計算機(jī)主板介紹課件

第4章

主

板4.14.24.34.4主板的結(jié)構(gòu)及規(guī)格主板與部件的連接主板芯片組和總線主板上的功能元件4.1主板的結(jié)構(gòu)及規(guī)格1．ATXATX主板，如圖4.1所示，由Intel公司在1995年推出，用來取代過去的AT主板，它是目前最常見的主板結(jié)構(gòu)。ATX主板最大尺寸為12英寸×9.6英寸（305mm×244mm），明確規(guī)定了主板上各部件的位置和高度限制、螺絲孔位，只要是ATX主板其尺寸與元件布局都相差不多。圖4.1ATX主板結(jié)構(gòu)4.1主板的結(jié)構(gòu)及規(guī)格2．MicroATX1998年，Intel公司推出了新的MicroATX主板，如圖4.2所示，用它來降低主板制造成本和對電源的需求。MicroATX是從ATX主板修改而來的，主板長度縮減，變成正方形的9.6英寸×9.6英寸（244mm×244mm）。MicroATX主板孔位、高度限制與ATX相同，可使用ATX或SFX電源，但PCI擴(kuò)展槽和其他接口相對減少了，所以MicroATX主板俗稱“小板”。圖4.2MicroATX主板結(jié)構(gòu)4.1主板的結(jié)構(gòu)及規(guī)格4．BTXBTX是Intel公司推出的新型主板架構(gòu)BalancedTechnologyeXtended的簡稱，BTX主板能夠在不犧牲性能的前提下做到體積最小，但目前仍未廣泛使用。圖4.4為BTX主板結(jié)構(gòu)。圖4.4BTX主板結(jié)構(gòu)4.1主板的結(jié)構(gòu)及規(guī)格BTX主板具有如下特點(diǎn)：

根據(jù)板型寬度的不同分為標(biāo)準(zhǔn)BTX（325.12mm），MicroBTX（264.16mm）、PicoBTX（203.20mm）。

支持Low-profile，即窄板設(shè)計，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊。

針對散熱和氣流的運(yùn)動，對主板的線路布局進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。

主板的安裝更加簡便，機(jī)械性能經(jīng)過最優(yōu)化設(shè)計。

支持ATX12V、SFX12V、CFX12V和LFX12V等多種電源規(guī)范。4.2主板與部件的連接主板提供插座和插槽承載部件，通過接口連接設(shè)備。ATX主板的插座、插槽和接口如圖4.5所示。圖4.5ATX主板的插座、插槽和接口4.2.1插座和插槽如圖4.6所示，LGA775（SocketT）是IntelCore2Duo（酷睿2雙核）和Quad（酷睿2四核）及較早的PentiumD、PentiumEE系列處理器的接口，用觸點(diǎn)連接方式代替針腳式接口。（a）

（b）

（c）

圖4.6IntelCPU插槽Socket478（a）、LGA775（b）和LGA1366（c）4.2.1插座和插槽如圖4.7所示，SocketAM2是AMD公司在2006年發(fā)布的支持雙通道DDR2內(nèi)存的AMD64位桌面CPU的接口標(biāo)準(zhǔn)，雖然同樣具有940根針腳，但SocketAM2與原有的Socket940在針腳定義及針腳排列都不相同，并不互相兼容。目前采用SocketAM2接口的有低端的Sempron、中端的Athlon64、高端的Athlon64X2及Athlon64FX等AMD桌面CPU。AM2+接口則在AM2的基礎(chǔ)上增加了對HyperTransport3.0和分隔電源層的支持，主要支持AMD羿龍CPU，與AM2相互兼容，但如果AM2+CPU安裝到AM2接口則功能會受到限制。SocketAM3是AMD羿龍II系列CPU使用的接口，AM3CPU開始全面兼容DDR3內(nèi)存，SocketAM3向下兼容SocketAM2+和SocketAM2，但是SocketAM2/AM2+不能兼容SocketAM3CPU。

