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主机板架构简介,Steven Yu CMMSG R&D 2005.03.16,直观的主板架构图,266MB/s,1.06GB/s,3.2GB/s,1.06GB/s,1.6GB/s or 2.1GB/s,Flash BIOS,Hi-Speed USB 6 ports, 480Mb/s,Debug Port Legacy-free support,VGA,Muxed DVO,LPC I/F,All brand names, trademarks or registered trademarks belongs to their respective companies.,主机板电路图中的架构划分,主板元件之间的连接,主板元件之间是通过“信号”联系起来的,“信号” 在主板外观上指直接表现为：,SMT pad:,元件针脚:,BGA 球:,PCB 走线:,主板架构认识,CPU,BIOS,Memory,ICH4,SIO,MCH,LAN(NIC),Audio,PCI slot,VRD,IDE,主板各功能模块介绍-晶片組,芯片组（Chipset）：是构成主板电路的核心。一定意义上讲，它决定了主板的级别和档次。它就是“南桥”和“北桥”的统称，就是把以前复杂的电路和元件最大限度地集成在几颗芯片内的芯片组。 北桥：就是主板上离CPU最近的一块芯片，负责与CPU的联系并控制内存、AGP、PCI数据在北桥内部传输。 南桥：主板上的一块芯片，主要负责I/O接口以及IDE设备的控制等。 GMCH（graphics memory controller hub）：内存控制器中心，负责连接CPU，AGP总线和内存。 ICH（I/O controller hub）：输入/输出控制器中心，负责连接PCI总线，IDE设备，I/O设备等。,何謂晶片組?,Chipset feature & Comparison,主板各功能模块介绍-CPU,CPU(Central Processing Unit:中央处理器）：通常也称为微处理器。它被人们称为电脑的心脏。它实际上是一个电子元件，它的内部由几百万个晶体管组成的，可分为控制单元、逻辑单元和存储单元三大部分。其工作原理为：控制单元把输入的指令调动分配后，送到逻辑单元进行处理再形成数据，然后存储到储存器里，最后等着交给应用程序使用。,主板各功能模块介绍-CPU,CPU完成一個指令所需的時間稱為运行週期，而一個运行週期，則需要數個時钟週期才能完成。如果完成一個指令需要5 clocks，且該CPU頻率為500MHz，則指令速度為500/5=100MIPS (百萬個位元組/每秒),主频：CPU内部的时钟频率，是CPU进行运算时的工作频率。一般来说，主频越高，一个时钟周期里完成的指令数也越多，CPU的运算速度也就越快。但由于内部结构不同，并非所有时钟频率相同的CPU性能一样。 外频：即系统总线，CPU与周边设备传输数据的频率，具体是指CPU到芯片组之间的总线速度。 倍频：原先并没有倍频概念，CPU的主频和系统总线的速度是一样的，但CPU的速度越来越快，倍频技术也就应允而生。它可使系统总线工作在相对较低的频率上，而CPU速度可以通过倍频来无限提升。那么CPU主频的计算方式变为：主频 = 外频 x 倍频。也就是倍频是指CPU和系统总线之间相差的倍数，当外频不变时，提高倍频，CPU主频也就越高。,EX: Pentium4 3.06G的FSB為533MHZ,主頻是3060MHZ,其外頻為133MHZ, 倍頻係數為3060/133=23,EX: Pentium III 800/100,主頻是800MHZ,外頻是100MHZ, 倍頻係數為800/100=8,主板各功能模块介绍-Memory,SDRAM， 即 Synchronous DRAM （ 同 步 動 態 隨 機 存 儲 器 ） ，它 是 同 步 的 ， 也 就 是 其 工 作 速 度 與 系 統 總 線 速 度 是 同 步 的 。 記 憶 體 被 定 為 是 PC100 或 PC133 由 其 所 工 作 的 系 統 總 線 為 100MHz 或 133MHz 而 產 生 的 ； 理 論 上 PC100 記 憶 體 具 有 800MBps 的 記 憶 體 子 系 統 帶 寬 。 如 果 記 憶 體 是 PC133 型 的 ， 那 麼 記 憶 體 帶 寬 將 具 有 1.1GBps 或 1100MBps。,DDR SDRAM（ 雙 數 據 速 度 SDRAM ） ， 這 是 採 用 了 最 新 的 記 憶 體 技 術 而 推 出 的 產 品 。 DDR 記 憶 體 可 提 供 雙 倍 於 SDRAM 的 速 度 ， 這 樣 也 將 帶 來 雙 倍 的 性 能 。 