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主板的奥密
MainBoard的概念、功能、应用,重要性
主板是电脑系统中最大的一块电路板,它的英文名字叫做“Mainboard”或“Motherboard”,简称M/B。
主板上布满了各种电子元件、插槽、接口等。
它为CPU、内存和各种功能(声、图、通信、网络、TV、SCSI等)卡提供安装插座(槽);为各种磁、光存储设备、打印和扫描等I/O设备以及数码相机、摄像头、“猫”(Modem)等多媒体和通讯设备提供接口,实际上电脑通过主板将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。
电脑在正常运行时对系统内存、存储设备和其它I/O设备的操控都必须通过主板来完成,因此电脑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。
主板的分类
不同的CPU需要搭配不同的主板,在早期的电脑系统(包括早期的486电脑)里,CPU都是直接焊接在主板上的。
到了486时代,为了增强用户购买电脑的灵活性和便于用户升级电脑,就在焊接CPU的位置装上了CPU插座,而不再将CPU焊在主板上。
现在根据主板上所设置的CPU安装插座类型分为Slot架构和Socket架构。
其中Slot架构中又分为Slot1、Slot2和SlotA三种,目前Slot1、Slot2仅用于Intel的CPU,而SlotA则仅用于AMD公司的K7(Athlon);在Socket架构中分为Super7(支持AGP总线的Socket7主板)和Socket370两种。
其中Super7主板上的Socket7插座目前仍为各种品牌的586和686级CPU共用,而Socket370目前则由Intel的赛扬专用。
由于Intel公司从PentiumII级和赛扬CPU开始分别使用Slotx或Socket370插座安装,主板的设计和生产自然也得跟着CPU转,所以在ATX等各结构主板上也分别使用相应的Slotx或Socket370安装插槽(座)。
因此除了个别同时设有Slot1和Socket370型的“双子星”型主板外,一旦选定使用Slot1或Socket370型安装CPU的主板,在日后升级时则只能使用相同安装规范的CPU。
现在市场里经常看到一些将声卡、显卡的功能集成到主板上的一体化主板,例如:
Intel810主板。
还有将CPU、部分内存、显卡和声卡都集成在一起的更一体化的586主板,例如CyrixMediaGX主板(使用的CPU与我们平常所用的各类Slot或Socket结构CPU在安装上不兼容)。
这种“一体化”主板实际上是早期“ALLINONE”主板的技术拓展,只要接上电源、显示器、键盘和软(硬)盘就组成了一台最基本的电脑。
目前主板的低端市场由Socket7架构主板占领,高端市场则由Super7与Slot1架构主板占领。
Socket7与Super7架构之间的界线并不明显,因为它们都同属于Socket7架构,Super7只是其中的一个子集。
Slot1是发展方向,Super7早晚会被Slot1取代。
如果从长远考虑,选择Slot1架构主板不会有错。
如果从价格上考虑,Super7比Slot1具有更高的性价比。
主板按结构标准分为ATX、Micro-ATX、Baby-AT和NLX四种:
●Baby-AT型 这种主板是我们以前常用的,它的特征是串口和打印口等需要用电缆联接后安装在机箱后框上。
●ATX和MicroATX型 这种主板是将Baby-AT旋转90度,并将串、并口和鼠标接口等直接设计在主板上,取消了联接电缆,使串、并、键盘等接口集中在一起,对机箱工艺有一定要求。
MicroATX主板与ATX基本相同,但通常只有两个PCI和两个ISA扩展槽,两个168线的DIMM内存槽,整个主板尺寸减少很多,需要特制的MicroATX机箱。
●NLX型 NLX结构是英语“NowLowProfileExtension/新型小尺寸扩展结构”的意思,这是进口品牌机经常使用的主板,它在将各串、并等接口直接安装在主板上后,专门用一块电路板将扩展槽设置在上面,然后再将这块插入主板上预留的一个安装接口槽,这样可以将机箱尺寸做得比较小。
现在主板中应用最多的是ATX和Baby-AT主板,目前兼容机经销商和个人大都使用这两类主板组装电脑。
Micro-ATX主板使用较少,目前只有在个别品牌机中得到应用。
至于NLX主板市场是没有零售的,由于它的结构小巧特殊,可以使用体积较小的机箱,所以目前仅用于厂家批量生产的品牌电脑。
(缺两张主板图ATX/Baby-AT)
主板基础知识
认识主板的第一个步骤是对照主板图片和说明来熟悉主板上各插槽(座)、接口和跳线的位置。
以技嘉的BX2000+为例,主要应熟悉的有CPU插槽(A)、电源插座(B)、内存插槽(C)、ISA插槽(D)、PCI插槽(E)、AGP插槽(F)、EIDE(硬盘、光驱)接口(G)、软盘驱动器接口(H)、DIP开关(I)和主板芯片(J),BIOS芯片(K)的位置以及其他串行口、并行口、PS/2接口、UBS接口、CPU风扇电源接口、各类外设接口的位置及方向(即“1”脚所在方位)、各设置跳线的位置、主板与机箱面板的按钮和指示灯接口等的位置。
