CN1026831C - 具有局部存贮器扩充能力的个人计算机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有迅速改变其微处理器局部总线上可用存贮器容量的装置的个人计算机。此个人计算机有一个微处理器，一条与所述微处理器相连的高速局部总线，一条系统总线，一个与局部总线和系统总线相连且提供其间通信的总线控制器，和一个与局部总线相连但与之物理地可分开的局部总线存贮器装置。在此装置上至少装有一个易失存贮器部件和一个存贮器控制器。此存贮器控制器管理易失存贮器部件和微处理器间的通信。

Description

本发明涉及个人计算机。更具体地，它涉及一种具有迅速改变微处理器局部总线上可用存贮器容量装置的个人计算机。

一般说来个人计算机，特别是IBM个人计算机得到了广泛的应用，为当今现代化社会的许多方面提供了计算能力。个人计算机通常可定义为桌面的、落地式，或手提式微型计算机，它包括具有主系统处理器以及相关易失和非易失性存贮器的系统单元，一个显示监视器，一个键盘，一个或多个软磁盘驱动器，一个固定磁盘存贮器，和一个可选打印机。这些系统的一个突出特点是采用一个母板或系统板把这些部件电连接在一起。这些系统基本上是为单个用户提供独立的计算能力而设计的，价格便宜，个人或小企业都可购买。例如，IBM    PC    AT和IBM    PS/2    25，30，50，60，70，80，90和95。

这些系统可大致分为两种系列。第一系列通常称为“系列Ⅰ型号”，采用一种总线体系结构，例如，IBM    PERSONAL    COMPUTER    AT和其它“IBM兼容”机。第二类称为“系列Ⅱ型号”，采用IBM的MICRO    CHANNEL（微通道总线体系结构 ，例如，IBM的PERSONAL    SYSTEM/2型50到95。系列Ⅰ型号通常采用流行的INTEL8088，8086或80286微处理器作为主处理器。这些微处理器具有1兆字节存贮器寻址能力。系列Ⅱ型号通常采用高速INTEL80286，80386，和80486微处理器，这些处理器能以一种实方式运行以仿真速度较慢的INTEL8086微处理器，或者对某些机型来说，它们能以一种保护方式运行，其寻址范围能从1兆扩大到4千兆字节。实质上，80286，80386，和80486微处理器的实方式特征提供了与为8086和8088微处理器编写的软件兼容的硬件。

最近，用于个人计算机的Intel微处理器所体现技术已被建议用于更先进的计算机环境，如紧耦合或弱耦合的并行或多处理阵列。当这种高速微处理器技术被用于这种阵列时，可以预料，如这里所定义的至今在个人计算机技术中所碰到的问题将出现在这种环境里。

随着部分地为利用高速微处理器的较大存贮器寻址能力而设计的新操作系统的出现，需要提供一种更大范围内扩充存贮器的装置。采用诸如具有各种存贮容量的存贮模块构成的单列直插式存贮模块，或SIMM的设备即可实现这种扩充。一旦这种扩充完成（部分地采用后面详述的策略），日益增快的微处理器的应用将使得存贮器存取的质量和交换信号的“飞行时间”变得更为关键。“飞行时间”的意思是一个信号，如一个数据或地址或其它控制信号，在物理存贮模块和主处理器之间交换时所必需的时间。

当现有个人计算机适应发展中的技术而更加需要扩充存贮器时。采用SIMM来满足这种需要，问题也随之出现。具体地，当改变的容量（如1，2，4或8兆字节）以及采用一批不同模块的SIMM插入一条局部存贮器总线时，物理地固定这些SIMM所需的插座之数及其间的变化导致阻抗不匹配。这种阻抗不匹配有一些解决办法，但需要增加缓冲（导致存贮器存取或飞行时间变慢）或更先进的半导体技术（导致费用增加）。

除SIMM以外还有一种SIPP单列直插式引线组件存贮模块，用于某些计算环境内。SIMM和SIPP间的区别在于所采用的联接器形式-SIMM采用板缘连接器，而SIPP采用管座插头。尽管就安装于计算机系统环境而言这两种形式不能互换，但是在采用SIMM存贮器扩充和采用SIPP存贮器扩充的系统中却出现同样的问题。

还有一种方法是采用存贮扩充卡或板。这种卡或板通过为安装选择卡或板而设的总线体系结构部分（例如在上述较先进的个人计算机中的称为MICROCHANNEL的总线）来存取。虽然这种方法可行，但是通过安装一个选择卡来安装额外的存贮器花费了难得的资源（总线槽），减缓了到新增存贮器的存取速度。另外，这种增加需要较贵的潜在增加电磁兼容性发射的数据驱动器，因而需要采取保护办法，而这种保护会引起信号不足或过冲以及时滞等问题。

