主板构架及工作原理.ppt

主 板 架 構 及 其 工 作 原 理,內 容 1. 基礎知識 常用元器件的認識 常用IC封裝形式 2. 主板的發展及其架構 主板的發展史 主板的架構 總線介紹 3. 工作原理介紹 開機(啟動)過程 北橋(AGP,LAN) 南橋(USB,1394),基 礎 知 識 1.1 常用元器件的認識,一一般零件的識別 1電阻(SMD) 電阻用英文字母“R(resistance)”表示,其中排阻可分為串聯排 阻用英文字母“RN“表示及并聯排阻用英文字母“RP“表示.,2電容(SMD,DIP) 電容用英文字母“C(capacitance)”表示,其中包括MLCC(多層陶 瓷電容又稱績層陶瓷電容,英文全稱為Multi-Layer Ceramic Capacitor )和 EL cap.表示排容用“CP“表示說明:電解電容有 極性焊接時注意方向,MLCC,SMD EL,DIP EL,3二極管 二極管用英文字母“D(diode)“表示,紅色端為正極,黑 色端為負極 4三極管&MOS 管 三極管（triode）及MOS管用英文字母“Q“表示 5晶振 晶振用英文字母“X“&“Y“表示如“X1“,“Y2“表示 6接口&插槽 接口（interface）&插槽用英文字母“J“表示 7跳線 跳線用英文字母“JP“表示,電阻的讀取 如下圖 圖1与圖2均為1K電阻其中圖1為普通電阻而圖 2為精密電阻 圖1表示為101021K 精密度為5 圖2表示為1001011K 精密度為1,102,圖1,1001,圖2,電解電容的讀取 如圖: QI為生產厂商 105C耐溫值 10V為耐壓值 100F為電容的容量,圖1,1.2 常用IC封裝形式,一TQFP(Thin Quad Flat Pack),圖1,圖2,圖3,圖4,以上封裝形式可參考聲卡及外置顯卡,圖1,圖2,圖3,圖4,以上封裝形式可參考Super I/O,二CQFP(Ceramic Quad Flat Pack),圖1,圖2,圖3,圖4,以上封裝形式可參考Tag,三SOJ(Small outline J type),圖1,以上封裝形式可參考BIOS,四 CLCC(Ceramic Leadless Chip Carrier),圖1,圖2,圖3,圖4,以上封裝形式可參考DRAM及顯存,五 SSOP(Small Size Outline Package),圖1,以上封裝形式可參考SIO Controller及74244,六 SOP(Small outline Package),圖2,圖3,圖4,以上封裝形式可參考視頻放大器,七 DIP(Dual-In-Line Package),圖1,圖2,以上封裝形式可參考南北橋CHIP,八BGA( Ball Grid Array),圖1,圖2,以上封裝形式可參考CPU,八PGA(Pin Grid Array),2.1 主板的發展史 主板（Main board）也叫母板（Mother board）及系統板（System board）如果說CPU是系統的心臟那么主板可以說是系統的軀干它CPU与外設交換數据的橋梁發展至今經過多次的變革從大体積主板發展到微型主板從集成度极低的主板發展到高集成度的主板從非標準化發展到國際標準 一 IBM/XT 該種板是IBM推出的最早的主板 二 ATX&MICRO ATX 1ATX:30.5CM X 24.4CM 2 MICRO ATX:9.6” X 9.6”,2.2 主板的架構,北橋、南橋(Northbridge/Southbridge)結构广泛應用于目前几乎所有的PC机主板。傳統的南北橋結构中，北橋(就是主板上靠近CPU插槽的一顆大芯片)負責与CPU的聯系并控制内存、AGP、PCI接口，相關的数据在北橋内部傳輸；南橋負責I/O接口以及IDE設備的控制等。不过Intel从810開始摒弃了南北桥橋的結构。而采用了GMCH(AGP内存控制中心)+ICH(I/O控制中心)的Hub Architecture結构。