主板的结构和工作原理.docx
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主板的结构和工作原理
主板无疑是电脑最核心的部件。
目前,奔腾主板市场空前繁荣,据《计算机世界报》报导,奔腾主板来自数十个生产厂家,有近百种之多,如何从这么多种类的主板中选择呢?
本节将从主板的原理与结构方面出发,揭开主板的神秘面纱,使读者对主板能有一个清晰的认识,对选购和装机都不无益处。
奔腾级AT主板的结构及工作原理奔腾级主板的结构
下面是奔腾级主板的结构框图。
由图中可以看到主板上的一些主要部分。
FDC:
软驱控制器(接口)
USB:
通用串行总线(接口)
SIMM:
72线内存条插槽
DIMM:
168线内存条插槽
PS/2:
PS/22鼠标接口
BIOS:
基本输入输出系统
LPT:
并行接口(打印口)
COM1、COM2:
串行接口显然,主板主要由三类构件组成:
集成电路、各种插槽插座和一大块多层电
路板。
在主板上的众多集成电路中,有着重要程度上的差别。
图中有阴影的几个集成电路决定了主板的性能,这几个集成电路称为“芯片组”或“套片”,包括
PCM芯片、LBX芯片、SIO芯片。
奔腾主板的工作原理
PCIISA总线奔腾主板中,CPU只与套片(芯片组)直接打交道,套片作为
CPU的全权代表,处理CPU与内存、高速缓存、PCI插卡、ISA插卡、硬盘等外部设备的通信。
各芯片的作用如下:
1.PCI、内存、Cache控制器(PCMC)芯片
PCMC是“PCI、CacheandMemoryController”的缩写,从名字上就可以看出来,它的作用是:
管理PCI总线、管理Cache、管理内存。
由于PCMC内的二级Cache控制器只支持256KB或512KB的二级Cache,于
是采用Intel套片的主板就没有提供其它容量Cache。
如果你听到某个主板声称
自己支持1024KB的Cache,那就说明它用的肯定不是Intel的套片。
另外,在PCMC内还集成有DRAM控制器,负责DRAM的刷新、读写和被Cach
e。
因此,主板支持的内存种类、内存的最大容量也不是任意的,主板生产商在这方面依然只能服从这些限制。
2.局部总线加速器(LBX)芯片
LBX是“LocalBusAccellerator”的缩写,它具有下列主要功能:
◇提供64位的DRAM界面,支持猝发式读写。
支持的内存读写方式和读写周期也会影响主板的性能。
◇提供32位的PCI界面。
LBX与PCMC一起作为CPU总线到PCI总线的桥梁,提供了PCI总线。
◇提供CUP与内存、CPU与PCI总线、内存与PCI总线之间的读写缓冲,提
高数据传输速度。
这些缓冲的大小将影响主机板的性能。
FX套片性能不如HX、VX套片,部分原因就在于其读写缓冲较小。
◇某些版本的LBX还支持内存校验和纠错。
3.系统I/O(SIO)芯片
SIO是“SystemI/O”的缩写,具有下列主要功能:
◇作为PCI总线到ISA总线的桥梁,提供ISA总线,并且负责ISA设备的仲
裁。
◇集成82C54实时钟,用于系统时钟、内存刷新、扬声器发声。
◇支持X工具总线。
X工具总线的作用是连接多功能I/O芯片、键盘、实时钟和BIOS片选。
多功能I/O芯片提供了双串口、一并口、软驱接口。
有的I/O芯片还提供了游戏杆接口。
◇集成2个82C59中断控制器,管理系统硬件中断。
◇支持CPU的系统管理模式,用于绿色功能,能让CPU进入省电的休眠状态或者在需要的时候唤醒CPU。
◇提供2个增强型DMA控制器,支持多种DMA功能。
◇最新的SIO还支持USB总线接口。
奔腾级ATX主板的结构及工作原理
下图是ATX主板的结构框图。
是当前的主流机采用的主板。
1.ISA扩展槽