（a）

（b）

（c）

（d）圖4.7AMDCPU插槽Socket754（a）、Socket940（b）、SocketAM2（c）和SocketAM3（d）4.2.1插座和插槽（2）內(nèi)存插槽主板上的內(nèi)存插槽用來插入內(nèi)存。有168-PinDIMM、184-PinDIMM與184-PinRIMM、240-PinDDR2DIMM與240-PinDDR2RIMM幾種，分別插入SDRAM、DDRSDRAM和RDRAM、DDR2SDRAM和DDR2RDRAM類型的內(nèi)存。其中240-PinDDR2DIMM是目前的主流內(nèi)存插槽，184-PinDIMM和168-PinDIMM已逐漸退出市場，至于RIMM一般只在服務(wù)器級主板中使用。240-PinDDR3DIMM是最新的DDR3內(nèi)存插槽。如圖4.8所示為DDR、DDR2、DDR3內(nèi)存插槽。(a)(b)圖4.8240-PinDDR2DIMM、DDR3DIMM（a）和184-PinDIMM插槽（b）4.2.1插座和插槽一些老式主板上還帶有ISA（工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)）總線插槽，ISA是美國IBM公司為286計算機(jī)制定的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線，總線寬度是16位，總線頻率為8MHz，如圖4.9所示，左邊最長的插槽為ISA插槽，中間5個相同的白色插槽為PCI插槽。圖4.9ISA插槽和PCI插槽4.2.1插座和插槽（2）AGP插槽AGP是連接控制芯片和AGP顯卡的點(diǎn)對點(diǎn)連接，但習(xí)慣上依然稱其為AGP總線。AGP總線直接與主板的北橋芯片相連，通過該接口也可讓顯示芯片與系統(tǒng)內(nèi)存直接相連，避免了窄帶寬的PCI總線形成的系統(tǒng)瓶頸，增加3D圖形數(shù)據(jù)傳輸速率，同時在顯存不足的情況下還可以調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)存。并行性允許CPU訪問系統(tǒng)RAM與AGP顯卡訪問AGP內(nèi)存同時進(jìn)行。AGP的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格為AGP8×/4×/2×/1×，在AGP2×標(biāo)準(zhǔn)下可以提供的數(shù)據(jù)傳輸速率為533MB/s，在8×標(biāo)準(zhǔn)下可以提供2.1GB/s的傳輸速率。圖4.10為不同傳輸標(biāo)準(zhǔn)的AGP插槽。(a)(b)(c)圖4.10AGP1×/2×（a）、AGP4×（b）和AGP8×（c）4.2.1插座和插槽（3）PCIExpress插槽PCIExpress簡稱PCI-E，它的接口根據(jù)總線位寬不同而存在差異，包括×1、×4、×8、×16模式，而×2模式用于內(nèi)部接口而非插槽模式。PCI-E插?？梢詮?條通道連接到

32條通道，有非常強(qiáng)的伸縮性，以滿足不同設(shè)備對數(shù)據(jù)傳輸帶寬的需求。此外，較短的PCI-E卡可以插入較長的PCI-E插槽中使用。PCI-E×1插槽的250MB/s傳輸速率已經(jīng)可以滿足主流聲效芯片、網(wǎng)卡芯片和存儲設(shè)備對數(shù)據(jù)傳輸帶寬的需求，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足圖形芯片對數(shù)據(jù)傳輸帶寬的需求。PCIExpress×16插槽，如圖4.11所示，目前基本上取代了AGP插槽成為顯卡的接口標(biāo)準(zhǔn)，它提供5GB/s的帶寬（實(shí)際可達(dá)4GB/s），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過AGP8×的2.1GB/s的帶寬，所以PCIExpress可以大幅提高中央處理器（CPU）和圖形處理器（GPU）之間的數(shù)據(jù)傳輸速率。4.2.2設(shè)備接口1．內(nèi)部設(shè)備接口（1）主板電源接口和CPU風(fēng)扇電源接口電源支撐著主板和其連接設(shè)備的運(yùn)行。