主板上一般印有接口和跳线的简明标识。
如果把中央处理器CPU比喻为整个电脑系统的心脏,那么主板上的芯片组就是整个身体的躯干。
在电脑界称设计芯片组的厂家为CoreLogic,Core的中文意义是核心或中心,光由字面的意义就足以看出其重要性。
对于主板而言,芯片组几乎决定了这块主板的功能,进而影响到整个电脑系统性能的发挥,芯片组是主板的灵魂。
1.芯片组
芯片组(Chipset)是主板的核心组成部分,按照在主板上的排列位置的不同,通常分为北桥芯片和南桥芯片。
北桥芯片提供对CPU的类型和主频、内存的类型和最大容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC纠错等支持。
南桥芯片则提供对KBC(键盘控制器)、RTC(实时时钟控制器)、USB(通用串行总线)、UltraDMA/33(66)EIDE数据传输方式和ACPI(高级能源管理)等的支持。
其中北桥芯片起着主导性的作用,也称为主桥(HostBridge)。
除了最通用的南北桥结构外,目前芯片组正向更高级的加速集线架构发展,Intel的8xx系列芯片组就是这类芯片组的代表,它将一些子系统如IDE接口、音效、MODEM和USB直接接入主芯片,能够提供比PCI总线宽一倍的带宽,达到了266MB/s。
下面就几家主流芯片组公司的典型产品做详细的介绍:
(1)Intel
Intel研制的最主要的芯片分为以下几组:
430LX、430NX、430FX、430HX、430VX、430TX、430MX、440FX、450GX、450KX、440LX、440BX、440ZX、440EX、I82810、I82820与最新的I82840。
其中的430LX芯片组是Intel的早期产品,用于Pentium60和66MHz;430NX芯片组就是所谓的海王星(Neptune)CPU,这两组芯片组目前已经淘汰,不再生产。
其余的芯片组目前都在继续生产使用。
各组芯片的性能和适用的CPU都有一定的差别,下面分别介绍Intel430FX及其以后推出的各组芯片组。
●Intel430FXPCIset
430FX芯片组是Intel公司继430LX和430NX芯片组后推出的第三套基于Pentium的芯片组,也称为Triton。
它在体系结构上作了很多改进,使性能有了很大的提高,这些新的技术在其后继芯片组430HX、VX、TX、GX等芯片组中都得到继承和发挥,因而430FX芯片组在Intel的430系列PCIsets中有着重要的地位。
430FX芯片组由一片82437FX、一片82371FB和两片82438FX组成。
82437作为系统控制器,集成了CACHE控制器、DRAM控制器、PCI桥连控制器等功能部分;82438是数据缓冲控制器;82371FB中集成了PCI、ISA、IDE加速控制器等部分。
430FX全部采用PQFP封装。
430FX可提供高于100MB/s的PCI数据流速,因此它支持奔腾处理器和多媒体应用程序的优化。
●Intel430HXPCIset
430HX芯片组是Intel公司继430FX之后推出的面向商用PC机平台的Pentium级主板芯片组。
与其前一代产品430FX相比,它着重改进了系统的可靠性;并进一步提高了集成度,采用了两片封装;在性能上也有所提高,430HX适用于Pentium级的工作站、服务器和对可靠性要求较高的微机。
430HX芯片组由一片82439HX和一片82371SB组成,430HX在性能上的主要改进可归纳为以下几点:
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采用了并行PCI体系结构,允许CPU、PCI、ISA总线并行处理事务,因此比430FX有更高的MPEG视频、音频播放和捕捉处理能力;
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支持通用串行总线(USB),支持USB设备的热即插即用连接;
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具有EDO定时功能,使访问DRAM的速度有较大的提高,系统性能提高约10%;
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支持奇偶校验和ECC内存;
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更高的集成度(只有两片芯片),使用单片主桥方式,与430FX相比可节省60%的主板空间;
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采用了FIFO缓冲队列,可在TXC控制器的两边实现并行操作,从而提高了CPU的利用率;
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符合PCI2.1标准,缩短了总线的等待时间,提高了PCI设备的速度和整个系统的性能;
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支持64M位DRAM,系统内存最高可达512MB;