这种扩展槽的颜色一般是黑的,在80X86系列电脑中,除了最早的XT机的主板,几乎所有主板都有数个ISA扩展槽,图中的主板具有4个ISA槽。
顾名思义,扩展槽是用来扩展计算机功能用的。
比如,购买了一块声卡,需要一个扩展槽,购买了一块解压卡,也需要将它插到一个扩展槽里。
插在Pentium机ISA
槽内的卡除了上述两种外,常见的还有:
网卡、SCSI卡、内置Modem等。
2.I/O芯片
几乎所有的Pentium主板都自带I/O电路。
Pentium主板上的I/O芯片最常见的是Winbond公司的W83787和W83786。
I/O芯片的功能是提供软驱接口、串并行通信口等等。
3.PCI扩展槽
同ISA扩展槽相比,PCI扩展槽的长度要短得多,而且颜色一般都是白的。
仔细观察,PCI扩展槽内引线与引线的距离比较近,因此PCI卡上面的引线并不少于ISA卡。
常见的PCI卡有PCI显示卡、PCI接口的SCSI卡和网卡。
4.168线内存插槽
168线内存可以提供64位线宽的数据,因此使用一条就可以启动Pentium
系统。
图中的主板有3个168线内存槽,目前新的主板一般有两个或四个168
线内存槽,扩展内存很方便。
常见的168线内存大多是SDRAM(SynchronousDRAM,同步内存),其效率要比EDO和FPM内存高,使得整个系统性能也有一定的提升。
目前常见的SDRAM的速度是66MHz的,83MHz和100MHz的也开始上市。
5.72线内存槽与168线内存相比,其长度显然短多了。
一条72线的内存可提供32位线宽
的数据,由于Pentium芯片是64位的,因此,除了少数特别设计的Pentium主
板,大部分都需要两条72线内存条才能启动系统。
该主板只有四个72线槽。
目前,72线条内存正象30线内存条一样遭到淘汰。
72线内存常见的有EDORAM(ExtendedDataOutupRAM,EDO内存)和FPMRAM(FastPageModeRAM,普通内存)。
一般EDORAM的速度为40~60ns,FPMRAM速度为60~70ns。
注意,虽然很多系统声称支持SDRAM和EDORAM混用,但最好不要这样做,这对系统的稳定和安全不利。
6.LPT1、COM1和COM2通信口、USB接口
ATX主板上集成了这几个串并行通信口。
并行通信接口LPT1(俗称打印口,因为它常接打印机)在上面,两个串行通信接口COM在下面。
AT主板则要用排线把端口连到机箱上,在主板只有I/O芯片。
COM口上一般可以接鼠标、外置Modem等。
通过“直接电缆连接”(Windows95)、Interlink/Interserver(DOS6.X以上)和Laplink(Pctools高版本)等程序和通信线,这几个接口也可以用于短距离的微机间数据传输。
由于并行口传输速度远远快于串行口,大量数据传输时推荐采用并行口。
Pentium主板上的并行口一般都可以设置为EPP(EnhancedParalelPort,增强并行口)方式,比
传统的SPP(StandardParallelPort)方式速度更快。
USB即通用串行接口的意思,它可以实现机箱外的热即插即用,而且可连接的设备多达127个。
不过USB似乎总是“雷声大、雨点小”,至今未见多少实际行动,主板上的这两个USB接口无非是个高级摆设而已。
7.键盘接口用于外接键盘。
8.PS/2鼠标接口俗称圆口鼠标接口,若使用圆口鼠标,就可省下一个COM口。
9.ATX电源接口
ATX主板上另一处明显特征,就是这个电源插座了。
ATX电源插座是20芯双排插座,必须使用ATX电源。
相应地,ATX电源插头变成了20芯大插头。
使用ATX电源除了享受软关机的乐趣之外,装机时也省了不少事,起码不用担心插错电源插头。
10.电容、降压芯片和扼流圈(电感)
尽管ATX电源可以直接输出3.XV的电压,但是很多CPU需要双电压或更低的电压,因此降压电路还是必要的。
