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全面讲解电脑主板

宏基

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1# 大 中 小 发表于 2008-10-28 10:59  只看该作者

全面讲解电脑主板

时钟信号首先设定了一个基准，我们可以用它来确定其它信号的宽度，另外时钟信号能够保证收发数据双方的同步。对于CPU而言，时钟信号作为基准，CPU内部的所有信号处理都要以它作为标尺，这样它就确定CPU指令的执行速度。
　　

　　时钟信号频率的担任，会使所有数据传送的速度加快，并且提高了CPU处理数据的速度，这就是我们为什么超频可以提高机器速度的原因。要产生主板上的时钟信号，那就需要专门的信号发生器，也称为频率发生器。
　　但是主板电路由多个部分组成，每个部分完成不同的功能，而各个部分由于存在自己的独立的传输协议、规范、标准，因此它们正常工作的时钟频率也有所不同，如CPU的FSB可达上百兆，I/O口的时钟频率为24MHz，USB的时钟频率为48MHz，因此这么多组的频率输出，不可能单独设计，所以主板上都采用专用的频率发生器芯片来控制。
　　

　　频率发生器芯片的型号非常繁多，其性能也各有差异，但是基本原理是相似的。例如ICS
　　950224AF时钟频率发生器，是在I845PE/GE的主板上得到普遍采用时钟频率发生器，通过BIOS内建的“AGP/PCI频率锁定”功能，能够保证在任何时钟频率之下提供正确的PCI/AGP分频，有了起提供的这“AGP/PCI频率锁定”功能，使用多高的系统时钟都不用担心硬盘里面精贵的数据了，也不用担心显卡、声卡等的安全了，超频，只取决于CPU和内存的品质而已了。
　　二、总结
　　最后再让我们通过一张详细的大图来对主板来个彻底注释。
　　

　　1是整合音效芯片，2是I/O控制芯片，3是光驱音源插座，4是外接音源辅助插座，5是SPDIF插座，6是USB插头，7是机箱被开启接头，8是PCI插槽，9是AGP4X插槽，10是机箱前端通用USB接口，11是BIOS，12是机箱面板接头，13是南桥芯片，14是IDE1插口，15是IDE2插口，16是电源指示灯接头，17是清除CMOS记忆跳线，18是风扇电源插座，19是电池，20是软驱插座，21是ATX电源插座，22是内存插槽，23是风扇电源插座，24是北桥芯片，25是CPU风扇支架，26是CPU插座，27是12VATX电源插座，28是第二组音源插座，29是PS/2键盘及鼠标插座，30是USB插座，31是并串口，32是游戏控制器及音源插座，33是SUP_CEN插座。
　　主板是整个计算机的中枢，所有部件及外设都是通过它与处理器连接在一起，并进行通信，然后由处理器发出相应的操作指令，执行相应的操作，所以了解的主板结构对每一位学电脑，特别是学电脑维修的人员来说是非常重要的。很难想象一个连主板基本上分几个部分、每部分什么作用都分不清的人可以顺利地维修电脑。本文笔者就以一款华硕最新800MHz
　　FSB
　　P4主板带各位来具体洞察主板的五脏六腑。
　　为了便于读者有一个真实的感性认识，现以一块目前最新主板——华硕的P4P800-Deluxe主板来介绍，它支持最新的Intel
　　800MHz FSB，如图1所示，为了便于对照学习，已对主板中的各主要部分进行了标注。
　　