主板的電源接口用于連接電源，為主板供電。一般主板上的電源插座為20-Pin如圖4.12（a）所示。插座雙排設(shè)計，這些針腳彼此都套在形狀不同的塑膠護(hù)框內(nèi)，且?guī)в蟹较蛐裕圆粫邋e。CPU風(fēng)扇接口用來為風(fēng)扇提供電力，提供主板對風(fēng)扇的控制信號。一般主板廠商會在主板上安置3-Pin或4-Pin的CPU風(fēng)扇接口或系統(tǒng)風(fēng)扇接口（如圖4.12（a）、（c）所示），4-Pin風(fēng)扇接口首先出現(xiàn)在LGA775主板上，可根據(jù)CPU傳感器測量的溫度來智能調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。此接口旁一般標(biāo)有CPUFAN字樣，注意與其他4-Pin接口區(qū)別。4.2.2設(shè)備接口

（a）（b）（c）圖4.12主板的20-Pin電源接口（a）和3-Pin（b）、4-Pin（c）風(fēng)扇接口4.2.2設(shè)備接口（2）IDE接口和軟驅(qū)FDC接口如圖4.13所示，IDE接口用來連接硬盤和光驅(qū)等IDE存儲設(shè)備，主板上IDE接口一般有兩個：IDE1和IDE2。在接口邊的PCB上標(biāo)有IDE編號，通常藍(lán)色的IDE接口為IDE1，白色（或黑色）的為IDE2。軟驅(qū)接口比IDE接口稍短一點(diǎn)。目前市場上的軟驅(qū)規(guī)格統(tǒng)一，所以不必?fù)?dān)心型號問題。（a）（b）圖4.13IDE接口（a）和軟驅(qū)接口（b）4.2.2設(shè)備接口2．外部I/O接口如圖4.15所示，為主板外部I/O接口一覽圖。（1）VGA接口整合了顯示芯片的主板上具有VGA接口。它是顯卡輸出模擬信號的接口，也叫D-Sub接口。VGA接口是應(yīng)用最廣泛的顯卡接口類型，多數(shù)顯卡都帶有此接口。圖4.15主板外部I/O接口一覽4.2.2設(shè)備接口（2）DVI接口和HDMI接口DVI（DigitalVisualInterface，數(shù)字視頻接口）和HDMI（HighDefinitionMultimediaInterface，高清晰多媒體接口）是較新的數(shù)字視頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口。DVI接口是近年來隨著數(shù)字化顯示設(shè)備發(fā)展起來的一種顯示接口。HDMI接口提供高達(dá)5Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸帶寬，可以傳送無壓縮的音頻信號及高分辨率視頻信號，幾乎成為目前液晶電視等高清顯示設(shè)備的必備接口。（3）3.5mm模擬音頻接口和S/PDIF接口3.5mm模擬音頻接口（如圖4.16所示）主要用于連接耳機(jī)、音箱、麥克風(fēng)等，獨(dú)立聲卡或集成聲卡的主板上都有這些接口。它符合PC‘99規(guī)格，采用彩色接口，容易辨別。其中藍(lán)色為Speaker接口，紅色為Mic接口，綠色為Line-in接口。Speaker接口連接音箱、耳機(jī)等音頻輸出設(shè)備。Mic是麥克風(fēng)的輸入口，主要有兩個作用：一是給麥克風(fēng)提供工作電壓，二是把麥克風(fēng)信號無衰減地提供給放大器。圖4.163.5mm模擬音頻接口4.2.2設(shè)備接口S/PDIF（Sony/PhilipsDigitalInterfaceFormat）接口是一種數(shù)字傳輸接口，普遍使用光纖和同軸電纜輸出，如圖4.17所示，它能保持高保真的輸出結(jié)果。集成了顯示芯片的主板上一般有一個S/PDIF輸出接口（黃色），有些還有一個S/PDIF輸入接口（紅色）。其主要作用是改善音質(zhì)，提高信噪比，提供更加純正的聽覺效果。支持S/PDIF技術(shù)的聲卡提供S/PDIFIn、S/PDIFOut接口。如果有數(shù)字解碼器或帶有數(shù)字音頻解碼的音箱，可以使用S/PDIF接口作為數(shù)字音頻輸出，使用外置的DAC（Digital-AnalogConverter，數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器，簡稱數(shù)模轉(zhuǎn)換器）進(jìn)行解碼，以達(dá)到更好的音質(zhì)。（a）