在以前的主板中,常常采用线性调压电路,
“多余的”电压和功率都消耗在降压集成电路上了。
目前的主板几乎都采用了开关电源(SwitchingPowerSupply)调压电路,开关电源的功耗更少,效率更高,可以输出的功率更大(华硕的P2L97AGP主板就是用的开关电源调压电路),开
关电源需要用容量相对较大的电解电容和扼流圈(一个圆磁环,上面绕了几圈漆
包线)滤波,保证平直的输出电压。
11.二级高速缓存
随着芯片集成度的提高,Pentium主板上的二级Cache从最初的256K异步缓存发展到256K同步缓存(可扩至512K),后来又发展到512K在板的同步缓存。
在TX主板上,512K同步缓存已经成为标准配置。
12.CPU插座
这是标准的Socket7型插座,这种插座一般都可以支持IntelP54C系列、P55C系列(带有MMX技术的Pentium);AMD的K5和K6系列;Cyrix/IBM的6X86(M1)系列和6X86MX系列。
仔细观察CPU插座上的针孔,可以发现左下角最外层缺了一个孔。
这是CPU
的定位标记。
CPU背面的某个角上常有一个白点或缺一小块,这是表示集成电路
1号脚位置,只要将它和插座的定位标记对准,然后插进去就可以了。
一般插错了方向是插不进去的。
13.EIDE接口
几乎所有的Pentium主板都提供两个EIDE接口,总共可以接四个EIDE设备,如硬盘、光驱等。
若只有一个硬盘和一个光驱,推荐将硬盘接在IDE1口上,光
驱接在IDE2口上,光驱和硬盘均跳为Master。
这样接不但可以提高系统的效率,而且可以解决老版本的Windows95播放VCD的问题。
EIDE接口和软驱接口的区别是:
EIDE口(40Pin)总是有两个同样大的插座并排在一起,且比软驱接口长一些。
在各种接口的旁边通常都有图表示何处是1号针。
14.软驱接口
软驱接口是34Pin的,目前几乎所有的机器都只配一个3英 1.44M的软驱。
希望以后能将3英 软驱淘汰掉,改用Zip或LS-120新型大容量软驱。
15.芯片组芯片组是主板上最重要的部分,一共有两片,大小略有差别。
它的作用通俗
地讲,就是负责指挥、调度主板上各元件协同工作,也有将它比作神经中枢的。
由此习惯上才会把采用某某芯片组的主板直呼作某某主板(如采用Intel82430
TX芯片组的奔腾主板称作TX主板,采用Intel82440FX芯片组的主板叫做FX
主板等等)。
上图采用了Intel的82430TX芯片组。
TX芯片组对SDRAM的支持更好,更
好地支持带MMX技术的CPU芯片(以前的HX和VX主板能支持MMX,但没有针对
MMX进行优化),支持硬盘的UltraDMA33模式,大大提高了硬盘的数据传输速度。
Qunatum的Fireball四代支持UltraDMA33。
TX芯片组的两块芯片分别是FW82439TX和FW82371AB。
从奔腾时代开始,Intel的芯片组经历了82430FX、82430HX、82430VX、82440FX、82440LX、82440BX几代,其外频由66MHz到100MHz。
16.电池
电池是用来保持COMS数据和时钟的运转而设的。
“掉电”就是指电池没电了,不能保持COMS中存储的数据,关机后时钟也不走了,再开机要重新设置COMS中的数据,机器才能启动。
Pentium主板上有用锂电池的(如图示主板),也
有用全密封电池的(如联讯8661主板,电池、时钟等做在一起,像块大的集成电路一样,可以从主板上拔起来)。
电池附近常常有一个跳线,如果你的机器加了密码,自己忘记了,且不知道通用密码或没有通用密码,就可以用这个跳线放电,然后就可以去掉密码了──当然,你的很多设置也要重新来过。
17.FlashROMBIOS
开机时按Del后进入的程序就是BIOS程序。
