服务器硬件知识之主板芯片组和总线的概念详解

一、主板芯片组和总线的认识

服务器的核心是主板，而主板的核心是芯片组。所以芯片组对于服务器而言十分重要。现在市场上绝大多数的服务器芯片组都是英特尔的芯片组

服务器主板图

服务器主板架构图

如果把服务器比作一个人，那么CPU就是它的大脑，总线就是它的神经结构，芯片组则是他的神经中枢。

芯片组决定了：

• CPU的和内存的类型

• 主板总线频率/带宽

• 扩展插槽的种类和数量

• 扩展接口的种类和数量

• 总线是计算机组件用来传输数据的“道路”。

二、芯片架构的发展

芯片架构可以分为单芯片架构和双芯片架构，以前主要是双芯片架构。

双芯片架构

其中双芯片就是MCH和ICH，MCH是内存控制中枢，也称为北桥芯片。ICH是输入输出控制中枢，也称为南桥芯片。北桥芯片主要给CPU、内存等设备提供支持。南桥芯片主要对键盘、接口等外围设备提供支持。

单芯片架构

现在的服务器一般都使用单芯片架构，在单芯片架构中，以前的北桥芯片被集成到了CPU中，南桥芯片也不再叫做ICH，就只有一个PCH，PCH是平台管理器中枢。

三、总线的种类

如图所示

• CPU与CPU之间通过QPI总线进行通信

• CPU与PCI-E设备通过PCIE总线进行通信

• CPU和PCH通过DMI总线进行通信

• PCH芯片和USB设备之间通过USB总线进行通信

• PCH芯片和PCI设备通过PCI总线进行通信

• PCH芯片和PCI-E设备通过PCIE总线进行通信

• PCH芯片和SATA硬盘之间通过SATA总线进行通信

• PCH芯片和SAS硬盘之间通过SAS总线进行通信

• PCH和网卡之间使用PCIE总线进行通信

• BMC与其他设备通过SPI总线进行通信

FSB总线( Front Side Bus )前端总线,用来连接CPU和内存控制中枢(北桥芯片)。

QPI总线( Quick Path Interconnec )快速通道互联,是CPU和CPU之间以及CPU和IOH芯片之间的一种高速点对点互联总线。

DMI总线( Direct Media Interface )直接媒体接口,是北桥芯片( MCH )和南桥芯片(ICH )以及CPU和PCH芯片之间的点对点互联总线。

PCI总线( Peripheral Component Interconnect )外围组件互联,是一个用于将设备附加到主板上的计算机总线。

PCI-E总线( PCI Express) : 采用了目前业内流行的点对点串行连接,比起PCI以及更早期的计算机总线的共享并行架构,每个设备都有自己的专用连接,不需要向整个总线请求带宽,而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率,达到PCI所不能提供的高带宽。在工作原理上PCI Express与并行体系的PCI没有任伺相似之处,它采用串行方式传输数据,依靠高频率来获得高性能。

其中，FSB总线、QPI总线、DMI总线是系统总线；PCI总线和PCIE总线是系统总线。

四、FSB总线与QPI总线的区别

        FSB总线 :是Front Side BUS的英文缩写,中文叫做前端总线,在双芯片架构中,是将CPU连接到北桥芯片的系统总线,它是CPU和外界交换数据的主要通道。前端总线的数据传输能力对计算机整体性能影响很大，CPU就是通过前端总线( FSB )连接到北桥芯片,进而通过北桥芯片和内存、显卡交换数据的,如果没有足够快的前端总线,再强的CPU也无法明显提高计算机的整体速度。在CPU集成了内存控制器后的单芯片架构,抛弃了沿用多年的的FSB , CPU可以直接通过内存控制器访问内存资源,而不是以前繁杂的”前端总线一北桥- -内存控制器”模式。

      QPI总线是CPU与CPU之间, CPU与IOH芯片之间交换数据的高速通道, QPI总线可以实现多颗CPU之间的直接互联,而无须像以前那样还要再经过FSB进行连接，从而大幅提升整体系统性能。

五、PCI、PCI-X、PCI-E总线

PCI和PCI-X是并行总线, PCI-E是串行总线,前面两者采用并行方式传输数据,,后者采用串行方式传输数据。它们的总线带宽计算方法也是不一样的。目前，PCI-E已经基本取代了PCI和PCI-X

由上图可以看出，PCI-E虽然是串行方式传输，但是因为其传输频率非常高，即便是只有1位也比PCI、PCI-X传输快。因此，PCI总线的发展是由并行低频向串行高频发展。

六、PCI-E总线

1.PCI-E总线支持向下兼容，PCI-E3.0可以兼容PCI-E2.0

2.PCI-E插槽可以支持短的PCI-E的插卡。插槽如下，分为x1,x4,x8,x16四种插槽和插卡