　　图1
　　主板结构从大体上来分的话，可以分为以下几个部分（几乎每一块同档主板结构都基本一样）：
　　1.
　　处理插座：
　　这自然是用来安装处理器（CPU）的。处理器插座的结构要根据相应主板所采用的处理器架构来具体决定。目前主要有两种处理器架构，即Socket和Slot。前者是在处理器芯片底部四周分布许多插针，通过这些针来与处理器插座接触，如图2左边所示的是Socket处理器插座，右边所示是Socket处理器背面图。采用这种处理器架构的主要有Intel奔腾处理器、Socket
　　7、PⅢ和赛扬处理器的Socket 370、P4处理器的Socket 423和Socket 478；AMD处理器K6-2所用的Socket
　　7、Athlon系列处理器用的Socket
　　462、最新Hammer处理器系列处理器也是用Socket架构，目前它可算是一种主流处理器架构，也是未来的发展方向。这么多Socke架构，往往不同的只是插针数及内部电路不同，外观基本一样。它有一个手柄，压下后处理器插针就可以与插座很好的接触。
　　注意这种架构的处理器在插入主板处理器插座时要注意方向，只有一个方向可以插入，要对准处理器与处理器插座的缺口位，千万别插反了，强行插入会把插针弄弯，甚至折断了。
　　另一种处理器架构就是Slot架构，它是属于单边接触型，通过金手指与主板处理器插槽接触，就像PCI板卡一样，在早期的PⅡ、PⅢ处理器中曾用到，Intel把它称之为“Slot
　　1”。AMD也过这种架构，称之为“Slot A”。两者不同的也只是具体接触边数量和内部电路有所区别，外观基本一样。如图3所示的左图是华硕的一款支持Slot 1
　　PⅢ处理器的主板，右边图所示的是Slot
　　1架构的Intel处理器。要注意这种处理器的安装也有方向的，通常也只能有一个方向可以安装，类似于内存的安装，主要是看准缺口。
　　

　　图3
　　说到处理器，就不能不说处理器的两个基本参数：（1）处理器主频（Frequency）,也俗称“处理器速度”(Speed)；（2）前端系统总线（Front
　　System
　　Bus，FSB）。前者是指处理器的实际工作频率，也即运行速度，就是指处理器的主频，如我们常说的2.6G\3.0G\3.06G等都是指处理器的主频，在一定程度上来说处理器的主频决定了处理器的性能，所以Intel在近两年利用它的处理器架构优势拼命拉开与AMD
　　差距就是这个原因。但也不是绝对的，处理器的综合性能还受许多因素制约，如缓存大小、总线频率等。
　　后者是指处理器总线的工作频率，它与处理器的核心频率相关。因自Intel
　　P4处理器以来，在同一时间内，处理器可以在一个周期内的上升、下降沿各执行2次操作指令，所以它的总线频率就是核心频率的4倍。目前最快的核心频率为200MHz，对应的总线频率就为800MHz。533MH
　　z和400MHz总线的核心频率对应为“166MHz”和“100MHz”。
　　目前计算机处理器市场中主要是Intel和AMD，在主频和总线频率上目前仍是由Intel在引领着市场潮流和方向，Intel的P4极限频率处理器800MHz
　　FSB
　　3.2GHz也于6月23号正式发布，而AMD目前的最高主频标称值虽也为“3200”，但实际频率中有2.2GHz。在总线频Intel在今年初就推出了800MHz的FSB，AMD的Operation也是800MHz
　　FSB，但是其桌面版Athlon 64按计划要等到今年9月30号。
　　2.
　　芯片组
　　芯片组是主板的核心，它对主板性能起决定性作用。正因如此，所以在新规格处理器推出之时必定会相应的主板芯片组同步推出，它是与处理器保持同步的。
　　主板芯片组主要分两部分，分别由一块单独的芯片负责，这两块芯片就是通常所说的南桥和北桥了。
　　图1中“3”所示位置是主板北桥芯片位置，图中是加了散热器，所以看不到北桥芯片。与之对应的就是如图1中标注为“14”的南桥芯片。通常北桥芯片是离处理器最近的一块芯片，这主要是考虑到北桥芯片与处理器之间的通信最密切，为了提高通信性能而缩短传输距离。南桥芯片离处理器比较远，因为它所连接的I/O总线较多，离处理器远一点有利于布线。图1所示主板中的南桥芯片如图4所示。
　　

