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1、X86 主板架构及硬件系统介绍,By:李军华 赵丽2007.9,ATX主板系统框图,ATX机箱框图,名词,Hyperthreading Technology超线程技术：通过软件的手段模拟出双个逻辑内核进行工作，运行效果尽量接近两个物理核心的性能FSB: (Front Side Bus) 前端总线GMCH: (Graphics and Memory Controller Hub)图形和内存控制中心MCH: (Memory Controller Hub) 内存控制中心ICH: (I/O Controller Hub ) I/O控制中心ACPI: (Advanced Configuration an
2、d Power Interface) 高级配置与电源接口Ethernet Media Access Control (MAC)physical layer(PHY),Global System States系统状态,Apply to the entire system and are visible to the userG0 : Working (System Operational) 工作G1 : Sleeping - no user threads, system looks off睡眠G2/S2 - Soft Off软关机No user mode or system mode is r
3、unningLong latency toreturn to working stateS4 : Non Volatile Sleep (Special Case)Save to file entire machine stateG3 : Mechanical off (Physical off switch)机械关机,Sleeping States睡眠状态,S0 : system Working 系统工作S1 : Low Latency Sleeping StateProcessor Context MaintainedS2 : Low Latency Sleeping StateProce
4、ssor Context Not MaintainedS3 : Low Latency Sleeping StateDRAM still maintained 挂起suspend to DRAMS4 : Lowest power longest wake-upDRAM not maintainedSave to File 挂起suspend to disk 磁盘S5 : Soft Off State 软关机S1S4 是4种不同的休眠状态,Processor Power States 处理器的状态,C0 : Full power, instructions execute 处理器工作C1 : P
5、rocessor stopped 处理器停止C2 : Processor stopped, less power than C1 处理器停止，比c1省电C3 : Processor stopped, caches ignore snoops 处理器停止,System Power States,ACPI 超级电源管理-系统状态图,Processor power state control,ACPI 超级电源管理-处理器状态图,CPU,Intel 的产品分为台式、移动和服务器三大块，他们的命名方式有点区别，移动的一般会带“M”这个字母，工控机主要用低功耗移动这一快最新的CPU （ Tigerton
6、 ）有4个内核，多核指的是将多个物理上独立的CPU内核集成在一个基片上，如： Pentium D 集成了2个Pentium 4的处理器Intel的超线程技术是一种多核心虚拟的技术，不仅CPU要支持，BIOS和操作系统也要支持，注意win2000不支持HT技术,945GM支持Merom/Yonah 处理器， 主板支持的处理器不能只看封装，上面的处理器都是移动平台使用的， celeron M 370 和Pentium M 目前我们的945GM主板是不支持的,VCORE,VCORE是CPU的核心电源，不同的CPU主频不一样，工作电压也不一样，intel的CPU VCORE 有好多标准，945GM 平
7、台CPU VCORE 的标准叫 IMVP6下面简单介绍一下VCORE的控制原理,CPU 输出一组VID值给电源控制芯片电源控制芯片2相输出通过反馈电路来控制输出的电压电压值由VID来确定,北桥,北桥主要集成了内存控制器和显卡。集成显卡支持TV-Out、LVDS、CRT和SDVO915系列及之后命名规则：P是主流版本，无集成显卡，支持当时主流的FSB和内存，支持PCI-EX16插槽。PL相对于P则是简化版本，在支持的FSB和内存上有所缩水，无集成显卡，但同样支持PCI-EX16。G是主流的集成显卡芯片组，而且支持PCI-EX16插槽，其余参数与P类似。GV和GL则是集成显卡的简化版芯片组，并不支
