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1、第3章 主 板,主板（Mainboard）也叫母板（Motherboard）或系统板（Systemboard）。主板和 CPU一样，是微机中最关键的部件之一。主板也是与CPU最紧密配套的部件，每出现一种新型的CPU，都会推出与之配套的主板控制芯片组，否则将不能充分发挥CPU的性能。,3.1 主板的分类,1按主板支持CPU的类型分类主板支持CPU的类型是指能在该主板上使用的CPU类型。每种类型的CPU在接口类型、封装、主频、工作电压等方面都有差异，尤其在速度上差异很大。只有采用与主板支持CPU类型相同的CPU，二者才能配套工作。,2按主板的结构分类（1）ATX结构Intel在1995年1月公布了
2、扩展AT主板结构的ATX（AT eXtended）主板标准。这一标准得到世界主要主板厂商的支持。1997年2月，推出了ATX2.01版。标准ATX结构主板如图3-1所示。标准ATX结构主板的尺寸通常“横长竖短”，俗称为“大板”。,ATX主板（129.6,305244mm）,（2）Micro ATX结构Micro ATX结构主板俗称“小板”，保持了标准ATX结构主板背板上的外设接口位置，与ATX结构兼容。Micro ATX结构主板如图3-2所示。,MicroATX主板（9.69.6,244244mm）,3按主板芯片组分类图3-3所示为最常见的由两片芯片组组成的主板的功能示意图。芯片组厂家提供的功
3、能示意图常常采用如图3-4所示的形式（Intel X38+ICH9芯片组功能架构图）。,（1）北桥芯片（North Bridge Chipset）NorthBridge）是主板芯片组中起主导作用的最重要的组成部分，也称为主桥（HostBridge）。它主要负责CPU与内存之间的数据交换，并控制AGP、PCIE数据在其内部的传输，是主板性能的主要决定因素。一般来说，芯片组的名称就是以北桥芯片的名称来命名的。主流的有P45、P43、X48、790GX、790FX、780G等等。NVIDIA还有780i、790等。,（2）南桥芯片（South Bridge Chipset）南桥芯片负责I/O总线之间
4、的通信，如PCI总线、PCIe1或4、USB、LAN、ATA、SATA、音频控制器、键盘控制器、实时时钟控制器、高级电源管理等。由于这些设备的速度都比较慢，所以将它们分离出来让南桥芯片控制。,4按是否为整合型主板分类整合型（All-In-One）主板，又称集成型主板或一体化主板，即主板上整合了视频处理功能的主板。显示卡的功能一般集成到北桥芯片中，集成显示卡的一个重要特点就是显示缓存共享主存。5按生产主板的厂家分类生产主板芯片组的厂家虽然只有Intel、AMD-ATi、nVEDIA、VIA等几家，但生产主板的厂家却很多，市场上常见的主板品牌有：华硕、微星、技嘉、精英、昂达、升技、七彩虹、华擎、斯
5、巴达克、富士康、双敏、映泰、梅捷、捷波、磐正、磐英、顶星、致铭、盈通等。,3.2 主板的组成,下面以市场上流行的ATX结构主板为例，介绍主板上的主要部件及其功能，如图3-5所示。,主板一般由以下几个部分组成。插槽类：CPU插槽、PCI插槽、PCIe插槽、DIMM插槽（又称内存插槽）等。接口类：PS/2接口、USB接口、串行接口、并行接口、IDE接口、S-ATA接口等。芯片类：芯片组（包括北桥、南桥）、时钟芯片、I/O芯片、BIOS芯片、声卡芯片、网卡芯片等。插针类：外接面板插针、外接音频插针、散热器风扇插针等。供电部分：电源插座、CPU供电电路、内存供电电路等。其他元器件等。,3.2.1 PC
6、B基板PCB（Printed Circuit Board，印制电路板）基板由多层PCB构成，在每一层PCB上，都密布有信号走线。,3.2.2 CPU插座常见的CPU插座（CPU Supported）都采用ZIF（Zero Insert Force，零插力）标准。现在主流的CPU插座有两种：一种是Intel的LGA775插座，另一种是AMD的AM2/AM2+插座，分别如图3-6所示。,ZIF socket ZIF（Zero Insertion Force）Socket是指零插拔力的插座。把这种插座上的搬手轻轻抬起，CPU可以很容易、轻松地插入插座中，然后将搬手压回原处，利用插座本身的特殊结构产生