（b）圖4.17同軸電纜（a）和S/PDIF接口（b）4.2.2設(shè)備接口（5）鼠標(biāo)和鍵盤PS/2接口PS/2接口是臺式機(jī)上較常見的一種鼠標(biāo)和鍵盤專用的6針圓型接口。但鼠標(biāo)只使用其中的4針傳輸數(shù)據(jù)和供電，其余2個為空腳。PS/2接口的傳輸速率比COM接口稍快一些，而且是傳統(tǒng)ATX主板的標(biāo)準(zhǔn)接口，不支持熱插拔。需要注意，在連接PS/2接口鼠標(biāo)時不能錯誤地插入鍵盤PS/2接口（當(dāng)然，也不能把PS/2鍵盤插入鼠標(biāo)PS/2接口）。標(biāo)準(zhǔn)主板的PS/2接口，鼠標(biāo)接口為綠色，鍵盤接口為紫色。另外，也可以從PS/2接口的相對位置來判斷：靠近主板PCB的是鍵盤接口，上方的是鼠標(biāo)接口?，F(xiàn)在新型主板已經(jīng)完全取消了PS/2接口，轉(zhuǎn)而采用即插即用的USB接口連接鼠標(biāo)和鍵盤。（6）USB接口USB接口標(biāo)準(zhǔn)有兩個，分別為USB1.1和USB2.0，它們之間最顯著的區(qū)別是傳輸速率的不同。USB2.0是最新的USB設(shè)備規(guī)范，理論上最高能達(dá)到480Mb/s的傳輸速率；而USB1.1的理論傳輸速率僅為12Mb/s。USB設(shè)備接口向下兼容，支持USB2.0設(shè)備的USB接口同樣也支持USBl.1設(shè)備。USB接口可以有多種類型，常見的扁口USB為TypeA型，它對應(yīng)TypeA型的USB插座；方口的USB為TypeB型；另外手機(jī)上常用的一種小口USB，稱為miniUSB。4.2.2設(shè)備接口如圖4.19所示，從左至右依次為8-Pinmysteryplug（插頭）、Mini-Bplug、B-typeplug、A-typereceptacle（插座）、A-typeplug。圖4.19不同的USB接口

4.2.2設(shè)備接口（7）打印機(jī)接口并行接口（如圖4.20所示）一般用來連接打印機(jī)或掃描儀，采用25-Pin的DB-25接頭。并口的工作模式主要有三種，主要使用ECP+EPP模式。圖4.20并行接口SPP標(biāo)準(zhǔn)工作模式：單向半雙工傳輸，傳輸速率僅為15Kb/s，是傳統(tǒng)的工作模式。EPP增強(qiáng)型工作模式：雙向半雙工數(shù)據(jù)傳輸，兼容SPP，傳輸速率可達(dá)2Mb/s。ECP擴(kuò)充型工作模式：雙向全雙工數(shù)據(jù)傳輸，由于采用壓縮傳輸方式，傳輸圖像時比EPP更快。4.2.2設(shè)備接口（9）串行接口串行接口，簡稱串口，主要用于串行逐位（bit-by-bit或bitwise）數(shù)據(jù)傳輸。常見的有應(yīng)用于PC的RS-232（使用25-Pin或9-Pin連接器，如圖4.22所示），應(yīng)用于工業(yè)計算機(jī)的半雙工RS-485與全雙工RS-422。（a）

