电脑主板培训详解.docx
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电脑主板培训详解.docx
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电脑主板培训详解
主板培训资料
第一节主板及芯片组
一、主板综述
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。
1.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Socket7、Socket8、Socket370和SocketA三种。
其中Socket7为586级CPU使用,Socket8、Socket370则用于Intel的CPU,SocketA则为AMD的CPU使用。
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、815主板、Sis620及Sis630主板、VIA的一些主板。
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。
主板按结构标准分为ATX、Micro-ATX、Baby-AT、NLX和FLEX五种:
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。
FLEX型:
比MicroATX主板面积小1/3,主要用于高度整合电脑中。
2.主板基础知识
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。
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/66(100)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。
下面就来具体介绍主板的各部分技术特点:
1)、印制电路板(PCB)
PCB是所有组件赖以“生存”的基础。
它实际是由几层树脂材料粘合在一起的,内部采用铜箔走线,名为“迹线”。
一块典型的PCB共有四层,最上和最下的两层叫做“信号层”。
中间两层则叫做“接地层”和“电源层”(见图1)。
将接地和电源层放在中间,这样便可更容易地对信号线作出修正。
当需要安装双处理器,或者处理器引脚数量超过425根时,就要求主板达到六层。
这是由于信号线必须相距足够远的距离,以防止“相互干扰”。
六层板可能有三个或四个信号层、一个接地层、以及一个或两个电源层,以提供足够的电力供应。
为使系统正常工作,信号迹线的布局与长度是至关重要的因素。
它的设计宗旨是尽量避免由于其它迹线的干扰,造成信号失真。
一条迹线过长,或者信号频率过高,相互干扰的可能性便会大增,所以要求在相邻的两条迹线之间,留出足够大的间距。
有些迹线必须限制它的最大长度,以确保信号的“完整性”,比如同处理器连接的那些迹线。
与同一个设备连接的迹线在长度上都必须接近(但不是所有的设备与迹线都有此要求);或者说,长度的区别必须在一个容许的公差范围之内。
即便主板全部采用最高品质的电子元件制造,仍有可能不稳定,这正是由于迹线布局有误,使信号不易保持完整性。
要想知道信号是否完整,普通的视波器没有任何帮助,只有使用一些更专业的设备对其进行测量。
对超频者来说,这一点尤其重要。
因为超频后,往往要求主板在标称的规格之外运行。
若布局不佳,可靠性及稳定性便会大打折扣。
2)、电压调节器
同主板连接的不同组件需要不同的电压。
最常用的包括5V(BIOS芯片、实时钟芯片、键盘控制器等)和3V(二级缓存、芯片组、SDRAM芯片等)。
而处理器要求的电压可以高达3.5V,也可以低于2V以下。
电压调节器主要不是用来防止电压骤升,而是用来得到所期望的稳定电压。
主机电源直接向主板提供5V的电压所以只有部分设备,才需要更改这个电压。
电压调节有两个办法,要么使用名为VRM的一种插入模块,要么使用一个电压调节电路(焊接到PCB上的一个集成电路)。
如果是老式的奔腾处理器,通常都要用到两个电压调节器——一个用于提供I/O电压(3.3V/1.5V等),另一个用于提供处理器内核电压。
由于主板需要支持不同类型的处理器,所以必须支持一定范围内的电压输出。
在老主板上,这可以通过跳线实现。
通过不同的跳线组合,使电压调节器输出所期望的在允许范围内的电压。
新主板则大多能自动侦测电压,不再需要用跳线来调节,在一定程度上保证了安全。
许多老用户可能对“双电压CPU”记忆犹新,因为它们的内核电压和I/O电压是不同的。