與 SDRAM 一 樣 ， DDR 也 是 與 系 統 總 線 時 鐘 同 步 的 ， 不 同 點 在 於 DDR 在 信 號 的 上 升 沿 與 下 降 沿 時 都 進 行 數 據 處 理 與 傳 輸 ， 而 SDRAM 只 在 信 號 的 上 升 沿 對 讀 取 數 據 ， 因 此 DDR 的 速 度 是 SDRAM 的 雙 倍 。 因 此 133MHz 的 DDR 記 憶 體 其 性 能 就 相 當 於 266MHz 的 SDRAM 記 憶 體 。,DRDRAM (Direct Rambus DRAM)是Rambus公司的專有技術，它與傳統的DRAM的區別在於引腳定義會隨命令而變，同一組引腳線可以被定義成地址，也可以被定義城控制線，其引腳數僅為正常DRAM的1/3 。此種晶片可以支持400MHZ的外頻，再利用上升沿與下降沿兩次傳輸數據，可以使數據傳輸率達到800MHZ。 由於DRDRAM這種內存速度快，發熱量大，所以在內存經騙上還加有帶金屬鋁的散熱片,目前市场上主流的双通道DDR,所谓双通道DDR，简单来说，就是芯片组可以在两个不同的数据通道上分别寻址、读取数据。这两个相互独立工作的内存通道是依附于两个独立并行工作的，位宽为64-bit的内存控制器下，因此使普通的DDR内存可以达到128-bit的位宽，如果是DDR333的话，双通道技术可以使其达到DDR667的效果，内存带宽陡增一倍。 双通道技术是一种关系到主板芯片组的技术，与内存自身无关，只要厂商在芯片内部整合两个内存控制器，就可以构成双通道DDR系统。而主板厂商只需要按照内存通道将DIMM分为Channel 1与Channel 2，用户也需要成双成对地插入内存，就如同RDRAM那样。如果只插单根内存，那么两个内存控制器中只会工作一个，也就没有了双通道的效果。,128M,128M,单通道,128M,128M,双通道,主板各功能模块介绍-Memory,DDR 數據傳輸帶寬=时钟频率 (MHZ) X数据总线宽 X 2 雙通道DDR 數據傳輸帶寬=时钟频率 (MHZ) X数据总线宽 X 2 X2,主板各功能模块介绍-AGP,AGP（Accelerated Graphics Port）加速图形端口是Intel为了提高图形和视频性能而设计的高带宽总线规范，它虽然是基于PCI总线设计，但是在电器特性、逻辑上都独立于PCI总线。它们有相似的地方也有不同的地方，比如PCI总线可以连接多个PCI设备，而AGP总线仅仅是为了AGP接口的显卡准备的。通常為棕色，比PCI插槽短一些,此類型的匯流排是 64 bit 的資料寬度，具有高達 66 MHz 的頻率，理論上最高的傳輸速率可以達到 503.54 MB/Sec。而現在使用的 PCI Bus 則是具有 32 bit 資料寬度、33 MHz，最高 125.88 MB/Sec 的效率。兩者比較起來，AGP 的效率是 PCI 的四倍。,AGP Pro,所谓的“AGP Pro”插槽就是“加长型”的AGP插槽,是针对高阶桌上型电脑、或专业绘图工作站电脑所设计的，其作用只有一个：提供AGP显示卡更大的供电电源. AGP Pro也已经提出一段时间，其v1.1版规格于1999年4月提出，而稍后于4个月后又追加一些规格描述补充，于1999年8月提出v1.1a版。 在原来只有AGP插槽时，只能给AGP显示卡提供25W的供电，而使用了AGP Pro插槽后，AGP Pro可以提供50W与110W的供电(含原先AGP所提供的25W)，供电50W的称为AGP Pro50，供电110W的称为AGPPro110。,主板各功能模块介绍-PCI,PCI (Peripheral Component Interconnect:外部设备互连）： 一个连接外部、内部设备的I/O总线。属于局部总线，是由PCI集团90年代推出的 总线结构。,主板各功能模块介绍-PCI,PCI Express： 是第三代I/O体系结构，ISA和PCI分别为第一代和第二代体系结构。作为一种高速串行I/O互连，PCI Express开始即可提供每秒2.5G的速率。它支持多种宽度(数据“通道”从1到32)，并能够扩充到铜线的极限。PCI Express将统一针对台式电脑、移动式电脑、服务器、通信平台、工作站和嵌入设备的I/O体系结构，并兼容PCI和USB连接类型。 现在已显得老迈的PCI是一个连接外部、内部设备的I/O总线，与90年代诞生，对于现在越来越多、越来越快的I/O操作已经有些力不从心了。这在几年前就表现了出来。高性能的显卡在五年前就衬托出PCI总线的苍白，并宣告了AGP的诞生。在90年代末，服务器和工作站中的高速硬盘和网络适配器就转移到了66Mz/64位PCI总线上，现在更是用上了PCI-X和PCI 2.0。目前南桥和北桥之间的互连也比PCI总线要快的多，Intel的800系列芯片组使用的就是HubLink互连。目前的芯片组集成了EIDE、USB（或是USB 2.0）以及10/100网卡，而不再通过PCI总线。我们的系统机箱里实际上是一个互连的大杂烩。为了更大的带宽需求加上如今的PCI瓶颈，业界需要一个标准化的高速的PCI技术来取代老的。