（b）圖4.22RS-232插頭（a）和接口（b）4.3主板芯片組和總線4.3.1主板芯片組1．芯片組的構(gòu)成按照在主板上排列位置不同，芯片組通常分為北橋芯片和南橋芯片。北橋芯片對CPU類型和主頻、內(nèi)存類型和最大容量、ISA/PCI/AGP/PCI-E插槽、ECC糾錯等提供支持。南橋芯片則對KBC（鍵盤控制器）、RTC（實(shí)時時鐘控制器）、USB（通用串行總線）、SATA/IDE數(shù)據(jù)傳輸方式和ACPI（高級能源管理）等提供支持。其中北橋芯片起著主導(dǎo)性的作用，也稱主橋（HostBridge）。對照主板的實(shí)物圖可以看出，北橋位于CPU和內(nèi)存插槽附近，南橋則靠近各種擴(kuò)展插槽。注意，在Intel芯片組上，MCH相當(dāng)于北橋芯片，ICH相當(dāng)于南橋芯片。圖4.23為典型的主板芯片組結(jié)構(gòu)圖。4.3.1主板芯片組圖4.23典型的主板芯片組結(jié)構(gòu)（a）和IntelP35芯片組結(jié)構(gòu)圖（b）4.3.1主板芯片組2．集成顯卡的芯片組集成顯卡的芯片組是指芯片組集成了顯示芯片，如圖4.24所示，使用這種芯片組的主板不需另外安裝獨(dú)立顯卡就可實(shí)現(xiàn)顯示功能，以滿足一般的家庭娛樂和商業(yè)應(yīng)用，節(jié)省用戶購買顯卡的開支。集成顯卡的芯片組也叫整合型芯片，這樣的主板被稱為整合型主板。圖4.24NVIDIA公司支持IntelCPU的MCP7A主板在北橋中集成了GeForce9400顯示芯片4.3.1主板芯片組3．芯片組和主板的關(guān)系一般來說，芯片組提供哪些功能，主板就會配置相應(yīng)功能。不過有時主板廠商基于競爭和成本的考慮，還會加上芯片組未提供的功能，也有可能不提供芯片組所提供的部分功能。例如，部分芯片組可支持4GB（甚至更高）的內(nèi)存容量，不過真正做到主板上時，必須考慮內(nèi)存插槽的數(shù)量與布線方式。例如，主板可以只搭配3條內(nèi)存插槽，每個插槽最高支持1GB，此時主板只能支持3GB的總內(nèi)存。又如，有些主板會提供SerialATA、IDE/SATARAID、IEEE394支持，以及過熱保護(hù)、快速還原、個性化開機(jī)界面等功能，其中有些是芯片組未提供的功能，是由生產(chǎn)商自行開發(fā)配備的，用以提高主板的附加值。4.3.2由主板承載的系統(tǒng)總線1．總線的概念（1）總線寬度。總線寬度（或總線位寬）是指總線每次可傳輸多少位信息。位寬越大，單位時間傳送的信息越多。

（2）總線頻率。頻率的單位是Hz（赫茲），表示電流或信號每秒變換幾次。由于電信號的速度非?？欤猿Ｓ玫礁蟮膯挝弧狹Hz（MegaHz，兆赫茲）、GHz（吉赫茲）。（3）總線帶寬。簡單地說，總線帶寬（Bandwidth）指在單位時間內(nèi)可以傳送的信息總數(shù)。我們知道，總線帶寬表示一次可傳送的位數(shù)，而總線頻率則指每秒可以傳送多少次。綜合兩者，有下列公式：總線帶寬（Mb/s）

=總線頻率（MHz）×總線位寬（b）4.3.2由主板承載的系統(tǒng)總線2．總線的分類總線按其相對于CPU或其他芯片的位置可分為內(nèi)部總線和外部總線。

內(nèi)部總線：在CPU與寄存器之間、算術(shù)邏輯部件ALU與控制部件之間傳輸數(shù)據(jù)所用的總線。

外部總線：指CPU與內(nèi)存、ROM與輸入/輸出設(shè)備接口之間進(jìn)行通信的通路?？偩€按功能可分為地址、數(shù)據(jù)和控制總線。

地址總線：用來傳送地址信息，目前多采用32位地址線。

數(shù)據(jù)總線：用來傳送數(shù)據(jù)信息，其大小也就是前面提過的“寬度”。

控制總線：用來傳送各種控制信號，例如，數(shù)據(jù)從部件A傳送至部件B，當(dāng)傳送完畢時，系統(tǒng)會在控制總線中發(fā)出一個信號告知部件B?？偩€按其作用范圍劃分，主要有系統(tǒng)總線和局部總線。