使得内部的傳輸速度加快了不少，代表着主板芯片組的發展方向 根据不同的芯片組我們作如下几种結构分析主板的架構1）INTEL 865架構2） VIA 架構,MS-6728,一 INTEL 865架構,MS-6590,二 VIA 架構,2.3 總線介紹,一 HOST BUS FSBFront Side Bus前端總線也就是以前所說的CPU總線，由于在目前的各种主板上前端總線頻率与内存總線頻率相同所以也是 CPU与内存以及L2 Cach之間交換数据的工作時鐘由于数据傳輸最大帶寬取决所同时傳輸的数据位宽度和傳輸頻率即数据帶寬=（總線頻率(数据寬度）/8 由此可見前端總線速率将影响電腦運行时CPU与内存、（L2 Cache）之間的数据交換速度，實際也就影响了電腦的整体運行速度,為了簡化硬體電路設計,簡化系統結構,常用一組線路配置於適當的接口電路與各部件及外圍設備連接,這組共用的連接線路被稱為總線.,二 PCI BUS PCIPeripheral Component Interconnection總線-外設 部件互連總線該標准是由Intel,IBM,DEC公司所制的PCI Bus與CPU中間經過一個橋式接器電路不直接与CPU相連的 總線,故其穩定性与匹配性較差,提升了CPU的工作效率,其擴 展槽可達到三個以上為32Bit/64Bit的總線是目前主板及 外圍設備使用的的標准接口.,AGP BUS AGPAccelerated Graphics Port總線-加速圖形控制端口 其主要的結构是在使用AGP芯片的顯示卡与主存之間建立專 用通道,讓影像和圖形數據直接傳送到顯示卡而不需要經過 PCI總線AGP總線為32bit數据和66Mhz的總線. 五 USB BUS USBUniversal Serial Bus通用串行總線.USB總線是由 Intel.Microsoft.等七大領導世界電腦硬件和軟件的大公司所 主導,解決各种外圍設備接頭不統一的問題,可接127個外圍設 備的標准接口.,工作原理介紹 3.1 開機(啟動)過程,整個主機的開機過程分為硬件啟動和軟件啟動硬啟動是POWER 的動作過程而軟啟動部分是指BIOS的POST過程主機啟動過程是 先啟動硬件而后啟動軟件.因為很多功能不良板特別是當机板,可以 根据開机的順序從而判斷系統哪部分有問題如果是無顯示的板 可以從DEBUGE CARD上診斷系統運行的位址可以使分析問題做 到有的放失,一 硬件啟動部分 一POWER 的工作原理圖:,SOUTH BRIDGE,C1,POWER CONNECTOR,PS-ON,PG,PG,硬件啟動原理: 在常態下POWER中的PS-ON是高電平,只有當PS-ON處于低電平時,POWER開始工作.如上圖,在常態時,SOUTHBRIDGE的SUSC#應為高電平,因為此信號是低電平有效,此時三極管的極基為低電平,三極管截止,5V-SB直接加到PS-ON,使電源保持常態.POWER無法送出PG信號SOUTHBRIDGE,系統無法工作.當POWER BUTTON BOARD触發有效時SUSC#為低電平,此時三極管的基极為高電平導通,5V-SB直接接地,從而PS-ON被拉低,POWER工作,同時向SOUTH BRIDGE,NOTTHBRIDGE及CPU發送PG信號,當SOUTH接到PG,CLOCKGENERATION送來的CLOCK開始工作,並輸出RESET#到PCI,AGP總線,NORTH BRIDGE收到PG,PCI RESET#及CLOCK后輸出CORREST#給CPU,CPU接到CORREST信號開始動作并送出FFFFFFF0地址經南北橋指向BIOS.硬件啟動部分到此結束,系統啟動權交由BIOS.進入軟啟動狀態.,+5VSB、PS-ON、PW-OK控制信号,ATX开关电源与AT电源最显著的区别是，前者取消了传统的市电开关，依靠+5VSB、PS-ON控制信号的组合来实现电源的开启和关闭。+5VSB是供主机系统在ATX待机状态时的电源，以及开闭自动管理和远程唤醒通讯联络相关电路的工作电源，在待机及受控启动状态下，其输出电压均为5V高电平，使用紫色线由ATX插头(图1)9脚引出。