FlashROMBIOS的好处是升级比较方便,只要有了合适的升级文件(可以从主板厂商的主页下载),熟练的用户可以自己升级。
一般FlashROMBIOS有5V和12V两种写入电压,升级时要注意选对合适的写电压。
主板上一般有跳线选择,但很多主板上这个跳线是死的,厂家已经给你正确选择了。
18.AGP插槽
新近出品的高性能ATX主板还带有一个短短的褐色插槽,这便是AGP槽,供
插上AGP显示卡。
目前AGP显示卡遵循的是66MHzAGPV1.0设计规范,峰值传输率为266MB/s(1×模式),最高可达532MB/s(2×模式),大大提高了3D游戏、立体贴图和多媒体应用程序的使用效果。
AGP显示卡的安装使用与普通显示卡并无二致,只须把AGP显示卡直接插在AGP插槽上就行了。
不过在图形处理加快的同时,也带来了一些负面影响,那就是发热要厉害多
了,以致于某些AGP显示卡需要加装专门的散热风扇。
19.红外线接头
几乎每一款ATX主板上,都有一个标有IrDAPort的接头,称之为红外线接
头,其作用是可扩充使用红外线控制的设备,如打印机、键盘、鼠标等等,可去掉讨厌的数据线,方便设备的使用和共享。
可惜,真正用到此功能的用户少之又
少,基本上也是主板上的一个高级摆设。
PentiumⅡ(多能+高能
奔腾)主板的结构
目前PentiumⅡ级的主板多数都是使用的ATX架构的主板,其结构工作原理与上述的奔腾级ATX主板基本相同,也由相同几部分构成。
1.CPU插槽
为了适应PentiumⅡ芯片的需要,在PentiumⅡ的主板上都设置有Slot1CPUSEC插槽,并配有专用的PentiumⅡ芯片支架。
不管是ATX架构或AT
架构的PentiumⅡ主板都必须设置Slot1CPUSE插槽才能安装PentiumⅡ芯片。
2.芯片组
目前在PentiumⅡ的主板上都使用Intel82440LX或Intel82440BX档次的芯片组。
支持AGP(AcceleratedGraphicsPort)总线接口,可以使用AGP总
线的3D图形视频加速显示卡。
支持168线的DIMMEDORAM和SDRAM内存。
提供
2组EIDE接口,除了支持PIOMode3,PIOMode4和DMAMode2接口规范外,还支持UltraDMA/33接口规范。
可以使用具有红外线传输功能的部件,提供多种系统监控功能和电源管理功能等。
3.AGP插槽
目前在PentiumⅡ级的主板上,不论是AT主板,还是ATX主板,都设置有AGP插槽,以充分发挥PentiumⅡ芯片3D处理的性能。
4.PCI和ISA插槽
5.168线内存插槽
在AT架构和ATX架构的PentiumⅡ级的主板上,几乎都只配有168线的DIMM槽,只有极少数AT架构的PentiumⅡ主板上配有72线的DIMM槽(如微星的MS-6118AT架构的主板上,设置有三个168线的DIMM槽和二个72线的DI
MM槽)。
6.EIDE
与上面的奔腾级主板一样,在所有的PentiumⅡ主板都提供两个EIDE接口,总共可以接四个EIDE设备,如硬盘、光驱等。
7.软驱接口
软驱接口是34Pin的,目前几乎所有的机器都只配一个3英寸1.44M的软驱。
一些新的PentiumⅡ主板都支持软驱的新标准Zip或LS-120大容量软驱(如
华硕的SP98AGP-X主板)。
8.通信接口
只要是ATX架构的PentiumⅡ主板,在主板上都设置有一个并行接口LPT1和两个串行通信接口COM1和COM22。
另外,有一个PS/2键盘接口和一个PS/2鼠标接口。
有的主板上还设置有音频接口和游戏接口,如华硕的SP98AGP-X
主板等。
9.FlashBIOS10.ATX电源接口
与前述的ATX电源接口一样,使用ATX电源后可以实现软件关机、网络唤醒开机等功能
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