8、持PCI-EX16插槽，其余参数GV则与G相同，GL则有所缩水。X和XE相对于P则是增强版本，无集成显卡，支持PCI-EX16插槽。M为Mobile。,南桥,INTEL南桥命名规则INTEL南桥ICH的编号都是82801，其后的第一个字母代表第几代晶片，如82801Gx就是ICH7系列，第二个字母B为Base、不支持RAID，R代表支持RAID，M表示mobile，新近的ICH7南桥分为ICH7DE、ICH7DH、ICH7DO三个版本，D是digital,结尾的字母分别代表Enterprise、Home和Office。,SUPER IO,SUPER IO 集成了键盘鼠标接口，串口，软驱接口，并
9、口以及一些硬件监控的电路,BIOS,BIOS Basic Input/Output System，基本输入输出系统, 我说的BIOS是指烧写在eeprom中引导系统启动和对硬件作初始化的一段代码。BIOS程序很复杂，一般的人或公司是没有实力写出来的，代码的来源主要有2家： AMI 和 AWARDIntel 主板上的BIOS有2种接口LPC （Low Pin Count）也叫 Firm wareSPI系统启动时从哪个接口开始引导，是由硬件的Strip Pin来设定BIOS post code 是一些诊断代码，BIOS在引导过程中会向80端口发送一些特定的代码，这些代码对调试很有用，调试的时候手上
10、有一张数码卡是很必须的,系统时钟,CPU输出BSEL0：3 告诉北桥和时钟IC其前端总线FSB的频率CLOCK IC由此产生相应的频率供给CPU和北桥，我们可以查看时钟IC的频率表来核查各路时钟是否正确,ATX电源,早期的AT计算机，插上电源就开机，关机时必须把电源切断ATX是在AT的基础上发展起来的，可以通过系统主板来控制电源。没开机时ATX电源只有5VSB输出，将PS_ON信号拉底后，主电源就会打开，电源稳定后，输出PWR_OK信号，这个信号电源内部有上拉,注：BTX,以及服务器中用得1U电源，2U电源，以及冗余电源都是从ATX电源发展出来的，他们的电源插座大同小异,开机时序（南桥手册中的
11、）,插上ATX电源未开机时系统由SB电源供电,RSMRST复位信号，在SB电源准备好后一段时间内保持有效,RSMRST复位后这几个信号就会依次发出,开机：各路电源输出达到稳定,电源稳定后，开机控制逻辑给南桥一个pwrok信号,南桥接收到pwrok信号后大约1ms后发出系统复位信号,RTC电路,RTC是系统的时实时钟，断电时由电池供电，插上电源和开机之后就由VCC3.3VSB供电，该电路是保持CMOS 的一些设定值，包括系统的时钟图中R197必须是1k 1%的电阻，测量其压降可以大致估算出电池的使用寿命这部分电路的用电量很小，大概是几个毫安,清除CMOS设置的跳冒,系统开机电路,系统可以通过南桥
12、来控制开关机 -图中蓝色虚线通常情况是采用Super I/O来控制 -图中红色虚线开关机电路必须由Standby电源供电,Hardware Monitor,Super I/O通常集成有硬件监控，监控的原理就是将模拟信号变成数字字信号，设计时只要考虑输入信号不要超过其最大值，监控的电压较高时要用电阻分压在CMOS设置中可以看到硬件监控的信息，如系统和cpu温度，系统电源电压，以及风扇的转速等等,智能风扇控制电路,Super I/O 集成了风扇控制电路，PWM脉宽调制Liner Fan Control，风扇的电路有很多种,板载声卡,板载声卡有2种接口，ICH7M这2个接口都支持AC97 HAD （
13、High Definition Audio Link）声卡属于模拟电路，用LDO（7805）做电源，模拟地和数字地要分开,麦克风线路,MONO MIC & STERO MIC,声卡输出端子,有些声卡芯片可以根据外设的阻抗来自动检测输入的类型,插针输出的线路,板载网卡（结构框图）,8256282773Rt8139,网卡的接口,电口RJ45,光口GBIC 和SFP,SFP光电模块,SFP光电模块,GBIC光电模块,VGA输出,VGA DB15输出接头,LVDS接口,液晶显示屏的接口，直接从北桥接出来液晶屏的厂家有 SAMSUNG, SHARP, TOSHIBA, NEC,AU等,使用不同厂家的屏可
14、能要配专门的连接线家用的液晶显示器是VGA接口的，在其内部有转换电路，将VGA 转成液晶显示屏的接口,LVDS接口的PCB封装,LVDS接口电源选择,LVDS接口线路图,LVDS 转 TTL 接口,LVDS 接口可以转换成 TTL接口输出,TTL接口的PCB封装,LVDS 转成TTL的专用IC SN75LVDS82,DVI接口,北桥SDVO经过CH7307转成DVI输出，集成在主板上,双屏显示,双屏显示2个屏幕可以显示同样的内容，也可以通过屏幕扩展的功能来显示不同的内容屏幕扩展，在显示图形选项中或者显示器的高级设置中有相关的配置按钮，选中后即可，鼠标和应用程序窗口可以在2个显示器中移动,TV
