主板的结构/工作原理

主板的结构/工作原理- -

                                      

　　主板无疑是电脑最核心的部件。目前，奔腾主板市场空前繁荣，据《计算机世界报》报导，奔腾主板来自数十个生产厂家，有近百种之多，如何从这么多种类的主板中选择呢？本节将从主板的原理与结构方面出发，揭开主板的神秘面纱，使读者对主板能有一个清晰的认识，对选购和装机都不无益处。

　　奔腾级AT主板的结构及工作原理
　　奔腾级主板的结构
　　下面是奔腾级主板的结构框图。由图中可以看到主板上的一些主要部分。
　　
　　FDC：软驱控制器（接口）
　　USB：通用串行总线（接口）
　　SIMM：72线内存条插槽
　　DIMM：168线内存条插槽
　　PS／2：PS／22鼠标接口
　　BIOS：基本输入输出系统
　　LPT：并行接口（打印口）
　　COM1、COM2：串行接口
　　显然，主板主要由三类构件组成：集成电路、各种插槽插座和一大块多层电路板。在主板上的众多集成电路中，有着重要程度上的差别。图中有阴影的几个集成电路决定了主板的性能，这几个集成电路称为“芯片组”或“套片”，包括PCM芯片、LBX芯片、SIO芯片。

　　奔腾主板的工作原理
　　PCI ISA总线奔腾主板中，CPU只与套片（芯片组）直接打交道，套片作为CPU的全权代表，处理CPU与内存、高速缓存、PCI插卡、ISA插卡、硬盘等外部设备的通信。各芯片的作用如下：
　　1. PCI、内存、Cache控制器（PCMC）芯片
　　PCMC是“PCI、Cache and Memory Controller”的缩写，从名字上就可以看出来，它的作用是：管理PCI总线、管理Cache、管理内存。
　　由于PCMC内的二级Cache控制器只支持256KB或512KB的二级Cache，于是采用Intel套片的主板就没有提供其它容量Cache。如果你听到某个主板声称自己支持1024KB的Cache，那就说明它用的肯定不是Intel的套片。
　　另外，在PCMC内还集成有DRAM控制器，负责DRAM的刷新、读写和被Cache。因此，主板支持的内存种类、内存的最大容量也不是任意的，主板生产商在这方面依然只能服从这些限制。
　　2.局部总线加速器（LBX）芯片
　　LBX是“Local Bus Accellerator”的缩写，它具有下列主要功能：
　　◇提供64位的DRAM界面，支持猝发式读写。支持的内存读写方式和读写周期也会影响主板的性能。
　　◇提供32位的PCI界面。LBX与PCMC一起作为CPU总线到PCI总线的桥梁，提供了PCI总线。
　　◇提供CUP与内存、CPU与PCI总线、内存与PCI总线之间的读写缓冲，提高数据传输速度。这些缓冲的大小将影响主机板的性能。FX套片性能不如HX、VX套片，部分原因就在于其读写缓冲较小。
　　◇某些版本的LBX还支持内存校验和纠错。
　　3.系统I／O（SIO）芯片
　　SIO是“System I／O”的缩写，具有下列主要功能：
　　◇作为PCI总线到ISA总线的桥梁，提供ISA总线，并且负责ISA设备的仲裁。
　　◇集成82C54实时钟，用于系统时钟、内存刷新、扬声器发声。
　　◇支持X工具总线。X工具总线的作用是连接多功能I／O芯片、键盘、实时钟和BIOS片选。多功能I／O芯片提供了双串口、一并口、软驱接口。有的I／O芯片还提供了游戏杆接口。
　　◇集成2个82C59中断控制器，管理系统硬件中断。
　　◇支持CPU的系统管理模式，用于绿色功能，能让CPU进入省电的休眠状态或者在需要的时候唤醒CPU。
　　◇提供2个增强型DMA控制器，支持多种DMA功能。
　　◇最新的SIO还支持USB总线接口。