7、的挤压力，将CPU的管脚与插座牢牢的接触，绝对不会存在接触不良的问题。而拆卸CPU芯片只需将插座的搬手轻轻抬起，则压力解除，CPU芯片即可轻松取出。,3.2.3 主板芯片组主板芯片组由单片或两片芯片组组成，芯片上面通常覆盖着散热片。靠近CPU插槽的称为北桥芯片，主要负责控制CPU、内存和显示卡的工作。靠近PCI插槽的称为南桥芯片，主要负责控制系统的输入/输出等功能，芯片组也可以集成显示卡等功能。芯片组在主板上的位置，如图3-5所示。,3.2.4 总线扩展槽扩展插槽（Slot）是主板上用于固定扩展卡并将其连接到系统总线上的插槽，也叫扩展槽、扩充插槽或I/O插槽。主板上一般有18个扩展槽。通过插入
8、扩展卡，可以添加或增强系统的特性及功能。目前主板上只有PCI插槽和PCIe插槽，如图3-7所示。,1PCI插槽PCI总线是一种不依附于某个具体处理器的局部总线，现在使用的是PCI局部总线规范的2.0版或2.1版，工作频率为66.6MHz，数据宽度为32位，最大数据传输速率为(66.6MHz32bit)/8=266MBps，且与CPU及时钟频率无关，能自动识别外设。2PCIe插槽PCI Express（简称PCIe或PCI-E）是最新的总线和接口标准。PCIe也有多种规格，根据总线位宽不同可分为1、4、8、16、32（2模式用于内部接口而非插槽模式）等几种模式。较短的PCIe卡可以插入较长的PC
9、Ie插槽中使用。显示卡一般插在PCIe 16或32插槽中。,3.2.5 内存插槽内存插槽的作用是安装内存条。目前流行的内存条有DDR SDRAM、DDR2 SDRAM和DDR3 SDRAM，相应的内存插槽也有3种，如图3-8所示。这种内存插槽称为DIMM（Dual Inline Memory Module，双列直插内存模块）插槽。,3.2.6 BIOS单元BIOS（Basic Input Output System，基本输入输出系统），它的全称是ROM BIOS，即只读存储器基本输入输出系统。在微机开机以后到进入操作系统之前的这一段时间里，BIOS起到了关键性作用。在BIOS芯片里固化了一定的
10、程序和一些硬件的基本驱动程序。1BIOS芯片主板BIOS主要有：Award BIOS、AMI BIOS和Phoenix BIOS三种类型。国内品牌机和组装机的主板上主要使用Award BIOS和AMI BIOS，进口品牌机中多使用Phoenix或专用的BIOS。在芯片上都能找到厂商的标记。常见BIOS芯片的外观、纽扣电池和跳线，如图3-9所示。现在Award已被Phoenix收购，Award BIOS变成了Phoenix Award BIOS。,2CMOS与BIOS的区别主板上用来存储BIOS程序的芯片，被称为BIOS ROM；用来保存对BIOS进行修改后的参数的芯片，称为CMOS RAM（随
11、机存储器）。,3.2.7 供电单元主板上不同的硬件子系统需要不同的电压，主要分为三大类：键盘控制器、BIOS芯片等部件需要+5V电压；内存、PCI等系统I/O电压需要+3.3V；而不同的CPU的核心电压并不一样，现在CPU的电压为1.2V左右。,1电源插座对于Intel LGA775和AMD Socket AM2/AM2+接口处理器，主板上使用24针的ATX电源，不过依然可以沿用20针的旧式电源。主板电源插座如图3-10所示。,2CPU供电电路主板CPU供电电路其实就是一个简单的开关电源，+12V来自ATX电源的输出电压，通过一个由电感线圈和电容组成的滤波电路，然后进入两个MOSFET（Met
12、allic Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，场效应管）组成的电路。图3-11所示分别为三相、四相、五相、六相、八相和十二相CPU供电电路。,3.2.8 IDE、SATA、软驱接口1IDE（ATA、PATA）接口插槽以前主板通常有两个IDE接口（新的主板只有一个）。主板IDE接口插槽如图3-12所示。随着SATA接口硬盘的普及，现在新出的主板已经取消了IDE接口插槽。,2软盘驱动器接口插座主板上只提供一个软盘驱动器（简称软驱）接口，它是一个34针双排针插座，标注为Floppy、FDC或FDD。一些主板为了方便用户正确插入电缆插头，取消了未使