考虑到上述讨论，本发明的目的是在一个上述通用型计算机中 提供迅速改变微处理器局部总线上可用存贮容量的可能性。为实现本发明的这个目的，安装了一个或多个局部存贮器扩充卡（如所期望或所需），由主微处理器存取。

本发明的另一目的是在保留与存贮模块交换的信号的良好质量以及飞行时间的同时扩充存贮器容量。为实现本发明的这个目的，存贮模块被连到微处理器局部总线上，而不是一条系统总线，平面输入/输出（I/O）总线，或适配器卡（如MICROCHANNEL）总线。另外，存贮模块的连接是通过控制器来完成的，这些控制器为总线提供了一个公共接口，不考虑额外存贮模块的物理地插入或拔出。

本发明的另一目的是提供可被迅速物理地安装或拆除的扩充卡以扩充或（可能的）缩小存贮器。为实现本发明的这个目的，根据本发明构造的个人计算机用户开始只拥有最小容量存贮器的计算机以满足最初需要，然后可迅速扩充或调整存贮器容量以满足变化的需要。另外，这种调整可迅速在使用计算机的现场完成，其停机时间或计算机脱离服务时间非常短。

上面已陈述了本发明的一些目的，其它目的将在结合附图的说明中体现。这些附图是：

图1是实施本发明的个人计算机透视图;

图2是图1中个人计算机某些部件的分解透视图，包括机架，外壳，和平板，本图还描绘了这些部件之间的某些关系;

图3是个人计算机某些部件的示意图，这些部件按照本发明以前的通用形式排列;

图4与图3类似，图示出根据本发明图1和图2的个人计算机某些部件的排列形式;以及

图5是图1，2和4个人计算机的部分的放大、透视图。

下面将参照示出本发明一个优选实施例的附图对本发明进行更详细的描述。从描述一开始就应理解，同行专家对这里描述的发明进行修改后仍可获得本发明良好的结果。因此，下面的说明应理解成一个指导同行专家的广义的、教导式公开，而并非限制本发明的范围。更具体地，有关计算机设计和应用的同行专家将认识到下面具体参照个人计算机描述的本发明可应用于其大小和型号更为广泛的计算机，包括先应用于其大小和型号更为广泛的计算机，包括先前称为大型机、中型或小型机的计算机。

现在具体参看附图，图中有一个实施本发明的微机，总体用19标明（图1）。如上所述，计算机10可以有一个相联的监视器11，键盘12和打印机或绘图仪14。计算机10有一个由装饰性外层16（图2）和屏蔽内层18组成的外壳15。屏蔽内层18和机架19一起限定了一个封闭的屏蔽空间，容纳电动数据处理和存贮部件以处理和存贮数字数据。在安装于机架19上的一个多层平板20或母板上至少装有某些部件，这个母板为计算机10的部件（包括上述部件和其它相联的部件如：软盘驱动器，各种形式的直接存取存贮设备，辅助卡或板 等）提供了一个电连接装置。

机架19有一个由22标明的底板，一个由24标明的前板和一个由25标明的后板（图2）。前板24至少限定了一个开放间格（图中为4个），接纳数据存贮设备，如磁盘或光盘驱动器，后备带驱动器等。图中有两个位于上面的开放间格26，28和两个位于下面的开放间格29，30。上开放间格之一26适用于接纳第一尺寸的外围设备（如3，5寸驱动器），上开放间格28适用于接纳两种尺寸（如3.5和5.25寸）选一的驱动器，下开放间格只接纳一种尺寸的设备（如3.5寸）。

在把上述结构和本发明联系起来以前，值得回顾一下本发明前通用体系结构的个人计算机系统的一般操作。参见图3，图中图示了一个个人计算机系统的方框图，它描绘了这个计算机系统的各种部件，包括装在平板上的部件和平板到个人计算机系统的I/O槽和其它硬件的连接。与此平板连接的是包含一个微处理器的主处理器32，此微处理器连接高速CPU局部总线34，再经总线控制定时单元35连到存贮器控制单元36再连到一个易失随机存取存贮器（RAM）38。可以采用任何适当的微处理器，INTEL出售的80386就是一个合适的微处理器。

下面将具体参看图4的系统方框图描述本发明。从下面图3的描述一开始就应理解根据本发明的装置和方法是设想为可以和其它平板硬件配置一起使用的。例如，系统处理器可以是Intel80286或80486微处理器。另外，此系统可以是采用以某种合适 的阵列排列的多处理器的系统。