,PS-ON为主机启闭电源或网络计算机远程唤醒电源的控制信号，不同型号的ATX开关电源，待机时电压值为3V、3.6V、4.6V各不相同。当按下主机面板的POWER开关或实现网络唤醒远程开机，受控启动后PS-ON由主板的电子开关接地，使用绿色线从ATX插头14脚输入。PW-OK是供主板检测电源好坏的输出信号，使用灰色线由ATX插头8脚引出，待机状态为零电平，受控启动电压输出稳定后为5V高电平。 脱机带电检测ATX电源，首先测量在待机状态下的PS-ON和PW-OK信号，前者为高电平，后者为低电平，插头9脚除输出+5VSB外，不输出其它电压。其次是将ATX开关电源人为唤醒，用一根导线把ATX插头14脚PS-ON信号，与任一地端(3、5、7、13、15、16、17)中的一脚短接，这一步是检测的关键，将ATX电源由待机状态唤醒为启动受控状态，此时PS-ON信号为低电平，PW-OK、+5VSB信号为高电平，ATX插头+3.3V、5V、12V有输出，开关电源风扇旋转。上述操作亦可作为选购ATX开关电源脱机通电验证的方法。,軟啟動過程 軟件啟動過程主要是BIOS(Base Input Output System),3.2 北 橋 介 紹,HUB結构MCH（Memory Controller Hub)功能:内存控制器中心，负责连接CPU，AGP总线和内存.MS-6728 MB北橋為INTEL865芯片組其主要功能如下 INTEL 865P 特性 1)Supports FSB 533/400 MHz frequencies 2)Supports DDR 266 and DDR 333 3)Supports Intel Pentium 4 processor with 512-KB L2 Cache on 0.13 micron process in the 478-pin package 4)Support an external graphic device on AGP 1x /4x /8x 5)提供CSA介面連接Gigabit Ethernet 控制器 6)Support 4GB of system memory 7)AGTL+on-die Termination(ODT) 8)Hyper-Threading Technology,AGP 8x,AGP (Accelerated Graphics Port) 是Intel公司在1996年開發的介面，用來增進電腦系統中的顯示效能。而AGP 8X是AGP介面新一代的規格，如同AGP 4X一般，AGP 8X同樣採用32位元匯流排，但是AGP 8X可支援533MHz的工作頻率，資料傳輸率更可達每秒鐘2.1GB。部分採用AGP 8X介面的AOpen主機板讓使用者享受強大的圖形運算效能，尤其是在3D遊戲中更能展現其強大的能力。,以下為AGP各個模式的比較表：,DDR 双倍速率SDRAM（Dual Date Rate SDRSM，DDR SDRAM）：又简称DDR，由于它在时钟触发沿的上、下沿都能进行数据传输，所以即使在133MHz的总线频率下的带宽也能达到2.128GB/s。DDRI不支持3.3V电压的LVTTL，而是支持2.5V的SSTL2标准。DDR-II内存采用200-、220-、240-针脚的FBGA封装形式。内存颗粒的电压为1.8V，容量密度为512MB。 DDR-II将采用和DDR-I内存一样的指令，但是新技术将使DDR-II内存拥有4到8路脉冲的宽度。DDR-II将融入CAS、OCD、ODT等新性能指标和中断指令。DDR-II标准还提供了4位、8位512MB内存1KB的寻址设置，以及16位512MB内存2KB的寻址设置。 DDR-II内存标准还包括了4位预取数（pre-fetch of 4 bits）性能，DDR-I的预取数位只有2位。