系統(tǒng)總線：ISA（AT）標(biāo)準(zhǔn)，MCA，EISA，VESA，PCI，AGP。

局部總線：VESA，LocalBusPCI（PCI局域總線）。4.3.2由主板承載的系統(tǒng)總線3．幾種重要的總線（1）前端總線。前端總線（FSB，F(xiàn)rontSideBus）也稱ProcessorBus、SystemBus或ProcessorSystemBus（PSB），該通道上接CPU、下連北橋芯片，是CPU對外聯(lián)絡(luò)的唯一通道。（2）內(nèi)存總線。顧名思義，內(nèi)存總線（MemoryBus）是北橋和內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳送通道，它一端與北橋芯片連接，另一端連接內(nèi)存插槽。（3）PCI總線。它是目前應(yīng)用最廣插槽最多的總線；早期還作為南、北橋芯片的連接總線，目前則獨(dú)立分離出來，直接連在南橋芯片上。（4）AGP總線和PCI-E總線。AGP總線是提供給視頻信息傳輸?shù)膶Ｓ猛ǖ溃欢诉B接AGP插槽，另一端連接北橋芯片。（5）南/北橋通道。南/北橋通道是專門提供給南橋芯片（SouthBridge）與北橋芯片（NorthBridge）間的“高速總線”，它取代了以往與PCI總線“共用頻率”的方式，以應(yīng)付日益龐大的信息量。4.3.2由主板承載的系統(tǒng)總線4．主板與總線的關(guān)系當(dāng)前的計算機(jī)各部件速度不一，若仍然使用同一頻率，勢必會拖累高速設(shè)備，影響系統(tǒng)性能。利用多種頻率，可以讓不同速度的部件彼此協(xié)調(diào)，共同運(yùn)行。總線是為不同部件服務(wù)的，所以不同類型的總線其頻率不同。主板如何為不同總線產(chǎn)生合適的頻率呢？在主板中有一組時鐘脈沖發(fā)生器（ClockGenerator，見圖4.25），負(fù)責(zé)以33.3MHz的頻率產(chǎn)生脈沖，并送至各個電子元件。該頻率送至各電子元件時，可以根據(jù)各自的需要，配合倍頻器或除頻器來提高或降低頻率。倍頻器是在每次收到一個信號后，產(chǎn)生數(shù)個信號以提高頻率；除頻器則是每收到數(shù)個信號之后，只放出一個信號以降低頻率。圖4.25時鐘脈沖發(fā)生器芯片4.3.2由主板承載的系統(tǒng)總線例如，時鐘脈沖發(fā)生器通過PCI總線外圍設(shè)備提供33MHz的時鐘信號。其中，前端總線（FSB）與圖形加速接口（AGP）總線的時鐘頻率經(jīng)北橋時鐘倍頻后間接獲得，如可用4倍頻（133MHz）的方式運(yùn)行。圖4.26為時鐘脈沖發(fā)生器給各元件提供不同時鐘信號示意圖。圖4.26時鐘脈沖發(fā)生器為各元件提供不同的時鐘信號4.4主板上的功能元件1．芯片組芯片組由北橋和南橋組成，它是主板的中樞，不同芯片組廠商生產(chǎn)的南/北橋芯片不同。北橋芯片是主板上離CPU最近的一塊芯片，負(fù)責(zé)與CPU的聯(lián)系，并控制內(nèi)存、AGP、PCI數(shù)據(jù)在北橋內(nèi)部傳輸。由于該芯片一直安放在主板的上部而被命名為北橋芯片。Intel公司從815芯片組開始就已經(jīng)放棄了南/北橋這種說法，Intel的MCH相當(dāng)于北橋芯片，它是內(nèi)存控制器中心，負(fù)責(zé)連接CPU、顯卡總線和內(nèi)存。北橋芯片組工作時發(fā)熱量很大，通常配有散熱器，一些高