13、用的第5针，形成了不对称的33针软驱接口插座以表明连接方向。主板软驱接口插槽如图3-12所示。,3SATA接口插座随着Serial ATA（简称SATA）硬盘的出现，SATA接口也开始大量出现在主板上。SATA接口插槽带有防插错设计，可以很方便地进行拔、插操作。主板上的SATA接口如图3-13所示。,3.2.9 IEEE 1394控制芯片由于IEEE 1394的数据传输速率相当快（IEEE 1394a-2000版支持100/200/400Mbps的传输速率，IEEE 1394b版则可达到1.6Gbps），因此有时又称之为“高速串行总线”。通常，在PC机上称之为IEEE 1394，在Mac机上称
14、之为Fire Wire（火线），在电子消费品领域则更多地称之为iLINK。如图3-15所示为主板上常用的IEEE 1394控制芯片。,3.2.10 音效芯片（板载声卡）现在板载声卡已成为主板的标准配置，所有新出的主板都集成了符合AC97 Rev 2.3规范的音频编解码芯片Codec，几乎所有板载声卡的音频编解码芯片都为6或8声道解码，能够提供高品质的6或8声道音效输出，支持5.1或7.1声道的环绕立体音频输出，立体声输入。对于集成了AC97音效芯片的主板，一般在位于第一根PCI上端，靠近主板边缘的位置能看到一块小小的AC97芯片，如图3-16所示。,3.2.11 板载网卡控制芯片网卡芯片一般在
15、主板后部的I/O面板上的RJ-45接口附近，网卡芯片较大，如图3-17所示。,3.2.12 I/O及硬件监控芯片I/O（Input/Output，输入/输出）芯片的功能主要是提供一系列输入/输出的接口。部分I/O芯片还能提供系统监控、检测功能，可以用来监控受监控对象的温度、转速、电压等。I/O芯片比较大，一般位于主板的边缘，如图3-18所示。,3.2.13 时钟发生器如图3-19所示为主板上的晶振和时钟发生器。,1、时钟信号 时钟信号由一系列脉冲信号构成，脉冲信号是一个按一定电压幅度、一定时间间隔连续发出的电平信号，它周期性地在 0和1 之间变化，如图示。第一个脉冲和第二个脉冲之间的时间间隔称
16、为周期，它的单位为秒（s）。在单位时间（1s）内所产生的脉冲个数称为频率。频率的标准计量单位是 Hz（赫兹）,微机中的频率,周期 T,0,1,t（秒）,时钟频率与周期的定义如下：f=1/T 频率表示时钟脉冲在1秒内重复的次数。在CPU中，频率的常用单位是MHz，即每秒钟发生100万个脉冲；GHz 即每秒钟发生10亿个脉冲。与之对应，周期的常用单位是微秒（s）和纳秒（ns）。例：Pentium 4 CPU的工作频率为2 GHz，它的时钟周期为：T=1/f=1/（2109）=0.5 ns（纳秒）时钟周期是微机操作的最小时间单位，微机绝大部分操作都以时钟周期为基准。微机将时钟的边沿作为执行指令的基准
17、，时钟频率越高，边沿数越多，微机的工作速度越快。,2、分频 在微机中，主要的时钟频率有33、66、100、133、150、166、200 MHz等规格。时钟发生器首先整合一个基本频率（称为基频，如100 MHz），然后再分频为其它频率。分频后输出的频率称为外频或时钟频率。例1、66 MHz 的AGP总线时钟频率，是基频为100 MHz 的频率通过2/3分频而来，或者由133 MHz 的基频通过1/2分频而来。需要注意的是，按照标称频率计算数据传输速率时，往往会产生与标准不符的细小差异。例2、32位PCI总线的时钟频率为33 MHz，而带宽为133 MB/s，按照计算为：33（MHz）4（字节）
18、=132 MB/s。造成这些误差的原因是在标注频率时往往去掉了小数部分（注意，不是四舍五入）。如PCI总线的数据传输率为：33.33 MHz 32/8=133 MB/s。,3.2.14 跳线、DIP开关、插针1跳线跳线实际上就是一个短路小开关。常见跳线及主板上的说明如图3-20所示。,2DIP开关DIP开关与普通跳线一样，只是把小跳线做成了开关。3插针主板上的插针有很多组，其中最重要的一组是机箱面板插针，如图3-21所示。,机箱面板指示灯及控制按钮插针,机箱面板指示灯及控制按键插针示意图,3.2.15 I/O接口面板现在主板上自带的I/O接口背板中的接口越来越齐全，接口品种越多，表示该主板的功
