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主板基础知识

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主板

主板(Main Board,Mother Board,System Board)是电脑中最大的一块电路板,上面布满了各种插槽(可连接声卡、显卡、MODEM等)、接口(可连接鼠标、键盘等)、电子元件,它们都有自己的职责,并把各种周边设备紧紧连接在一起。主板性能的好坏对电脑的总体指标将产生举足轻重的影响。

除所支持的CPU类型外,主板的重要特征就是总线的类型。控制芯片和扩展槽之间也有数据通道,叫做扩展总线或局部总线。扩展总线允许用户通过安装扩展卡来扩充计算机的功能。通常每块主板提供5-8个扩展槽,它们可能是不同的总线类型。同一类型的连接槽是相通的,所以板卡基本可以插入任何一个槽中。扩展槽的每一边都有针,它和所插入板卡的连接器边缘相接触。主板上主要有两大类扩展槽,黑色的为ISA(Industry Standard Architecture,工业标准架构),白色的为PCI。ISA已被淘汰,PCI是现在较普遍的一种。

主板结构

所谓主板结构,就是根据主板上各元器件的布局排列方式、尺寸大小、形状、所使用的电源规格等制定出的通用标准,所有主板厂商都必须遵循。主板结构分为AT、Baby-AT、ATX、Micro ATX、LPX、NLX、Flex ATX、EATX、WATX以及BTX等。其中,AT和Baby-AT是多年前的老主板结构,现在已经淘汰。而LPX、NLX、Flex ATX则是ATX的变种,多见于国外的品牌机。EATX和WATX则多用于服务器/工作站主板。ATX是最常见的主板结构,扩展插槽较多,PCI插槽数量在4-6个。Micro ATX又称Mini ATX,是ATX结构的简化版,就是常说的“小板”,扩展插槽较少,PCI插槽数量在3个或3个以下,多用于品牌机并配备小型机箱。BTX则是英特尔制定的较新一代主板结构。

芯片组

芯片组(Chipset)是构成主板电路的核心,决定了主板的级别和档次。它就

是北桥芯片(NBC,North Bridge Chip)和南桥芯片(SBC,

South Bridge Chip)的统称。芯片组把复杂的电路和元件最大限度地集成在几颗芯片内。

北桥 主内,系统控制芯片,也称为主桥(Host Bridge),决定了主板可以支持的CPU种类,主要负责控制内存类型和容量,控制内存、AGP和PCI 数据在北桥内部传输,提供对CPU的主频、前端总线频率、ISA/PCI/AGP插槽、ECC内存纠错等的支持。掌控项目多为高速设备。整合型芯片组的北桥芯片还集成了显示核心、内存控制器、Cache高速控制器等。

 CPU与Cache、内存之间的交流与控制  AGP(图形加速端口)控制  PCI总线的控制

 CPU与外设之间的交流

1 南桥 主外,系统I/O芯片,主要负责控制设备的中断、各种总线和系统的通信,主要管理中低速外部设备。集成了中断控制器、DMA控制器。

 PS/2(鼠标)、KB(键盘)等输入输出控制  USB、PCI、IEEE 1394等总线控制  IDE、SATA、RAID等存储控制  音频、网卡等I/O芯片控制

 SYSTEM CLOCK(系统时钟)控制  IRQ(中断请求)控制  DMA(直接存取)控制

总线

总线(bus)是由导线组成的将信息从一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的传输线束,通俗地说,就是用于在多个部件间传输信息的公共通信干线。公用就需要计算机组件间达成规范化的交换数据的方式,即总线以一种通用的方式为各组件提供数据传送和控制逻辑。每条线路在一个工作周期内仅能负责传输一个比特,因此,必须同时采用多条线路才能发送更多数据,而总线可同时传输的数据数就称为宽度(width),以比特为单位,总线宽度愈大,传输频率越高,传输性能就愈佳,即总线的带宽(单位时间传输的总数据数,常用Mbit/s表示)越大。有些场合则使用更接近感知习惯MB/s(Mega-Bytes/sec)描述带宽。按照所传输的信息种类,总线可以划分为典型的数据总线(Data Bus)、地址总线(Address Bus)和控制总线(Control Bus),分别用来传输数据、地址数据和控制信号。有的系统中,数据总线和地址总线是复用的,即总线在某些时刻出现的信号表示数据而另一些时刻表示地址。

就实物连接可分为两大类:

CPU与芯片组,芯片组与内存、PCI、AGP等。CPU与缓存的连接通过后端总线,与北桥芯片的连接通过前端总线。北桥芯片与内存的连接即为系统总线,与其他设备的连接总线另有名称。外部扩展设备和CPU之间的联络一般要经过控制芯片,其控制芯片和接口/扩展槽间的通道可统称为扩展总线(Expansion-Bus)或局部总线。

板载部件

板载RAID

RAID(Redundant Array of Inexpensive Disks,廉价磁盘冗余阵列)包含多块硬盘,但在操作系统下是作为一个的大型存储设备出现的。好处:通过把多个磁盘组织在一起,作为一个逻辑卷,提供磁盘跨越功能;通过把数据分成多个数据块(Block)并行写入/读出多个磁盘,以提高访问磁盘的速度;通过镜像或校验操作,提供容错能力。最初开发RAID时几块小容量硬盘的价格总和要低于大容量的硬盘。目前RAID在节省成本方面的作用并不明显,但可以充分发挥出多块硬盘的优势,实现远远超出任何一块单独硬盘的速度和吞吐量。除了性能上的提高之外,RAID还可以提供良好的容错能力,在任何一块硬盘出现问题的情况下,阵列都可以继续工作,不会受到损坏硬盘的影响。

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(可以代表主板)显示芯片

有显示芯片的主板不需要显卡就能实现普通的显示功能,以满足一般的家庭娱乐和商业应用,节省购买显卡的开支。板载显示芯片可分为两种类型:整合到北桥芯片内部的显示芯片以及板载的显示芯片。市场中,大多数板载显示芯片的主板都是前者,而后者则比较少见。

声卡芯片

声卡是一台多媒体电脑的重要设备,声卡有板载声卡和声卡之分,板载声卡有软声卡和硬声卡之分。这里的“软硬”对应着板载声卡是否具有声卡主处理芯片。板载软声卡没有主处理芯片,只有一个解码芯片,通过CPU来代替声卡主处理芯片发挥运算作用。而板载硬声卡带有主处理芯片,很多音效处理工作就不再需要CPU参与了。因为板载软声卡没有声卡主处理芯片,在处理音频数据时,会占用部分CPU资源,在CPU主频不太高的情况下,会略微影响到系统性能。目前CPU主频早已用GHz来进行计算,而音频数据处理量却增加得并不多,对系统性能的影响也微乎其微了。

“音质”问题是板载软声卡一大弊病,比较突出的就是信噪比较低。其实这个问题并不是因为板载软声卡对音频处理有缺陷造成的,主要是因为主板制造厂商设计板载声卡时的布线不合理,以及用料做工等方面过于节约成本造成的。而对于板载的硬声卡,则基本不存在以上两个问题,其性能基本能接近并达到一般声卡,完全可以满足普通家庭用户的需要。

板载ALC650声卡芯片

网卡芯片

主板网卡芯片是指整合了网络功能的主板所集成的芯片,在主板的背板上也有相应的网卡接口。在使用相同网卡芯片的情况下,板载网卡与网卡在性能上没有什么差异。而且相对于网卡,板载网卡也具有独特的优势。首先,是降低了用户的采购成本;其次,可以节约系统扩展资源,不占用网卡需要占用的PCI插槽或USB接口等;再次,能够实现良好的兼容性和稳定性,不容易出现网卡与主板兼容不好或与其它设备资源冲突的问题。

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板载RTL8100B网卡芯片

内部接口

电源接口

不同机箱有不同电源组。AT结构的6PIN分离式电源插头在ATX结构中被

一个20PIN的双列插头所代替,并带有反插保护。

ATX电源输出电压组在AT电源的正负12V和5V外还提供了3.3V电压输出,直接为部分3.3V的设备供电。

PC中沿用很多电源接口。传统的4-PIN D型电源接口可用于对光驱、硬盘、部分显卡等辅助供电。

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典型的4-PIN D型电源接口

6-PIN EPS辅助电源接口

软驱电源接口

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20-PIN ATX主板电源接口

20-PIN ATX主板电源插座

24-PIN ATX主电源接口

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20PIN+4PIN电源接口,可以兼容两种插座

千万不要这样做!