　　奔腾级ATX主板的结构及工作原理
　　下图是ATX主板的结构框图。是当前的主流机采用的主板。
　　1.ISA扩展槽
　　这种扩展槽的颜色一般是黑的，在80X86系列电脑中，除了最早的XT机的主板，几乎所有主板都有数个ISA扩展槽，图中的主板具有4个ISA槽。顾名思义，扩展槽是用来扩展计算机功能用的。比如，购买了一块声卡，需要一个扩展槽，购买了一块解压卡，也需要将它插到一个扩展槽里。插在Pentium机ISA槽内的卡除了上述两种外，常见的还有：网卡、SCSI卡、内置Modem等。
　　2.I／O芯片
　　几乎所有的Pentium主板都自带I／O电路。Pentium主板上的I／O芯片最常见的是Winbond公司的W83787和W83786。I／O芯片的功能是提供软驱接口、串并行通信口等等。
　　3.PCI扩展槽
　　同ISA扩展槽相比，PCI扩展槽的长度要短得多，而且颜色一般都是白的。仔细观察，PCI扩展槽内引线与引线的距离比较近，因此PCI卡上面的引线并不少于ISA卡。常见的PCI卡有PCI显示卡、PCI接口的SCSI卡和网卡。
　　4.168线内存插槽
　　168线内存可以提供64位线宽的数据，因此使用一条就可以启动Pentium系统。图中的主板有3个168线内存槽，目前新的主板一般有两个或四个168线内存槽，扩展内存很方便。常见的168线内存大多是SDRAM（Synchronous DRAM，同步内存），其效率要比EDO和FPM内存高，使得整个系统性能也有一定的提升。目前常见的SDRAM的速度是66MHz的，83MHz和100MHz的也开始上市。
　　5.72线内存槽
　　与168线内存相比，其长度显然短多了。一条72线的内存可提供32位线宽的数据，由于Pentium芯片是64位的，因此，除了少数特别设计的Pentium主板，大部分都需要两条72线内存条才能启动系统。该主板只有四个72线槽。目前，72线条内存正象30线内存条一样遭到淘汰。72线内存常见的有EDO RAM（Extended Data Outup RAM，EDO内存）和FPM RAM（Fast Page Mode RAM，普通内存）。一般EDO RAM的速度为40～60ns，FPM RAM速度为60～70ns。注意，虽然很多系统声称支持SD RAM和EDO RAM混用，但最好不要这样做，这对系统的稳定和安全不利。
　　6. LPT1、COM1和COM2通信口、USB接口
　　ATX主板上集成了这几个串并行通信口。并行通信接口LPT1（俗称打印口，因为它常接打印机）在上面，两个串行通信接口COM在下面。AT主板则要用排线把端口连到机箱上，在主板只有I／O芯片。
　　COM口上一般可以接鼠标、外置Modem等。通过“直接电缆连接”(Windows 95)、Inter link／Inter server(DOS 6.X以上）和Laplink(Pctools高版本）等程序和通信线，这几个接口也可以用于短距离的微机间数据传输。由于并行口传输速度远远快于串行口，大量数据传输时推荐采用并行口。Pentium主板上的并行口一般都可以设置为EPP(Enhanced Paralel Port，增强并行口）方式，比传统的SPP(Standard Parallel Port)方式速度更快。
　　USB即通用串行接口的意思，它可以实现机箱外的热即插即用，而且可连接的设备多达127个。不过USB似乎总是“雷声大、雨点小”，至今未见多少实际行动，主板上的这两个USB接口无非是个高级摆设而已。
　　7.键盘接口
　　用于外接键盘。
　　8. PS／2鼠标接口
　　俗称圆口鼠标接口，若使用圆口鼠标，就可省下一个COM口。
　　9. ATX电源接口
　　ATX主板上另一处明显特征，就是这个电源插座了。ATX电源插座是20芯双排插座，必须使用ATX电源。相应地，ATX电源插头变成了20芯大插头。使用ATX电源除了享受软关机的乐趣之外，装机时也省了不少事，起码不用担心插错电源插头。
　　10.电容、降压芯片和扼流圈（电感）
　　尽管ATX电源可以直接输出3.XV的电压，但是很多CPU需要双电压或更低的电压，因此降压电路还是必要的。在以前的主板中，常常采用线性调压电路，“多余的”电压和功率都消耗在降压集成电路上了。目前的主板几乎都采用了开关电源（Switching Power Supply）调压电路，开关电源的功耗更少，效率更高，可以输出的功率更大（华硕的P2L97AGP主板就是用的开关电源调压电路），开关电源需要用容量相对较大的电解电容和扼流圈（一个圆磁环，上面绕了几圈漆包线）滤波，保证平直的输出电压。
　　11.二级高速缓存