,PCI-E,PCI-X,PCI,主板各功能模块介绍-ATA&SATA,IDE.EIDE接口：IDE(Integrated Device Electronics)：一种磁盘驱动器的接口类型，也称为ATA(Advanced Technology Attachment)接口。是由Compag和Conner共同开发并由Western Digital公司生产的控制器接口，现已作为一种接口标准被广泛的应用。它最多可连接两个IDE接口设备，控制线和数据线合用一根40芯的扁平电缆与硬盘接口卡连接。 ATA接口发展到今，细分可以分成ATA-1（IDE）、ATA-2（EIDE Enhanced IDE/Fast ATA）、ATA-3（FastATA-2）、Ultra ATA、Ultra ATA/33、Ultra ATA/66、Ultra ATA/100及Serial ATA。,Parallel ATA规范数据传输率,主板各功能模块介绍-ATA&SATA,技术特征 第一代 第二代 第三代 近似速度(8B) 1.2GBits/s 2.4GBits/s 4.8GBits/s 近似速度(10B) 1.5GBits/s 3.0GBits/s 6.0GBits/s 估计推介日期 2001年年中 2004年年中 2007年年中 接口组件 连接电缆 (0-1米) 与第一代一样 未定,可能会所有更新,Serial ATA中文直译过来也就是串行ATA，它与目前广泛采用的ATA/100或ATA/133等接口最根本的不同在于，以前硬盘所有的ATA接口类型都是采用并行方式进行数据通信，因而统称并行ATA。而Serial ATA，顾名思义，也就是采用串行方式进行数据传输,主板各功能模块介绍-ATA&SATA,Parallel ATA Vs. Serial ATA,主板各功能模块介绍-SATA,主板各功能模块介绍 - DVI,DVI (Digital Visual Interface) 是一种连接显卡系统和显示设备的标准，特别是纯数码显示设备，比如LCD等。由数字显示工作组 (DDWG) 开发，可提供计算设备（例如图形卡）与显示设备之间的低成本连接，同时也是用于数字台式计算机显示器和投影仪的标准连接器。数字图像信息就会被直接传送到显示设备上，由于没有D/A和A/D转换过程，避免了图像细节的丢失，从而保证计算机生成的图像真实和完整性，而且D/D的数字信号直接传输，减少了与模拟信号的转换周折，使液晶响应的速度也更快，更流畅 他将是VGA的取代者。,主板各功能模块介绍-DVI,主板各功能模块介绍- USB,USB是英文Universal Serial Bus的缩写，中文含义是“通用串行总线”。它是一种应用在PC领域的新型接口技术。早在1995年，就已经有PC机带有USB接口了，但由于缺乏软件及硬件设备的支持，这些PC机的USB接口都闲置未用。1998年后，随着微软在Windows 98中内置了对USB接口的支持模块，加上USB设备的日渐增多，USB接口才逐步走进了实用阶段。,主板各功能模块介绍-IEEE 1394,IEEE1394 是一種高速序列匯流排的定義標準。 起源于Apple1986年命名的 FireWire，1995年由IEEE 發佈，稱為IEEE1394，Sony及TI 再次宣佈另一種規格為IEEE 1394a ，Sony稱它為 i.Link，以上所有的名稱皆代表同一樣技術，不過以 IEEE1394 (或僅 1394) 這個名稱較為常用。 IEEE1394 提供隨插即用的功能，其連接線有6芯線，其中包擴2條電源線和兩對雙絞線，當系統設備斷電或損壞時，整個網絡可以運作，能保持結構完整，IEEE1394設備不需外接電源，自身可提供40伏特(VOLT)1.5安培的電流,適用於消費性電子聲訊 / 視訊 (A/V) 產品、儲存週邊及可攜式裝置。 配置 1394 的電腦將可提供: 1.高速通訊。該標準的IEEE-1394A規範可支持100、200、400Mbps的速率。隨著標準的不斷發展，下一代規範IEEE-1394B將可支持高於800Mbps/1.2Gbps/3.2Gbps的速率 2.自我組態定址。使用者不需要設定位址切換。不會發生潛在的位址衝突問題。 3.層列的星狀拓樸，最多可連接 63 個裝置,主板各功能模块介绍-IEEE 1394,傳輸介面的效能與周邊搭配比較表,雖然現在已經有新的IEEE 1394b規格，傳輸速度是每秒1GB，但是IEEE 1394b的晶片成本較高，目前只有一家在做（TI，德州儀器），加上各大資訊廠商對IEEE 1394的行銷方式並不相同，例如在Mac上它叫Firewire，在SONY的產品上叫iLINK，加上現在的USB 2.0速度較快，成本又較便宜，造成IEEE 1394無法獲得晶片組廠商青睞，將逐漸被USB 2.0取代。,主板各功能模块介绍- AC97,1996年6月，以Intel为首的五个PC厂商Intel、Creative Labs、NS、Analog Device与Yamaha共同提出了Audio Codec97（简称AC