19、能越强。常见的ATX主板I/O接口背板如图3-22所示。,1键盘和鼠标PS/2接口现在主板都配有键盘和鼠标的PS/2接口，靠近主板的紫色口接键盘，绿色口接鼠标，其接口插座如图3-23所示。,2USB接口USB接口使用特殊的D形4针插座，如图3-24所示。,3RJ-45网络接口主板上的板载网络接口几乎都是RJ-45接口，如图3-25所示。RJ-45接口应用于以双绞线为传输介质的局域网中，网卡上自带两个状态指示灯，通过这两个指示灯可判断网卡的工作状态。,4IEEE 1394接口IEEE 1394接口有两种标准，一种是标准接口，另一种是小型（Mini）接口，其接口插座如图3-26所示。Mini接口主
20、要用于笔记本和消费电子产品（如摄像机）。,5声卡接口目前主板上常见的音频接口有两种：如图3-27所示的6声道接口（3个3.5mm插孔）和如图3-28所示的8声道接口（6个3.5mm插孔）。,6光纤音频接口某些型号的主板也配备了光纤音频接口，如图3-29所示。,7同轴音频接口有些主板配备了单个输出的接口（黄色），如图3-30所示；而有些主板则提供完整的输出（黄色）、输入接口（红色），如图3-31所示。,8VGA接口VGA接口是最常见的显示设备视频信号输出接口，主要用于连接显示器，一般为蓝色，有15个针脚，也叫做D-SUB接口。整合主板上都有VGA接口插座，如图3-32所示。,9DVI接口DVI接
21、口主要连接LCD等数字显示设备，DVI接口有两种：一种是DVI-D接口，只能接收数字信号；另一种是DVI-I接口，如图3-33所示。,10S端子S端子（简称S-Video，全称是Separate Video）是视频信号专用输出接口，如图3-34所示。,11HDMI接口HDMI（High Definition Multimedia InterFace，高清晰多媒体接口）插座，如图3-35所示。,12E-SATA接口E-SATA是外置的SATA规范，它把主板上的SATA接口连接到E-SATA接口上，E-SATA接口与普通SATA硬盘相连。SATA 2.0接口的最大数据传输速率为3Gbps，远远超过
22、USB2.0和IEEE 1394等外部传输技术的速度。E-SATA接口插座如图3-36所示。,13串行接口串行接口，简称串口，也就是COM接口，是指采用串行通信协议的扩展接口，常用于连接鼠标器、外置Modem、写字板等低速设备。串口的数据传输速率是115230kbps，目前部分新出的主板已取消了串口。COM接口插座如图3-37所示。,14并行接口并行接口，简称并口，也就是LPT、PRN接口，是指采用并行通信协议的扩展接口，其插座如图3-38所示。,3.3.1 Intel Core2芯片组为Intel Core2 Quad、Core2 Extreme、Core2 Duo等系列处理器生产配套的主板
23、芯片组的公司主要是Intel和nVIDIA两家。1Intel 3系列芯片组3系列芯片组的用户定位为：针对高端用户芯片组Bearlake-X（X38），也就是975x的继任者；针对主流市场芯片组Bearlake-P（P35），也就是P965的继任者；主流整合芯片组Bearlake-G+（G35），也就是G965的继任者；专业商用芯片组Bearlake-Q（Q35），也就是Q35的继任者；入门级芯片组Bearlake-QF（Q33）；入门级整合芯片组Bearlake-G（G33）。,（1）P35和G33芯片组P35芯片组架构图如图3-39所示，P35芯片组的外观如图3-40所示。P35和G33本质
24、上并无区别，只是G33集成了GMA 3100显示核心。,（2）X38芯片组X38是Intel 3系列芯片组中最高端型号。X38芯片组架构图如图3-41所示，X38芯片组的外观如图3-42所示。,（3）G35芯片组G35芯片组架构图如图3-43所示，G35芯片组的外观如图3-44所示。,2nVIDIA MCP73系列芯片组nVIDIA针对Intel平台的首款整合型系列芯片组MCP73，采用单芯片设计及90nm制造工艺，支持Intel Core2、Core、Pentium及Celeron系列。MCP73分为三个等级。MCP73系列芯片组架构图如图3-45所示，其外观如图3-46所示。,3.3.2
