystemManagementBus
SMbus最早是由Intel公司提出來的.現在由SBS管理維護這一個規格.此規格是用Philips的I2C簡化而來.SMbus是由兩條訊號所組成的一種匯流排.是為了在系統上較慢速的裝置及電源管理裝置之間的溝通使用.使系統可取得這些裝置的製造廠商,型號,一些控制資訊,錯誤訊息及狀態.
這兩條訊號為SMBCLK和SMBDATA.這和I2C上的Clock(SCL)和Data(SDA)是一樣的.
(取材自PhilipsI2C)
上圖為一SMbus的架構圖.不同的裝置都接在同一Bus上.在SMbus上只有一個Master.所有的命令均有此Master發出.其他的裝置(Slave)只能接收Master發出的命令或回覆資料給Master.
(取材自SMbus 規格)
上圖為SMbus開始及結束bus的圖.當SCL為High而SDA由High變Low時表示開始一個SMbus的命令.當SCL為High而SDA由Low變High時表示結束一個SMbus的命令.這二個狀況在Smbus裡是唯一的.在一般傳送資料時均不可能發生.而在一般傳送資料時則是在每一次SCL的上升緣時的SDA狀態來決定.這些資料包含了仲裁,確認,送出資料給那一個裝置及送出的資料.或要取得那一個裝置的資料及由裝置送出的資料.此規格並詳細列出了和I2C不同之處.
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AGP-AcceleratedGraphicsPort圖形加速埠
由Intel所主導的3D圖形標準.此標準乃是以PCI的標準為基礎所建立之高效能界面.效率為PCI的四倍.為何要推出AGP.難道PCI的效率不足以擔任3D的傳輸?
因為在3D圖形有一個很重要的功能是貼圖(TEXTUREMAPPING).經過貼圖後畫面的紋路會變成非常漂亮.但此貼圖需要非常大的傳輸效率.但是PCI的傳輸效率才只有133MB(百萬位元組).所以才發展出AGP.AGP2X的傳輸效率有533MB(百萬位元組).以應付大量的資料從memory(記憶體)到AGP之間傳輸.下圖為AGP的方塊圖.左下角的GraphicsAccelerator被移到上方並直接接到AGP上.AGPset為AGPChipset(AGP晶片組)負責CPU到AGP的界面.和Memory(記憶體)到AGP的界面.如此才可避開PCI的瓶頸.
(取材自Intel網站)
AGP和PCI的比較
AGP PCI
32Bits 32Bits
66Mhz 33/66Mhz(一般為33Mhz)
132Pin,雙層 124Pin,單層
Pipelinedrequests,多管線 Non-pipelined
Address/Data不共同 Address/Data共同
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GTL+-GunningTransceiverLogic+
GTL+是Intel從GTLBus改良而成為PentiumIICPU的介面.GTL+是一電子規格.此規格定出了嚴格的訊號品質.使得在GTL+上可高速的運作.PentiumII的Slot1, Slot2就是runGTL+的規格.
如下圖可看出GTL+bus是CPU和Chipset的介面.
(取材自 Intel文件)
下圖為GTL+訊號的波形
(取材自 Intel文件)
下圖為GTL+的規格
(取材自 Intel文件)
由上列二圖可知GTL+的訊號為1.5V.而GTL+需要一個很穩定的參考電壓Vref為Vtt的三分之二.Vtt為1.5V.所以Vref為1.0V.
Overshoot為訊號由low到high之最高點和Vtt之差值. 要小於2.5V.
OvershootRingback為訊號由Overshoot之後下降之最低點的值.要在Vref+-250mV之外.
Undershoot為訊號由high到low之最低點和Vss之差值.要小於-0.7V.
UndershootRingback為訊號由Undershoot之後上昇之最高點的值.要在Vref+-250mV之外.
因GTL+為一高速bus.所以在設計上需要特別注意以符合GTL+的規定.否則系統即會出現不穩定的現象.
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PCI-PeripheralComponentInterconnect
PCI匯流排由Intel在1993年所發表.是一高速匯流排.支援32bits,33MHz.最後版本可支援至64bits,66MHz.但在PC只支援到32bits,33MHz.
下圖為PCI系統之架構方塊圖.
(取材自PCI規格)
PCIbus和Processor是分開的.PCI是由Chipset所控制.所以PCI可支援不同的CPU.也可支援非Intel相容的CPU.在PCIbus上可掛上支援PCI架構的不同功能IC.例如LAN,SCSI,Graph