　　图4
　　如图5所示的是Intel最新的i875P芯片组结构图，其它主板芯片组基本方框结构类似，不同的只是南、北桥芯片、连接的控制器及其互相连接的总线技术等。图中的82875P芯片就是北桥芯片，它直接与P4处理器相连；而ICH5芯片则是南桥芯片，它不与处理器直接相连，而是通过Intel的集线器结构（Intel
　　Hub
　　Architecture）与北桥芯片相连。由图中可以看出它们各自的主要功能。南桥芯片负责I/O总线之间的通信，如PCI总线、USB、LAN、ATA、SATA等，这些技术一般相对来说比较稳定，所以不同芯片组中可能南桥芯片是一样的，不同的只是北桥芯片。而北桥芯片主要负责内存了控制器、AGP图形卡与处理器之间的通信，因为内存标准与处理器一样变化比较频繁，所以不同芯片组中北桥芯片是肯定不同的，当然这并不是说所采用的内存技术就完全不一样，而是不同的芯片组北桥芯片间肯定在一些地方有差别。有的芯片组只有一个单芯片，即只有南桥芯片，北桥芯片功能集成在处理器中。
　　

　　图5
　　3. 内存插槽
　　内存插槽当然是用来插入内存的，它也是采用金手指接触法与内存条的金手指接触。俗称为“RAM
　　DIMM”。如图1中标注为“2”的就是4条内存插槽。注意不同的内存，内存插槽的结构也有所区别，从外观上来看主要体现在长度上的区别。目前主要有两种内存，一种是168线的SD内存，也就是说它有168个与插槽接触点，两面各84个金手指接触点；另一种就是现在主流的DDR内存，它是184线的。因为结构及电气性能（主要是指电压）都不同，所以两者不能通用。如图6所示上图是图1中标注为“2”部分的放大图。
　　

　　图6
　　从图中可以看出，华硕的这款支持800MHz
　　FSB的主板中，4条内存插槽用两种不同颜色区分（蓝色和黑色），这主要是因为最新的800MHz
　　FSB处理器支持双通道DDR内存，而要实现双通道必须成对地配备内存，用不同颜色区分就更加方便用户配置双通道，只需要将两条完全一样的DDR内存插入到同一颜色的内存插槽中即可。现在几乎所有支持双通道内存的主板都采用这样的颜色标注方法。注意插入内存时也要注意方向，并不是随便那个方向，可以先拿内存条与对应的内存条插槽比一下，看内存条的缺口位是否与插槽的凸起位是否吻合，否则强行插错后就会引起内存烧毁。通常正确插好后，内存固定得非常牢固，并且插槽两边的固定耳会准确地卡住内存的相应缺口上，如图6下图所示。
　　4.
　　PCI和AGP插槽
　　因为目前的主要内置板卡基本上都是采用PCI总线接口的，所以在主板当中插槽最多的肯定就是PCI，如图1所示主板中标注为“13”的就是PCI插槽，它通常采用乳白色。在这块主板中有5条PCI插槽，通常最少也有3条。原来一些计算机中还保留有ISA插槽，但随着ISA接口的外设日趋淘汰，现在新的主板上基本上都没有ISA插槽，但是也有例外，超微竟然在i875P芯片组主板中推出了3条ISA插槽，如图7所示。这样的复古行为到底有多少人领情真是很难预料。ISA插槽通常采用黑色，它比PCI接口插槽要长些，参见图7。
　　