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支持P54C(Pentium)和P55C(PentiumMMX)CPU;
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支持双CPU结构,可组成对称处理器结构体系的主板和微机系统。
●Intel430VXPCIset
430VX的技术性能与430HX芯片组基本相同,两者的区别主要在以下方面:
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对多媒体视频进行了特殊优化,因而更适用于家庭用户和多媒体应用;
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去除了一些普通用户难以用及的功能(如ECC内存、双CPU支持等)后,增加了对高速同步存储器SDRAM的支持,支持168线内存插槽和内存条;
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在结构上恢复了4片芯片结构。
430VX芯片组由一片82437VX、一片82371SB和两片82438VX组成,全部采用PQFP封装;
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可管理的最大内存为256MB,低于430HX;
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降低了成本,其售价低于430HX。
●Intel430TXPCIset
430TX是Intel公司为配合PentiumMMXCPU而推出的最新芯片组,专门针对奔腾微处理器的MMX技术进行了改进和优化以达到最佳的多媒体应用效果。
430TX芯片组还采用了一系列的新技术,使PC机的性能和智能化程度得到进一步提高。
另一方面,430TX也适用于可移动的便携式计算机中,弥补了便携式微机在多媒体技术方面的不足,使得便携机用户也能够像台式机一样享受声音、影视节目、通讯等带来的乐趣。
430TX芯片组采用了两片结构,由一片82439TX和一片82371AB组成。
●Intel430MXPCIset
430MX是Intel专门针对Pentium级笔记本电脑推出的芯片组,它是Intel作为便携式PCIsets解决方案的第一个完整设计,在430FX的基础上采取了多项体系结构上的革新。
430MX可应用于ProShare(TM)快速以太网、音频及图形增强型应用程序。
随着更新一代同时适用于台式机和便携机的430TX芯片组的推出,很多基于430MX的应用已经逐步转移到430TX芯片组上。
●Intel440FXPCIset
440FX芯片组(注:
不可与430FX芯片组搞混)是适用于高能奔腾(PentiumPro)的芯片组。
440FX建立在并行PCI体系结构上,它包含了一个可加强视频传输及提高帧速度的多业务计时器,一个能提高MPEG及音频性能的被动释放机制,还包括了可充分利用写缓冲器来改进基于主机的处理应用程序的增强写性能,以及用以确保CPU—TO—ISA写控制与PCI2.1技术规格兼容的PCI延迟作业。
440FX芯片组具有增强的32位性能和USB外围设备连接的优点,包括CPU-to-DRAM流水线、同时读写、动态延迟、写入猝发组合及I/O队列,其他的特点如快速驱动器访问的BusMasterIDE(BM-IDE)、集成化ECC支持、双CPU支持等使440FX的整体性能和可靠性大为提高。
440FX可以管理的最大内存容量为1GB。
440FX与Intel430HX、430VX等芯片组设计的I/O子系统具有良好的兼容性,因此使440FX能充分利用已有资源,立足市场。
在结构上,440FX由三片芯片组成,一片82441FX,一片82442FX和一片82371SB,另有一个独立元件82093AA供双CPU设计时使用。
●Intel450GX/KXPCIset
450GX/KX是Intel公司在1995年为PentiumProCPU推出的第一套芯片组解决方案。
其中450GX适用于服务器而450KX适用于工作站和高性能桌面机。
●Intel440LXAGPset
继Intel430PCI芯片组之后,Intel公司又推出了Intel440LXAGP芯片组。
AGP的图形图像上的带宽比在PCI接口上的增加了三倍,它可将高性能的图形功能带给主流的商业PC和家用PC。
440LXAGP芯片组是440AGP芯片组系列中的第一个成员。
它建立在由三个芯片组成的440FX PCI芯片组的特性之上,但把三个芯片压缩成二个芯片(82443LA和82371AB)。
440LXAGP有四个最主要的特点:
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引进了一组新的特性,称为QPA(QuadPortAcceleration,四端口加速),它是处理器、图形加速器、PCI和SDRAM等四个端口的仲裁机构,包括直接连接AGP、动态分布仲裁和多流水线化(从CPU、PCI和图形到SDRAM)等特性。
这些特性合在一起可使PC中的各个设备获得最大的可用带宽;