　　随着芯片集成度的提高，Pentium主板上的二级Cache从最初的256K异步缓存发展到256K同步缓存（可扩至512K），后来又发展到512K在板的同步缓存。在TX主板上，512K同步缓存已经成为标准配置。
　　12.CPU插座
　　这是标准的Socket7型插座，这种插座一般都可以支持Intel P54C系列、P55C系列（带有MMX技术的Pentium）；AMD的K5和K6系列；Cyrix／IBM的6X86(M1)系列和6X86MX系列。
　　仔细观察CPU插座上的针孔，可以发现左下角最外层缺了一个孔。这是CPU的定位标记。CPU背面的某个角上常有一个白点或缺一小块，这是表示集成电路1号脚位置，只要将它和插座的定位标记对准，然后插进去就可以了。一般插错了方向是插不进去的。
　　13.EIDE接口
　　几乎所有的Pentium主板都提供两个EIDE接口，总共可以接四个EIDE设备，如硬盘、光驱等。若只有一个硬盘和一个光驱，推荐将硬盘接在IDE1口上，光驱接在IDE2口上，光驱和硬盘均跳为Master。这样接不但可以提高系统的效率，而且可以解决老版本的Windows 95播放VCD的问题。EIDE接口和软驱接口的区别是：EIDE口（40Pin）总是有两个同样大的插座并排在一起，且比软驱接口长一些。在各种接口的旁边通常都有图表示何处是1号针。
　　14.软驱接口
　　软驱接口是34Pin的，目前几乎所有的机器都只配一个3英1.44M的软驱。希望以后能将3英软驱淘汰掉，改用Zip或LS－120新型大容量软驱。
　　15.芯片组
　　芯片组是主板上最重要的部分，一共有两片，大小略有差别。它的作用通俗地讲，就是负责指挥、调度主板上各元件协同工作，也有将它比作神经中枢的。由此习惯上才会把采用某某芯片组的主板直呼作某某主板（如采用Intel 82430TX芯片组的奔腾主板称作TX主板，采用Intel 82440FX芯片组的主板叫做FX主板等等）。
　　上图采用了Intel的82430TX芯片组。TX芯片组对SDRAM的支持更好，更好地支持带MMX技术的CPU芯片（以前的HX和VX主板能支持MMX，但没有针对MMX进行优化），支持硬盘的Ultra DMA33模式，大大提高了硬盘的数据传输速度。Qunatum的Fireball四代支持Ultra DMA33。TX芯片组的两块芯片分别是FW82439TX和FW82371AB。
　　从奔腾时代开始，Intel 的芯片组经历了82430FX、82430HX、82430VX、82440FX、82440LX 、82440BX几代，其外频由66MHz到100MHz。
　　16.电池
　　电池是用来保持COMS数据和时钟的运转而设的。“掉电”就是指电池没电了，不能保持COMS中存储的数据，关机后时钟也不走了，再开机要重新设置COMS中的数据，机器才能启动。Pentium主板上有用锂电池的（如图示主板），也有用全密封电池的（如联讯8661主板，电池、时钟等做在一起，像块大的集成电路一样，可以从主板上拔起来）。电池附近常常有一个跳线，如果你的机器加了密码，自己忘记了，且不知道通用密码或没有通用密码，就可以用这个跳线放电，然后就可以去掉密码了──当然，你的很多设置也要重新来过。
　　17.Flash ROM BIOS
　　开机时按Del后进入的程序就是BIOS程序。Flash ROM BIOS的好处是升级比较方便，只要有了合适的升级文件（可以从主板厂商的主页下载），熟练的用户可以自己升级。一般Flash ROM BIOS有5V和12V两种写入电压，升级时要注意选对合适的写电压。主板上一般有跳线选择，但很多主板上这个跳线是死的，厂家已经给你正确选择了。
　　18.AGP插槽
　　新近出品的高性能ATX主板还带有一个短短的褐色插槽，这便是AGP槽，供插上AGP显示卡。
　　目前AGP显示卡遵循的是66MHz AGP V1.0设计规范，峰值传输率为266MB／s（1×模式），最高可达532MB／s（2×模式），大大提高了3D游戏、立体贴图和多媒体应用程序的使用效果。AGP显示卡的安装使用与普通显示卡并无二致，只须把AGP显示卡直接插在AGP插槽上就行了。
　　不过在图形处理加快的同时，也带来了一些负面影响，那就是发热要厉害多了，以致于某些AGP显示卡需要加装专门的散热风扇。
　　19.红外线接头
　　几乎每一款ATX主板上，都有一个标有IrDA Port的接头，称之为红外线接头，其作用是可扩充使用红外线控制的设备，如打印机、键盘、鼠标等等，可去掉讨厌的数据线，方便设备的使用和共享。可惜，真正用到此功能的用户少之又少，基本上也是主板上的一个高级摆设。