15、-OUT接口,ICH7M集成有电视视频输出，Component, S-video and Composite, HDTV,输出的模式要BIOS支持，进入系统后，在显卡驱动程序的面板里可以看到相关的设置,PCI扩展插槽,PCI 64bit/66M 带宽533MB/s,常见的3钟PCI槽 ，64位的常用于高端工作站和服务器,槽开在前面的是3.3v的，开在后端的是5v的,PCI设备资源分配,Intel的南桥一般可以接6个PCI设备，挂在PCI总线的设备，要进行硬件资源分配（这些信号对每个设备而言都是独立的）IDSEL 设备号：南桥通过使一个地址信号有效来对PCI设备寻址访问，当访问Device 1时
16、，AD17有效。访问Device 15时，AD31有效，(南桥集成LAN网络控制器是Device 8，占用AD24)INIT# 中断信号：中断分配可以说是IRQ路由表的分配，PCI Slot上定义了INT（AD）4个中断信号，大多数的PCI 设备只使用INTA#，有个别的卡会使用到多个中断信号PREQ#和GNT#，一个设备分配一组，不能串接,图1：IRQ路由规则,图2：BIOS 申请表填写的内容,PCIE,PCIE的信道宽度有：x1、 x2、 x4 、x8、 x12和 x32X1的带宽是1.25GbpsICH7南桥PCIE一般是x1 和x4 两种配置北桥PCIE 一般是 x8 和 x16，通常
17、扩展图形显示卡左边是PCIE X1 Slot 的线路图，x4会多出3对数据线，其他都一样，短卡可以插到长槽中使用,ISA扩展插槽,PCI总线 转ISA使用 IT8888,图中黑色的是ISA槽ISA在工控机中用得比较多，PC104是ISA接口的而PC104+是PCI接口的,IT8888 的PCB封装,硬盘接口,IDE 台式机使用40pin 2.54mm间距的连接头，笔记本的使用44pin 2.0间距的连接头The 80-conductor cable is considered optional for those modes. However, for any Ultra DMA modes
18、above mode 2, the 80-conductor cable is mandatory. Ultra DMA 2以上的模式，必须使用80pin的连接线,SATA接口的速率是 1.5Gb/s ,3.0Gb/s , 从SATA2.0开始，支持热插拔eSATA 是 external SATA的缩写，用以取带移动usb和移动1394接口的硬盘，从ICH8开始就支持eSATA,CF card,CF卡用的是IDE接口下面是支持DMA模式的线路,RAID磁盘阵列之一,做磁盘阵列在安装windows操作系统时需要提供驱动，默认的驱动器是软驱，如果主板没有软驱接口，要实现RAID功能会很麻烦,RAI
19、D磁盘阵列之二,P/S2,键盘鼠标接口，工控机由于空间关系，一般使用Mini DIN插座，商用电脑一般是2层的,商用电脑接口,USB接口,Common chock共模电感,一个USB端口的供电电流标准定为500mAUSB 接口有好多种手持设备的接头很小，我们的板上用下面这种大的,该电容取值不能太小，建议为470uF,ESD保护,自恢复保险丝,串行通信接口,RS232 RS485 RS422 ，某些场合要用到光电隔离的串口，安全性高些,DB9接头定义,ATX后I/O接口示例,常用的一些工具,网卡烧写和测试工具RT8139 MAC烧写工具：PG8139.EXE 在纯DOS下运行RT8139测试程序
20、：RSET8139.EXE 在纯DOS下运行SI信号完整性 8139测试时运行RSET8139.EXE，将网卡设置成100M模式，即可用示波器抓到tx波形Intel 网卡 MAC烧写程序：EEUPDATE.EXE在纯DOS下运行,Intel 网卡 EEPROM察看和编写程序 EEDIT.EXE在纯DOS下运行Intel 网卡测试程序Lanconfig.exe在纯DOS下运行数码诊断卡也叫80卡，插在PCI插槽或ISA插槽上使用BIOS烧写工具Afudos.exe amiflash.exe f82745.exe 这些都是ami bios的烧写工具，在纯DOS下运行寄存器察看工具RU.EXE在纯D
21、OS下运行SE.EXE windows版本的ru工具软件会有相关的帮助，不知道怎么用的，在命令后 加个问，号一般都会有说明的文字显示出来,计算机标准下载的地方,知道标准的英文名字，在 里搜索，凡是有电子档的标准都可以找到www.formfactors.org ATX相关标准的官方网站，标准都可下载http:/ssiforum.org/specifications.aspx 服务器产品相关的标准官方网站，标准都可下载http:/www.pc104.org官方网站，标准都可下载www.picmg.org PICMG官方网站，标准不能下载，公司里有，可以借使用google搜索 ， 输入关键字: ETX SPEC ETX specification 等google会帮你搜索到你想要的东西,ENDTHKS,