现在回到图3，CPU局部总线34（包含数据、地址和控制部件）提供了微处理器32，数学协处理器39，高速缓冲存贮器控制器40和高速缓冲存贮器41间的连接。缓冲器42也连到此CPU局部总线34上。缓冲器42自己连到一条较慢速（与CPU局部总线相比较）系统总线44上，它也包含地址、数据和控制部件。系统总线44从缓冲器42延伸到另一个缓冲器68。系统总线44再连到一个总线控制器与定时单元35和一个DMA单元48上。DMA单元48由中央仲裁单元49和DMA控制器50组成。缓冲器51提供了一个系统总线44与选择特征总线（如MICROCHANNEL总线）52间的接口。与总线52相连是多个I/O槽54，用来接纳MICROCHANNEL适配器卡，此适配器卡又与I/O设备或存贮器连接。

一条仲裁控制总线55把DMA控制器50和中央仲裁单元49连到I/O槽54和一个软磁盘适配器56上。在系统总线44上还连接一个存贮器控制单元36，它由一个存贮器控制器59，一个地址多路转换器60，和一个数据缓冲器61组成。此存贮器控制单元36再连到由RAM模块38表示的随机存取存贮器上。存贮器控制器36包括把地址向或从微处理器32映射到RAM38的特殊区域的逻辑电路。此逻辑电路用来收回被BIOS先前占用的RAM。存贮控制器36还生成一个ROM选择信号（ROMSEL），它被用来启动或截止ROM64。

虽然图3所示的微型计算机系统具有基本的1兆字节的RAM模块，应当理解，可互连供选择的存贮器模块65到67所代表的额外存贮器。

在系统总线44和一条平面I/O总线69之间连接了一个锁存缓冲器68。平面I/O总线69分别包括地址、数据、控制部件。沿平面I/O总线69还连有各种I/O适配器和其它部件，如显示器适配器70（它被用来驱动监视器11），CMOS时钟72，非易失CMOS    RAM74（以后被称为NVRAM），RS232适配器76，并行适配器78，多个计时器80，软磁盘适配器56，中断控制器84，和只读存贮器64，只读存贮器64包括一个用于进行微处理器32的I/O设备和操作系统间接口的BIOS。存在ROM64的BIOS可拷贝到RAM38以减少BIOS的执行时间。ROM64还进一步响应（经ROMSEL信号）存贮器控制器36。如果ROM64被存贮器控制器36启动，则BIOS从ROM中取出执行。如果ROM64被存器控制器36截止，则ROM不响应来自微处理器32的地址询问（即，BIOS从RAM中取出执行）。

时钟72用来计算日历时间，NVRAM用来存贮系统配置数据。即，NBRAM将包含描述目前系统配置的值。例如，NVRAM包含描述固定盘或软磁盘容量，显示器类型，存贮器容量，时间，日期等信息。特别重要的是NVRAM包含数据（可以是1位），存贮器控制器36用此数据来确定BIOS是否从ROM或RAM中取出执行，以 及是否收回为BIOS    RAM打算使用的RAM。此外，无论何时执行特殊的配置程序（如SET配置）时，这些数据被存进NVRAM里。SET配置程序的目的是把系统配置的特征值存入NVRAM。

现在参见图4和5，请注意本发明的区别性特点。实施本发明的个人计算机的许多操作部件与上述先前体系结构的计算机的部件相同，这些部件将不再详细地描述以减少冗余，代替它们的只是采用了100数量级的相似参照字符。

更具体地，请注意本发明的个人计算机至少提供了一个与CPU局部总线134连接但物理上可分开的局部总线存贮器装置。根据本发明，这种装置包含一个基板供安装部件并提供安装在其上面的部件间的连接，基板形式最好是印刷电路卡或板190。至少有一个具有多个存贮模块192（如DRAM集成电路芯片）的易失存贮部件（图上为SIMM191）安装在此基板190上。在卡或板190上还装有一个存贮器控制器194，它与易失存贮器部件191和局部总线134连接。安装在卡上的存贮器控制器194管理易失存贮器部件191与微处理器132间的通讯。

如图5所示，根据本发明的计算机最好有多个装在系统板上并通过板通路连到CPU局部总线134的插座195。这样就可以人工插入和拔出多个存贮扩充卡190了。每个存贮扩充卡190上装有许多SIMM插座196并通过卡190上通路连到驻留存贮器控制器194和数据缓冲器198，此驱动器提供阻抗匹配缓冲，尽管在某些关键应 用中，缓冲带来的延迟可通过采用诸如ECL    TTL的非常快的逻辑电路技术补偿。数据缓冲器的使用意在为在根据本发明的存贮器扩充卡与CPU局部总线134之间提供在隔离时可以完全指定的接口。