　　Pentium Ⅱ(多能＋高 能奔腾)主板的结构
　　目前 Pentium Ⅱ级的主板多数都是使用的ATX架构的主板，其结构工作原理与上述的奔腾级ATX主板基本相同，也由相同几部分构成。
　　1.CPU插槽
　　为了适应Pentium Ⅱ 芯片的需要，在Pentium Ⅱ 的主板上都设置有Slot1 CPU SEC插槽，并配有专用的Pentium Ⅱ 芯片支架。不管是ATX架构或AT架构的Pentium Ⅱ 主板都必 须设置Slot1 CPU SE插槽才能安装Pentium Ⅱ 芯片。
　　2.芯片组
　　目前在Pentium Ⅱ 的主板上都使用Intel82440LX或Intel82440BX档次的芯片组。支持A GP（Accelerated Graphics Port）总线接口，可以使用AGP总线的3D图形视频加速显示卡。支持168线的DIMM EDORAM和SDRAM内存。提供2组EIDE接口，除了支持PIO Mode 3，PIO Mode 4和DMA Mode 2接口规范外，还支持Ultra DMA／33接口规范。可以使用具有红外线传输功能的部件，提供多种系统监控功能和电源管理功能等。
　　3.AGP插槽
　　目前在Pentium Ⅱ 级的主板上，不论是AT主板，还是ATX主板，都设置有AGP插槽，以充分发挥Pentium Ⅱ 芯片3D处理的性能。
　　4.PCI和ISA插槽
　　5.168线内存插槽
　　在AT架构和ATX架构的Pentium Ⅱ 级的主板上，几乎都只配有168线的DIMM槽，只有极少数AT架构的Pentium Ⅱ 主板上配有72线的DIMM槽(如微星的MS－6118 AT架构的主板上，设置有三个168线的DIMM槽和二个72线的DIMM槽)。
　　6.EIDE
　　与上面的奔腾级主板一样，在所有的Pentium Ⅱ主板都提供两个EIDE接口，总共可以接四个EIDE设备，如硬盘、光驱等。
　　7.软驱接口
　　软驱接口是34Pin的，目前几乎所有的机器都只配一个3英寸1.44M的软驱。一些新的Pen tiumⅡ主板都支持软驱的新标准Zip或LS－120大容量软驱（如华硕的SP98AGP－X主板）。　　　8.通信接口
　　只要是ATX架构的Pentium Ⅱ 主板，在主板上都设置有一个并行接口LPT1和两个串行通信接口COM1和COM22。另外，有一个PS／2键盘接口和一个PS／2鼠标接口。有的主板上还设置有音频接口和游戏接口，如华硕的SP98AGP－X主板等。
　　9.Flash BIOS
　　10.ATX电源接口
　　与前述的ATX电源接口一样，使用ATX电源后可以实现软件关机、网络唤醒开机等功能。