　　图7　　在目前来说采用PCI总线接口的板卡主要有声卡、网卡、内置Modem、内置ADSL
　　Modem等，以前的显卡也主要是PCI接口的。要注意同一主板上这么多PCI插槽，都是通用的，可以随便选择一个未用的插上声卡、网卡或者内置Modem板卡，不过最好间距均衡一些，以便更好地散热。
　　说到PCI，就不能不说AGP总线接口了，它是专门从PCI接口中分离出来的，主要针对图形显示方面进行优化，专门用于图形显示卡。所以现在的显卡基本上都是AGP接口的。AGP卡又称“图形加速卡”。
　　AGP标准也经过了几年的发展，从最初的AGP
　　1.0、AGP2.0 ，发展到现在的AGP 3.0，如果按倍速来区分的话，主要经历了AGP 1X、AGP 2X、AGP 4X、AGP
　　PRO，目前最新片版本就是AGP 3.0，即AGP 8X。AGP 8X的传输速率可达到2.1GB/s，是AGP
　　4X传输速度的两倍。AGP插槽在如图1中的位置就是“12”。
　　AGP插槽通常都是棕色（以上三种接口用不同颜色区分的目的就是为了便于用户识别），还有一点需要注意的是它不与PCI、ISA插槽处于同一水平位置，而是内进一些，这使得PCI、ISA卡不可能插得进去当然AGP插槽结构也与PCI、ISA完全不同，根本不可能插错的。
　　这里要说明的一点就是这里所说的ISA、PCI和AGP都是在台式机中才可见到的，在笔记本电脑中，由于空间的限制不可能像台式机主板那样留样那么大条的插槽，而是采用一种专用的微型总线接口——PCMCIA，这种接口非常精细，占用空间小，它也主要是应用于网卡、Modem板卡之类，如图8所示的就是一款PCMCIA网卡，从图中可以清楚地看出这种总线接口的外观，因为这种结构的特殊性，所以要与其它设备连接的话（如电话线、网线等），都需要一条转接线。
　　

　　图8
　　最后介绍一下最新的接口标准，那就是PCI-Express，它原来的名称为“3GIO”，是由Intel提出的，很明显Intel的意思是它代表着下一代I/O接口标准。交由PCI-SIG（PCI特殊兴趣组织）认证发布后才改名为“PCI-Express”。这个新标准将全面取代现行的PCI和AGP，最终实现总线标准的统一。它的主要优势就是数据传输速率高，目前最高可达到10GB/s以上，而且还有相当大的发展潜力。当然要实现全面取代PCI和AGP也需要一个相当长的过程，目前能支持PCI-Express的芯片组主要是Intel的i875P，到目前为止几乎没有一款主板提供对它的支持。
　　5.
　　硬盘接口
　　硬盘接口当然是用来与硬盘进行连接的。目前主要有两种完全不同的硬盘接口标准，一种就是传统的并行ATA标准，也称IDE接口。另一种是最新的串行ATA，又称为“SATA”。两者的最根本区别当然还是传输速率，产行ATA的最新版本为ATA/133，它的传输数据为133MB/s，而SATA的第一版SATA
　　1.0的传输速率就可达到150MB/s，据说第二版、第三版传输速率分别可达到300MB/s、600MB/s，是传统并行ATA所无法达到的。
　　并行ATA自ATA
　　66版后就开始采用80芯40线的数据线，而串行SATA只需要15芯4线即可。数据线数量可大减少，这样一则更加有利于标准的继续发展，再则数据线减少后功耗自然就降下来了，同时还大大方便安装等。如图1所示“15”为传统并行ATA，即IDE接口，“16”所示的是串行SATA接口。如图9所示就是图1中相应部位的放大图。从放大图中可以更清楚地看清楚两种硬盘接口结构。注意这两种接口数据线都不能随便插，是有一定方向的，还好都有相应避免插错的措施，如在并行ATA数据线的一边涂有红边，另外有一个卡位，IDE插槽也有一个卡，对准后才算正确。
　　

　　图9
　　SATA也一样，它是“L”型的，更是只有一个方向可以插入。
　　说到硬盘接口，顺便也介绍一下软驱接口，因为现在来说软驱仍是计算机的基本配置之一，还没有那一种设备能全面取代软驱，尽管目前来说软驱是越来越少人用。
　　软驱在主板上的接口位置如图1所示的“17”号。
　　6.
　　电源接口
　　主板上的各部件要正常工作，就必须提供各种直流电源，这电源的提供是由交流电源经过整流、滤波后，由各路分离电路提供，然后经过相应的插头插入到计算机主板电源插座和各设备电源接口。如图1所示的“18”号位置就是主板上的电源插座。以前电源是采用AT结构的，AT电源是由P8和P9两组接口组成，每个接口分别有六个针脚，支持+5.0V，+12V，-5V，-12V电压，它不支持+3.3V电压。主板AT电源插座参见图10左图所示，而AT电源参见图11。
　　ATX与AT结构电源的最明显区别就是ATX电源在关机后，主板上的其中一路5V电源是不会断开的，除非拨了电源插头。这样的好处就是方便了远程唤醒之类的远程开机操作，通过软件就可以使得整个计算机在电源开机着凉的情况下开启系统，另外还增加3.3V低电压输出。目前的P4电源还有一个特别之处就是它不仅是采用ATX电源，而且还提供了一个4线12V电源，参见图10右图所示。ATX电源参见图11。
　　