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440LXAGP对SDRAM的支持使得对存储器的读写可以变得更快,并在PentiumII处理器、图形加速器和PCI设备之间实现更快的流水线化传输;
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具有ACPI(AdvancedConfigurationandPowerInterface,高级配置和电源管理)功能,可以实现更强的电源管理,包括远距离唤醒,迅速从掉电状态恢复等;
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UltraDMA功能改进了对IDE设备的存取。
●Intel440BXAGPset(缺芯片组南北桥放大图片)
目前最流行的芯片组当数Intel公司的Intel440BXAGP芯片组。
从某方面而言,BX芯片组是一个跨时代的标志,它是首款真正支持100MHz主频的芯片组。
440BXAGP芯片组继承了440LXAGP芯片组系列的诸多优点。
如上面所述的AGP,QPA和SDRAM,ACPI与UltraDMA。
440BX正式支持100MHz的外频,从而解决低外频(66MHz)造成的速度瓶颈,而不再支持EDO内存,即使是SDRAM也要求速度达到100MHz。
作为440系列的第三个产品,它定位在高端CPU领域。
应该说,对100MHz外频(是Intel首先提出来的,同时也是它的一张王牌)的支持既是440BX最吸引人的特点,也是其最大卖点。
虽说早在440LX芯片组中就隐含着对100MHz外频的支持(当时的某些主板就设有100外频跳线),但440BX最大的改进就是它能稳定的运行在100MHz以上的外频。
440BX芯片组也为两片结构,北桥芯片型号为82443BX,南桥芯片型号82371AB。
前者采用492引脚BGA封装,负责CPU(可支持双PentiumⅡ以SMP方式工作)、SDRAM优化内存接口、64位总线接口、PCI接口、AGP(支持133MHz)接口及它们之间的连接控制;后者采用324引脚BGA封装,负责软盘驱动器、硬盘(支持UltraDMA/33)、键盘、PCI-ISA桥接器等接口及USB连接控制。
440BX芯片组在包含了440LX的所有功能基础上有三大改进:
一是外部总线支持100MHz,二是可支持450MHz的PentiumII,三是内存最大可扩展到1GB。
由440BX芯片组构成的主板自1998年4月进入市场以来得到了前所未有的推广。
如今,加上PentiumⅢ和Socket370“赛扬”的推波助澜,更使得440BX的生命之树常青。
●Intel440EXAGPset
它是Intel为“赛扬”处理器(PentiumII的简化版)特别开发的一款芯片组。
它仍为两片结构,北桥芯片型号为82443EX,南桥芯片仍使用82371AB,外频只支持66MHz。
与440LX和440BX两款芯片组相比较,440EX似乎并没有什么特别之处。
这样一来使得原本是为降低主板成本而设计的440EX芯片组总造价并没有降低。
加上440EX芯片组的性能打了折扣,反而造成了一种高不成低不就的感觉。
致使440EX成为Intel成名以来寿命最短的产品。
●Intel440ZXAGPset
440ZX是Intel为支持Socket370结构Celeron而专门设计的一款芯片组。
其用意是成为支持Slot1和Socket370结构主板的标准芯片组。
虽然是Intel面向低端市场推出的产品,但由440ZX构成的主板同样加入了对100MHz外频的支持。
这类主板一般只设2个DIMM插槽(最大只支持256MB)、3个PCI和1个ISA插槽(受MicorATX制约,有一个还是共享型的)。
这类主板还有一个共同特点就是,它们均支持集成i740图形加速芯片和声音芯片,这样可以大幅度降低成本。
需要注意的是,440ZX芯片组有两种版本:
分为440ZX和440ZX-66。
两者的重要区别是,440ZX是以440BX为核心,支持100MHz外频,它是为Slot1结构的100MHz外频的Celeron处理器而设计的,与440BX不同的是仅削减了对DIMM和PCI插槽数量上的支持;而440ZX-66只能支持66MHz外频,是为Socket370主板而特别设计,现在市场上能见到的ZX主板多采用440ZX-66芯片组。
●IntelI82810&IntelI82820
作为最新版本的主板芯片组,这两款芯片组的设计思想是一样的。
他们都引入了最新的“集线器”概念,只不过所面对的市场定位不同,所以把它们放在一起介绍。
1)加速集线器架构
在I828X0芯片组中采用了集线器的概念,各种设备通过集线器直接与CPU、内存交换信息。
在传统芯片组的PCI总线型主板中,挂在南桥芯片上的IDE、ISA、BIOS、USB以及挂在PCI插槽上的显示卡、声卡、MODEM等各种设备均需通过PCI总线和北桥芯片才能与CPU、内存交换信息(如图1),在CPU、内存以及各种外设速度日益提高的今天,传统PCI总线是阻碍系统速度提高的瓶颈。
将AGP显示接口挂在北桥芯片上,摆脱PCI总线的限制,速度达到AGP2?