这个4-PIN接口只能用于主电源,并非12V AUX辅助电源接口

通常主电源接口会离这里比较远

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这才是真正的12V AUX辅助电源接口

它采用2根黄色电源线与2根黑色电源线组合而成

一些主板也可以使用普通D型接口 弥补老式电源没有12V AUX辅助供电的缺憾

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AGP接口

AGP(Accelerated Graphics Port,图形加速端口)为褐色插槽,专用于显卡。比较主流的AGP 8X总线理论支持2GB/s的数据传输速度。

主板上的AGP插槽

AGP接口速度与带宽 标准 带宽 AGP 1X 256MB/s AGP 2X 533MB/s AGP 4X 1066MB/s AGP 8X 2133MB/s

AGP 1X和2X使用3.3V供电,而AGP 4X和8X只需要1.5V供电。

上面的显卡为AGP 3.3V,左侧开有凹槽

中间的显卡开有2个凹槽,可兼容AGP 3.3V和AGP 1.5V,属于通用型产品

下面的显卡只能在AGP 4X或8X主板上使用,即AGP 1.5V。

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高端显卡功耗较大,必须采用4-PIN或6-PIN额外供电,才能正常运行。

4针脚

6针脚

很早的显卡使用AGP接口,现在有更强大的PCI Express(PCI-E)图形接口。

一块AGP显卡(上)与一块PCI-E显卡(下)

10 PCI & PCI-X接口

PCI(Peripheral Component Interconnect,外设部件互连总线)是一种先进的高性能局部总线,支持多个外设,同时还支持即插即用。PCI插槽是芯片组周边设备总线接口,通常用来安装声卡、网卡、视频采集卡等设备。主流主板使用的PCI标准是基于32位数据总线(可扩展为位)、以33MHz时钟频率运行的,提供133Mbps带宽。厂商并没有广泛使用时钟频率更高的66MHz PCI版本,因此,即便有这样的设备,也很难找到相应的主板。

PCI-X是PCI总线的一种扩展架构,采用位宽。与PCI总线必须频繁地

在目标设备和总线之间交换数据不同的是,

PCI-X则允许目标设备仅于PCI-X设备进行数据交换。同时,如果PCI-X设备没有数据传送,总线会自动将PCI-X设

备移除,以减少设备间的等待时间。所以,在相同的频率下,

PCI-X能提供比PCI高14-35%的性能。服务器常采用此类接口的网卡。

颜色一般为白色

第一个32bit PCI插槽的下面,是3个bit PCI-X插槽。其中绿色的插槽提供ZCR(Zero Channel RAID)支持。

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PCI插槽额定电压为3.3V

插槽左侧的突起就是防止插入老式5V扩展卡

金手指左侧凹进,与PCI插槽正好吻合

一个RAID卡在bit的PCI-X插槽上

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PCI-E接口

PCI-E(PCI Express)是目前最新的传输方式,不同于PCI-X或PCI的并行传输,PCI-E采用点对点的串行连接方式。根据总线接口位宽的不同,PCI-E

分为PCI Express 1X(标准250MB/s,双向500MB/s)、2X(标准500MB/s)、

4X(1GB/s)、8X(2GB/s)、16X(4GB/s)、32X(8GB/s)等。采用PCI-E接口的网卡多为千兆网卡。理论上PCI-E X16可以提供比AGP 8X多一倍的带宽。但实际测试中,当今的显卡还不能完全利用PCI-E的高带宽。

AGP显卡接口(上)与PCI-E接口(下)的比较

PCI Express Lanes Bandwidth per stream Bandwidth duplex 1 256MB/s 512MB/s 2 512MB/s 1GB/s 4 1GB/s 2GB/s 8 2GB/s 4GB/s 16 4GB/s 8GB/s

PCI-E X16插槽、两根PCI插槽和1根PCI-E 1X插槽

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针对NVidia SLI技术的双PCI-E插槽

中间是1根PCI-E X1插槽。

SATA接口

SATA(Serial Advanced Technology Attachment)用来代替传统的PATASATA属于点对点联接,即硬盘直接联接到主板。

一块主板上的4个SATA接口

SATA线缆

14 (并行总线)。外部接口

RJ45接口

网线有两种类型:普通网线,通常是预先制作好的双绞线;交叉线,为特别

的情况和联接使用。我们平时主要使用的就是以太网双绞线,插头俗称“水晶头”。

RJ45水晶头和PCI网卡

RJ11接口

RJ11主要用来连接调试解调器。RJ11接口和RJ45接口很类似,但只有6

个针脚位(RJ45为8)。

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USB接口

USB(Universal Serial Bus,通用串行总线)接口被设计为联接各种外部设备,譬如鼠标、键盘、移动硬盘、数码相机、VoIP电话(Skype)和打印机等。理论上一个USB控制器可连接127个USB设备,同时也减少了PC机I/O接