而一些更老的CPU,比如老奔腾和一些比较新的IDTCPU,只要求3.3V或3.5V的电压,它们称作“单电压CPU”。
3)、电容
电容其实是保证主板质量的关键环节。
电容主要用于保证电压和电流的稳定。
处理器的耗电量处于极不稳定的状态,可能突然增大,也可能突然减少,特别是在执行了一条HALT(待机)指令,或者恢复至正常工作状态的时候。
而对电压调节器来说,无论如何都不可能立即对这些变化作出响应。
这就好像一座拦江的水坝,尽管它能控制水流的速度,但仅凭它自身的力量是无法保证江水一直稳定流动的。
所以,需要与水库配合,通过放水或蓄水,来稳定水的流速。
铝电容的缺点在于,随着使用年限的增加,它会快速呈“干涸”趋势,最终失去电容能力。
此外,这种电容的准确度不高,易受高温的影响。
而钽电容有效地解决了这些问题。
挑选电容时,另一个重要的因素是ESR(EquivalentSeriesResistance,等效串联电阻)值。
通常,需要将几个电容并行联置,以便有效地保护电路,并保持一个较低的电阻值。
电阻越大,消耗的电压越高,发热就越厉害(发热不是主要的,CPU所要求的瞬间大电流才是最重要的。
),所以ESR值越低越好。
设计电容时,各个电容的排列位置和ESR值是两项非常重要的因素,甚至比制造材料还来得重要。
4)、时钟生成器
任何计算机设备都是以时钟的“滴答”为基本步调工作的。
但是,并非每个设备都在“监听”相同的时钟。
ISA、PCI、AGP、USB和系统总线分别以不同的速度运行,所以都要求专门的时钟信号。
处理器也要求一个专门的时钟信号,同步内存芯片(比如用于L2缓存的SRAM和用于主内存的SDRAM)也要求自己的时钟。
时钟生成器可以提供所有这些时钟信号。
每种主板芯片组都具备一定的“计时”能力,但却并不提供实际的时钟信号。
时钟生成器芯片便是为具体的主板芯片组设计的,用于决定可选的系统时钟范围,以及相关的PCI总线速度。
AGP总线的工作速度则不一定要由时钟生成器来决定,440BX芯片组便是这样的一个例子。
ISA和USB时钟是固定的,要由时钟芯片来决定。
主板厂商会根据选用的是什么芯片组,配备多少个PCI/SDRAM插槽,以及要支持多大范围内的系统总线速度,以此来决定时钟生成器芯片的设计。
即使芯片组本身允许不同的PCI分频(1/4,1/2等),时钟生成器芯片也有可能不允许,而且主板厂商也不会采用这种时钟生成器芯片。
许多人都奇怪系统和PCI总线速度在不同的主板上为何有不同的实现方法,答案便在于时钟生成器芯片的能力有别。
5)、BIOS和RTC
计算机要想运行一种操作系统,必须使用一个“引导”或“自举”程序。
这个程序从一个已知的内存位置载入,并提供访问关键设备的一些信息,以完成操作系统的载入。
例如,这个程序必须载入软驱和硬盘的设备信息,以及基本的显示信息。
这样一来,等接力棒交到操作系统手中时,才有足够的前提完成后续的装载。
在PC上,这些引导信息保存在一片快闪内存(FlashMerory)芯片中,名为BIOS(基本输入/输出系统),可保存256KB~4MB的数据,在主板出厂时预先录好。
以后想升级这些信息,便必须使用专门的程序,用新数据覆盖老数据,我们称之为“BIOS升级”,或者BIOS的“烧录”。
PC加电后,首先经历的一个名为“加电自检”(POST)的过程,它可识别出安装了什么处理器、多大内存以及BIOS上定义的各个设备是否都能正常工作。
完成后,引导程序会在每个可引导设备的特定位置寻找一系列特定的指令。
满足条件的第一套指令会载入内存,并加以执行。
如一切通过,这些指令便会完成引导过程,并开始装载操作系统。
要想使BIOS知道自己需要支持哪些设备,必须提供一片特殊的CMOS集成电路,其中包含了由用户指定的参数,在识别出处理器之后读入。
这个电路实际是集成到“实时钟”(RTC)芯片内的,后者负责对具体的日期和时间进行跟踪。
要想显示出CMOS中的参数,可在加电自检过程中进入一个特殊的菜单。
通常按DEL键,便可唤出这个菜单,然后人工修改或输入。
作出的改动必须保存下来,以便下次启动时生效。
倘若设备设置有误,便可能无法装载操作系统,或者在进入操作系统后,无法访问设备。
RTC和CMOS只有在有供电的前提下,才能维持由用户定义的参数。
这个电力是由主板上的一个小电池提供的。
如电池失效,或断开,CMOS中的数据便会丢失,必须在下次引导的时候重新输入。
6)、其他组件
芯片组集成的控制器越来越多。
不知大家是否还记得,早期的IDE和软盘控制器是各自独立的。
但今天的新芯片组已包括了大多数必要的控制器,以支持常用的一系列设备,比如键盘、PS/2鼠标和USB设备
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