(528MB/s)就是一最明显的改进。
Intel82810芯片组采用了图形存储控制集线器82810GMCH、输入输出控制集线器82801ICH、固件集线器82802FWH三块芯片,声卡、MODEM、IDE、内存、AGP、PCI等设备呈星形结构直接通过集线器交换信息,不像原来诸多设备共同占用总线带宽,使整个系统速度提高很多。
且由于各设备用其通道交换数据,相互之间的干扰也会减小。
2)正式的133MHz外频
虽然当前很多使用440BX芯片组的主板提供有133MHz甚至更高的外频,但实际上是在超频芯片组。
目前8X0家族的I82820和82810-E芯片组正式提供对133MHz外频的支持,133MHz外频给我们带来的最大的好处是AGP4?
,目前100MHz总线频率时内存的最大数据交换率为800MB/s,还无法满足AGP4?
的要求,采用133MHz外频时内存的数据交换率达到1000MB/s,基本能满足AGP4?
的需要。
3)支持新型内存
Intel820芯片组支持184线的RIMM(RambusIn-LineMemoryMoclule)内存条,RIMM内存条采用DR-DRAM(DirectRambusDRAM)内存芯片,可在200MHz的总线频率下运行,比SDRAM的带宽提高了3倍多。
Intel820芯片组通过桥接电路还可以使用PC133SDRAM。
4)整合技术
Intel810芯片组的整合性相当高,AGP显卡、音效CODEC控制器、MODEMCODEC控制器全部整合,去掉了AGP插槽,代之以一只短短的AMR的扩展槽,它可为MODEM提供接口,并可作为声卡升级之用。
而目前Intel810DC100芯片组的内置AGP显卡配备了4MBSDRAM,只要配合PII、PIII等CPU运行,就可得到较完美的性能,该内置AGP显卡的性能经测试表明,完全可以满足一般用户的图形显示要求。
但810芯片组整合的显示功能档次还不够高,无法满足高端图形的应用和游戏需求。
820则给用户提供了更广阔的选择空间,你完全可以用它来将PIII800与最新的Voodoo4或Voodoo5搭配使用,丝毫不会令你的CPU感到屈才。
●IntelI82840
新近出炉的I82840是目前人们最感兴趣的话题,毕竟它才是440BX最有力的接班人。
下面我们对它进行详细的介绍:
i840的特点
与旧式芯片组相比,它有几个特点:
两个RAMBUS通道(i820只有一个);理论峰值带宽3.2Gbit/秒(PC100和PC133体系分别为0.8Gb/秒和1Gb/秒);133MHz外频,它只提供1.06GB/秒(133MHz×8bytes/时钟周期)的带宽给主内存,真不知道它怎么会这么少,尽管AGP4×总线可以减少内存带宽的需求,但DMA驱动程序和UMA(UnifiedMemoryArchitecture,统一内存架构)都是十分耗费资源的。
i840的定位可是服务器市场啊,难道英特尔不怕内存带宽不足而造成的性能瓶颈吗?
也许在较低级的工作站市场没有什么问题,不过在使用SMP(SymmetricMulti-Processing,对称式多重处理架构)的多处理器系统中,共享MCH(MemoryControllerHub,内存控制中心)的情况下,CPU们仍然会抢用内存存取空间,即使是运用两个RDRAM通道同时读/写的方式也对之帮助不大,除非英特尔在后期制作时给MCH加入两个内存端口,才有可能避免此类内存带宽大于CPU带宽的浪费。
i840芯片组的规格有82840MCH、82801ICH(Input/OutputControllerHub,输入/输出控制中心)、82802FWH,除了基本的三个芯片之外,你还可以加上以下任意一个元件,来增强整个芯片组的功能:
1、82806P64H(64-bitPCIControllerHub,64位PCI控制中心);2、82803MRH-R(MemoryRepeaterHub,内存数据处理中心);3、82804MRH-S(SDRAMRepeaterHub,SDRAM数据处理中心)。
虽然i840的规格繁多,但实际有用的只有以下那么几点:
-支持两个奔腾III或Xeon3处理器
-提供133MHz外频
-AGP4X
-英特尔AHA架构
-双RDRAM通道
-双PCI总线,一个33MHz/32位,一个66MHz/64位(可选33/66MHz64位PCI总线)
-预读取缓存
-RNG(Random
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