口数量。USB可以通过线缆传送电力,能够为移动硬盘提供电能(最大500mA、

5V)。USB接口分为三种:

 接口类型A通常在PC上出现

 接口类型B通常在USB设备上出现

 Mini-USB数码相机和摄像机、移动硬盘等设备经常使用

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左侧为A类型USB接口,右侧为B类型USB接口

Mini-USB接口

USB分插接头,通过2个USB接口供电,获得更大电能

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PS/2接口

名字源自于IBM PS/2,只用于连接鼠标与键盘,现被USB接口所取代。紫色接口连接键盘,绿色接口连接鼠标。

USB-PS/2转接头

外设端

主板端上易区分的彩色和单色PS/2接口

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VGA显示器接口

VGA(Video Graphics Array)接口是标准的PC到显示器的模拟视频信号

15-PINMini-D-SUB接口。传输接口,传输RGB(红绿蓝)、水平同步(H-Sync)

和垂直同步(V-Sync)信号。

IEEE 1394接口

一种串行接口标准,常称之为Firewire(Apple的名称)或i.Link(Sony的名称),IEEE 1394接口可用于电脑与手机、移动硬盘等设备之间的数据传输。它主要用于笔记本电脑,采用“级联”方式连接各个外部设备,最多可以连接63个设备。800Mbps IEEE 1394总线(Firewire-800)逐渐取代400Mbps IEEE 1394总线。6-PIN接口包含4条信号线和2条电源线,无需额外供电,而4-PIN接口只有信号线。Firewire-800接口增加一面针脚,使用9-PIN联接线。

Firewire扩展卡,提供1×4-PIN接口和2×6-PIN火线接口

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一头是6-PIN接口,另一头是4-PIN接口

整合供电的6-PIN接口

没有供电的4-PIN接口

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主板名词中英对照

ADIMM,Advanced Dual In-Line Memory Modules,高级双重内嵌式内存模块 AHA,Accelerated Hub Architecture,加速中心架构 CSE,Configuration Space Enable,可分配空间

DMI,Desktop Management Interface,桌面管理接口 EB,Expansion Bus,扩展总线

EISA,Enhanced Industry Standard Architecture,增强型工业标准架构 ESCD,Extended System Configuration Data,可扩展系统配置数据 FBC,Frame Buffer Cache,帧缓冲缓存

FSB,Front Side Bus,前置总线,即外部总线 FWC,Firmware Controller,固件控制器

GMCH,Graphics & Memory Controller Hub,图形和内存控制中心 GPIs,General Purpose Inputs,普通操作输入

ICH,Input/Output Controller Hub,输入/输出控制中心 KBC,Key Broad Control,键盘控制器

MCH,Memory Controller Hub,内存控制器中心 MDC,Mobile Daughter Card,移动式子卡

MIOC,Memory and I/O Bridge Controller,内存和I/O桥控制器 MRH-R,Memory Repeater Hub,内存数据处理中心 MRH-S,SDRAM Repeater Hub,SDRAM数据处理中心 MTH,Memory Transfer Hub,内存转换中心

NGIO,Next Generation Input/Output,新一代输入/输出标准 PH,-bit PCI Controller Hub,位PCI控制中心 PCBA,Printed Circuit Board Assembly,印刷电路板装配 PIIX,PCI ISA/IDE Accelerator,加速器 PXB,PCI Expander Bridge,PCI增强桥 QPA,Quad Port Acceleration,四接口加速 RTC,Real Time Clock,实时时钟

SAP,Side Band Address Port,边带寻址端口 SBA,Side Band Addressing,边带寻址

SIV,System Information Viewer,系统信息观察 SMA,Share Memory Architecture,共享内存结构 SMB,System Management Bus,全系统管理总线 SPD,Serial Presence Detect,内存内部序号检测装置 SSB,Super South Bridge,超级南桥芯片 STD,Suspend To Disk,磁盘唤醒 STR,Suspend To RAM,内存唤醒

SVR,Switching Voltage Regulator,交换式电压调节 TDP,Triton Data Path,系统数据路径

TSC,Triton System Controller,系统控制器

USDM,Unified System Diagnostic Manager,统一系统监测管理器 VID,Voltage Identification Definition,电压识别认证 VRM,Voltage Regulator Module,电压调整模块

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