,DDRI and DDR II 比較,LAN,1.LAN (Local Area Network-局域网） 指通过一定形式连接起来的计算机 2.Rate 10 Mb/s, Fast : 100 Mb/s, Gigabit : 1Gb/s 3. Topology（拓扑结构） 主要有：Star、Tree、Bus、Ring、Point-Point、Dual-Ring 4.通信介质(有线网） 双绞线(UTP,SPT)、同轴电缆等物理介质 5.IEEE 802.3协议 CSMA/CD总线访问控制方法及物理层技术规范 6.LAN的作用 档案管理(共享档案、传输档案) 共享应用程式(应用程式、数据库、游戏） 共享外围设备（打印机、光驱、扫描仪、传真/调制解调器、磁带机） 和其他使作网络者交流（进行群组工作排程、收发电子邮件、电子会议、网络游戏）,IEEE802.3 CSMA/CD,载波监听多路访问/冲突检测(CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect) CSMA/CD是一种采用随机访问技术的竞争型（有冲突的） 访问方法。各站点都能判断信道的状态，判断的方法是利 用站点上的接收器从信道上接收信道信号。如果信道电平 变化，即所谓有载波，说明信道被其他站点所占用；如果 信道上电平不变化，信道就处于空闲状态。,OSI 7 layers,OSI：开放式系统互联模型(Open Systems Interconnection) 意图:每个层次上的功能都由若干个协议实现 OSI 7 layers: 一层:物理层 二层:数据链路 三层:网络层 四层:运输层 五层:任务层 六层:表示层 七层:应用层,3.3 南 橋 介 紹,INTEL 801芯片組其功能如下 支持PCI2.3 集成網絡控制器,支持10/100M. 集成SATA控制器,傳輸率150MB/s,兩個接口都支持DMA操作.支持RAID 0(ICH5R). USB2.0:集成4個uhci,1個ehci控制器.可支持8個usb2.0接口. 支持AC97 2.3解碼 中斷控制器,支持8個pci中斷,pci2.3消息信號中斷,2個級連82c59中斷芯片(共15個中斷) 1.5V工作電壓,3.3V I/O電壓 82C54定時器,提供系統時鐘,刷新時鐘,speaker頻率. 集成1.5V穩壓模塊提供suspend 電源. ACPI2.0電源管理. 支持Low Pin Count 增強DMA控制器,兩個級連8237 DMA控制器,支持PCI DMA,LPC DMA. 實時時鐘,256Byte CMOS RAM 支持最大8MByte BIOS size. 支持smbus2.0 spec.,中斷控制器,每個設備都有一個IRQ當設備用IRQ向CPU發送服務請求稱為中斷.當一條中斷線被激活后CPU就會立即停止當前的動作裝載一定的中斷處理程序（中斷服務程序）當服務結束后系統自動回到剛才的斷點如果兩個設備擁有同一個中斷號系統中的某些部分會停止工作甚至會導致整個系統的崩潰 IRQ0系統時鐘 IRQ1鍵盤 IRQ2系統的第二個中斷請求控制器,IRQ3串行口2 IRQ4串行口1 IRQ5并行口2 IRQ6軟驅 IRQ7并行口1 IRQ8實時時鐘 IRQ9可用 IRQ10可用 IRQ11顯示卡 IRQ12PS2 MOUSE IRQ13數學協處理器 IRQ14IDE1 IRQ15IDE2 以上階指可屏蔽中斷,USB 2.0,1.在任何USB系统中，只有一个Host。USB和Host系统的接口称作主机控制器，主机控制器可由硬件、固件和软件综合实现 2.Tiered Star 3.127 devices 4. Speed low:1.5 Mbps ;full: 12Mbps ;high:480Mbps 5. 2-wire differential signaling 6. Supply Sourcing +5V 7. 4 pin connector, 4 wire cable 8. Hubs may be self-powered or bus-powered Two current levels: 100 & 500 m