25、AMD Athlon XP平台为AMD Athlon 64、Athlon 64 X2、Phenom、Sempron等系列处理器生产配套的主板芯片组的公司主要是AMD和nVIDIA两家。1690系列芯片组690系列芯片组是AMD收购ATi后首款以AMD方式命名的桌面级产品。AMD 690系列芯片组架构图如图3-47所示，AMD 690芯片组的外观如图3-48所示。,2AMD 7系列芯片组2007年11月，AMD正式发布Spider（蜘蛛）平台。这一备受瞩目的平台包括：AMD Phenom（羿龙）系列原生四核处理器、ATi HD 3800系列显卡、AMD 7系列桌面型芯片组。代号“蜘蛛”，意在将C
26、PU、芯片组、显示卡三个部分整合起来，犹如蜘蛛网一样的紧密相连。作为“蜘蛛”平台的一个重要成员，最新一代芯片组AMD 7系列芯片组包括770（主流市场）、790X（高性能）和790FX（发烧友）三个系列，是业内首款采用65nm制造工艺的芯片组，功耗大大降低。AMD 790FX芯片组架构图如图3-49所示。AMD 790FX芯片组的外观如图3-50所示。,3nForce 5系列芯片组nForce 5系列的芯片组家族相当复杂和庞大，不支持K10的芯片组规格由高至低排列分别为：nForce 590 SLI、nForce 570 SLI、nForce 570 LT SLI、nForce 570 Ult
27、ra、nForce 550、nForce 500系列芯片组；支持K10的芯片组有三款，规格由高至低排列分别为：nForce 560、nForce 520、nForce 520LE。nForce 5系列芯片组的规格与nVIDIA MCP73系列芯片组相似。,3.4 主板的主要技术参数,在描述主板的性能时，常采用的技术参数有：主板芯片组（北桥芯片）、南桥芯片、主板总线、支持CPU类型、CPU插槽、主板结构等。表3-3和表3-4分别是Intel和AMD某款主板的主要参数描述。,3.5 主板中的新技术,3.5.1 第三代I/O体系结构PCI Express（PCIe）总线2002年PCIe 1.x总线
28、规范推出。PCIe 1.x根据总线位宽的不同接口也有所不同，从1条通道连接到32条通道连接，包括了1、4、8以及16、32接口（2模式将用于内部接口而非插槽模式），如图3-51所示。,3.5.2 HyperTransport 3.0规范HyperTransport技术是AMD在K8的总线架构基础上，为了解决南北桥带宽不足而提出的技术规范。HyperTransport 技术其实是一种I/O总线技术，目前已经有许多的计算机与芯片系统厂商加入HyperTransport阵营，如：AMD、Apple、Broadcom、Cisco、nVIDIA、SGI、Sun Microsystem、Transme等。
29、HyperTransport技术并不只在PC系统上使用，还在一些高性能计算及服务器、嵌入式等领域都有非常多的应用。CPU主频、北桥主频、HT3.0时钟与带宽的关系见表3-6。,3.5.3 新的主板、机箱规范BTX1BTX规范此规范相对应于标准的ATX规范，提供了7个扩展槽位，有10个安装点，可以提供3个以上3.5英寸和3个以上5.25英寸驱动器槽，尺寸标准为12.8英寸10.5英寸。BTX主板结构示意图如图3-52所示。,2Micro BTX规范此规范相对应于Micro ATX规范，提供34个扩展槽位，采用7个安装点，可以提供1个3.5英寸和最多2个5.25英寸的驱动器槽，尺寸标准为10.4英
30、寸10.5英寸，也就是相对于标准BTX的长度缩短而成。Micro BTX主板结构示意图如图3-53所示。,3Pico BTX规范此规范是Intel公司为了应对近两年兴起的准系统产品而推出的，其体积相对较小，只提供12个扩展槽，采用4个安装点，提供1个3.5英寸和1个5.25英寸驱动器槽，尺寸标准为8.0英寸10.5英寸，长度被进一步缩短。Pico BTX主板结构示意图如图3-54所示。,3.6 市场主板产品介绍,1华硕P5K3 Premium华硕P5K3 Premium主板的外观如图3-55所示。,2技嘉GA-P35C-DS3R技嘉GA-P35C-DS3R主板的外观如图3-56所示。,3捷波悍马HA03捷波悍马HA03主板的外观如图3-57所示。,本章结束,