值得注意的是在图3和4的体系结构中易失存贮器的位置不同。更具体地，图3中易失存贮器与系统总线44相连，而图4中的易失存贮器与CPU局部总线134相连。本发明的体系结构也有一条系统总线144（图4），但存贮器的连接方式不同。正是后面这个特征（部分地）使每个扩充卡上提供一个驻留存贮控制器194成为可能，而这又方便了存贮装置的修改，这正是本发明的一个目的。

采用诸如卡190的局部总线存贮器扩充卡为小用户降低了成本，顾客可买一个装有最小容量存贮器的个人计算机，但保留了改变存贮器的可能性。尽管先前的体系结构（如图3）也具有这种可能性，但是所需要的存贮器控制器及其在总线体系结构的位置要求更昂贵的存贮器且减慢了存贮器和处理器间的存取速度。

对买一个准备进行最大扩充的产品的大用户来说，采用可选择的卡总线来扩充存贮器将显著降低系统的性能。相反，采用CPU局部总线扩充存贮器可用任何已有的SIMM配置来扩充并减少了存贮器存取信号的飞行时间。

如上所述，易失存贮存取和扩充采用CPU局部总线以及采用一个类似于在本发明以前采用的SIMM存贮器接口的公用指定接口 使得用可交换的卡190成为可能，进一步地，通过使用板上存贮器控制器，卡190可采用任何存贮器模块，包括本发明时已知的和将来研制的存贮器模块。维护和停机时间很短，在系统配置或重新配置期间可通过地址位移来隔离其上的一个整卡或一个SIMM。

任一给定的卡190所载总存贮量可通过一个存贮器检测或从感测位确定。控制信号由一个与总线控制定时器135功能地耦合的总线接口单元（BIU）处理。

如图所示（图5），卡190最好与系统板120成直角延伸安装。SIMM191以一定角度装在卡190上使得在一个相应卡190上最大限定地安装存贮器的同时允许通风。卡190的两面均可安装部件（图5中不可见其反面），开放了在每个卡的两面提供相当大范围的存贮容量及在单卡上提供非常大总容量的可能性，其中存贮器技术所允许的存贮密度为每SIMM8兆字节。

在附图和说明中，已发表了本发明的一个优选实施例。尽管采用了一些专门用语，但所给的描述只在通用和描述性的意义上使用专门术语，并非有限制性的目的。

Claims (9)

1、一个计算机系统，包括：

一个微处理器，

一条直接与所述微处理器相连的高速局部总线，

一条系统总线，以及

一个与所述局部总线和所述系统总线相连且提供它们之间通信的总线控制器；

并且其特征在于包括：

一个直接与所述局部总线连接但却物理地分开的局部总线存储器装置，所述装置包括：

一个或多个基板，每个基板用于安装并连接其上安装的部件，每个所述基板具有：

至少一个装在所述基板上的易失存储器部件，以及

一个装在所述基板上、并与所述至少一个易失存储器部件和所述局部总线以及所述总线控制器相连的存储器控制器，

所述存储器控制器工作上置于所述至少一个易失存储器部件和所述局部总线之间，并管理所述易失存储器部件和所述微处理器之间的通信。

2、根据权利要求1的计算机系统，其特征在于还包括：

一个装有所述微处理器并在所述微处理器、所述局部总线、所述系统总线与所述总线控制器之间提供工作通信，

并且还包括：

一个或多个在所述系统板上的插座，每个用来可取出地接纳一块基板，因而在所接纳基板的所述易失存储器部件和所述存储器控制器与所述微处理器、局部总线、系统总线和总线控制器之间建立通信。

3、根据权利要求2的计算机系统，其特征在于：

所述基板接纳插座装有一个插入其间的基板，并与所述板成直角。

4、根据权利要求2的计算机系统，其特征在于：

所述基板是一块印刷电路板，并且还包括装在每个所述电路板上的多个存储器部件插座，用于可去掉地接纳相应的多个存储器部件。

5、根据权利要求1、2、3和4中任一项的计算机系统，其特征在于：

所述基板具有1兆至64兆字节的存储容量。

6、根据权利要求1的计算机系统，其特征在于：

所述每个基板用于安装操作部件，并且在于：

每个所述基板可与所述局部总线物理地分开，并且具有至少一个可与其物理地分开的易失存储器部件。

7、根据权利要求1、2、3、4和6中任一项的计算机系统，其特征在于：

每个所述存储器部件包括一个具有至少1兆字节存储容量的SIMM。

8、根据权利要求1、2、3、4和6中任一项的计算机系统，其特征在于：

每个所述存储器部件包括一个从具有1兆、2兆、4兆和8兆字节存储容量的SIMM组中选出的SIMM。

9、根据权利要求1的计算机系统，其特征在于：

设置在所述每个基板上的数据缓冲器提供阻抗匹配缓冲。

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