　　图10
　　

　　图11
　　7.
　　外设接口
　　因为计算机中的外设都是通过主板进行连接的，所以在一块主板中会存在各种各样的外设接口，如键盘、鼠标接口，打印机接口、USB接口和IEEE
　　1394火线接口、网线接口，以及音视频输出/输入接口等。这部分接口在图1中的位置是从“4~11”，这部分放大图如图12所示。
　　

　　图12
　　在如图12中的“4”号位置是键盘和鼠标接口，它们的外观结构是一样的，但是不能用错。为了便于识别，通常以不同的颜色来区分，绿色的这个接口为鼠标接口，而紫色的这个为键盘接口。以前在586时代，键盘接口为大的圆口，而鼠标通常使用如图12“6”号位置的COM口，那时的电脑的COM口通常至少有2个。所以现在购买键盘和鼠标时一定要注意，以免买回来的不适合主板接口类型。通常为了区分，在购买键盘中以“大口”和“小口”来说明，而鼠标则以“圆口”和“扁口”来区分。
　　图12中的“5”号位置是并行接口，通常用于老式的并行打印机连接，也有一些老式游戏设备采用这种接口，目前比较少用，主要是因为它的传输速率较慢，不适合当今数据传输发展需求，正在被USB或IEEE
　　1394接口所取代。
　　图12中的“6”号位置为串行COM口，这在前面已经介绍。它主要是用于以前的扁口鼠标、Modem以及其它串口通信设备，它的不足之处也是数据传输速率低，也将被USB或IEEE
　　1394接口所取代。
　　图12中的“7”号和“9”号位置都是USB接口。它也是一种串行接口，目前最新的标准是2.0版，理论传输速率可达480MB/s。目前许多上设都采用这种设备接口，如Modem、打印机、扫描仪、数码相机等。它的优点就是数据传输速率高、支持即插即用、支持热拨插、无需专用电源、支持多设备无PC独立连接等。
　　图12中的“8”号位置是IEEE
　　1394接口，目前最新版本仍为IEEE 1394 95a版，最高传输速率为400MB/s，但它的IEEE 1394
　　b版将达到1.6GB/s的传输速率。它与USB类似，它也支持即插即用、热拨插、多设备无PC连接等。由于它的标准使用费比较高，目前仍受到许多限制，只是在一些高档设备中应用普遍，如数码相机、高档扫描仪等。
　　图12中的“10”号位置是指双绞以太网线接口，也称之为“RJ-45接口”。这要主板集成了网卡才会提供的，它是用于网络连接的双绞网线与主板中集成的网卡进行连接。
　　图12中的“11”号位置是指声卡输入/输出接口，这也要在主板集成了声卡后才提供的，不过现在的主板一般都集成声卡，所以通常在主板上都可以看到这3个接口。常用的只有2个，那就是输入和输入出接口。通常也是用颜色来区分，最下面红色的那个为输出接口，接音箱、耳机等音频输入设备，而最上面的那个浅蓝色的为音频输入接口，用于连接麦克风、话筒之类音频外设。
　　好了，介绍了以上这些后，主板的基本结构就介绍完了。当然主板上还有许多组件，如BIOS芯片、CMOS电池、跳线开关（DIP，有的主板有，有的没有）、功能芯片（声卡、网卡，甚至Modem芯片等）等等，这些都不是最主要的，相对来说比较简单，而且并不是每块主板都有这些全部，所以在此就作多介绍了。

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