沈阳医学院《计算机基础》课件-第4章主板

第四章主板4.1主板概述4.2主板的关键部件4.3总线与接口4.4主板的新技术4.5主板使用过程中的若干问题4.6主板的选择

沈阳医学院《计算机基础》4.1主板概述主板(MotherBoard)又名主机板、母板(MotherBoard)或者系统板(SystemBoard)。在微型计算机中，主板上几乎集中了计算机的主要电路部件和接口电路，CPU、内存条、鼠标、键盘、软硬盘和各种扩充卡等都直接或通过扩充槽安装、接插在主板上。对于电脑主机来说，主板是一切的基础，它既是连接各个部件的物理通路，也是各部件之间数据传输的逻辑通路。

在主机板上通常有CPU（中央处理单元），基本存储器ROM（只读存储器，用来保存一些关机后也不能消失的程序和数据，如BIOS）和RAM（随机读写存储器）以及输入/输出(I/O)控制电路、扩充插槽，键盘接口及面板控制开关和指示灯联接用的接插件，直流电源供电接插件等。

CMOS电池SATA接口IDE插槽软驱插槽电源插槽内存插槽CPU插槽北桥芯片AGP插槽PCI插槽BIOS芯片南桥芯片4.1.1主板结构概览

主板上主要的部件包括：总线和总线插槽(又称为扩充槽)、CPU插槽、内存插槽、控制芯片组、ROMBIOS、高速缓冲存储器、串行接口、并行接口、USB接口、键盘接口、鼠标接口、软盘接口、IDE接口(可接硬盘和光驱)、电源插座等。最新型的一体化主板甚至还集成了显示卡、声效卡、网络卡、调制解调卡等接口部件，使用户不用再购买这类插卡就可以组成一台多媒体个人计算机。

主板的结构有AT主板和ATX主板，最新结构的主板为NLX主板

各种结构的主板之间主要的区别在于各部件在主板上的排列不同、电源的接口外形及控制方式不同

ATX对AT、BabyAT主板布局进行了改进，并且ATX机箱还有下面几项独到的创新：

兼容性与可扩充性增强的电源管理AT主板ATX主板主板按所适合的CPU的接口形式上还分为Socket和Slot两大阵营4.1.2主板的分类

1、按主板所适合的CPU分类：386主板、486主板、奔腾主板、PentiumⅡ/PentiumⅢ／Pentium4主板、Celeron(赛扬)主板、K7主板等；2、按主板所适合的CPU的接口形式分类：Socket(插座)类主板、Slot(插槽)类主板；3、按主板所采用的芯片组类型分类：Intel系列芯片组主板和非Intel系列芯片组主板；

4、按主板结构尺寸分类：AT标准结构尺寸主板、袖珍AT结构尺寸主板、ATX（ATextension,AT扩展型）主板、一体化（ALLinone）主板、NLXIntel最新的主板结构

显示卡的功能一般整合到北桥芯片中，整合显示卡的一个重要特点就是显示内存采用共享主板上的内存。4.1.3主板的主要性能指标

1.采用何种芯片组芯片组是整个主板的灵魂

7.支持的CPU主频及倍率的能力2.支持各种CPU的能力

5.I/O与I/O扩展支持能力6.CPU电源电压调节范围4.系统BIOS3.支持的内存容量、类型及板上L2Cache的能力

8.其他功能与技术4.2主板的关键部件

PCI插槽主板接口CPU插座风扇固定槽内存插槽ATX电源插座IDE接口CMOS电池软驱接口SATA接口AGP插槽南桥芯片北桥芯片4.2.1主板的基本构成

主板所用的PCB（PrintedCircuitBoard，印刷电路板）是由几层树脂材料粘合在一起的，内部采用铜箔走线。一般的PCB线路板分有四层，最上和最下的两层是信号层，中间两层是接地层和电源层。1.CPU插槽ZIF(ZeroInsertionForce，零插力拔)2.内存插槽内存条插槽的作用是安装内存条，目前流行的内存条有SDRAM、DDRSDRAM和DDR2SDRAM内存条，相应的内存插槽也有三种，如图3.芯片组

芯片组一般分为南、北桥芯片。南桥芯片管理IDE、PCI总线与硬件监控；北桥芯片负责管理CPU、AGP总线以及内存间的数据交流。

在英特尔的i81X芯片组中，它们分别叫做GMCH和ICH，而合称就是芯片组。4.总线扩展槽

主板上的扩展插槽是主板通过系统总线与外部设备联系的通道，用来扩展系统的各种接口卡，(如显示接口卡、声卡、解压卡、调制解调器／传真卡等)都插在扩展插槽上。总线扩展槽类型有ISA、EISA、VESA和PCI等。5.AGP插槽AGP接口(AcceleratedGraphicsPort高速图形端口)，AGP插槽就是用来插AGP显示卡用的。6.PCI-E插槽目前，由Intel等多家厂商联合推出了新一代扩展接口——PCI-Express（简称PCI-E）。该接口采用串行传输的方式，与SATA类似，PCI-E规格支持双向数据传输，最低的PCI-Ex1每向数据传输带宽都高达250MB/s，足以应付声卡、网卡和存储设备对数据传输带宽的需求。而PCI-E显卡接口则采用PCI-Ex16规格，其单向传输带宽为16×250MB/s=4GB/s，远远高于AGP接口所提供的带宽，未来的显卡都将采用该接口，主板就已不再使用AGP接口了。7.IDE接口

IDE接口中有40根针，和IDE数据线里的40条线一一对应。而底座上的那个小小的缺口，同时具有防反插和定位的作用，IDE数据线只有把接头上的那个箭头状突起对准这个缺口，才能插入。8.软驱接口9．SerialATA接口插座随着SerialATA（简称SATA）硬盘的出现，SATA接口也开始大量出现在主板上。带有SATA接口的主板如图3-11所示。10.BIOS芯片BIOS英文BasicInput/outputSystem的缩写，意思是“基本输入/输出系统”。它是操作系统和硬件之间连接的桥梁，负责在电脑开启时检测、初始化系统设备、装入操作系统并调度操作系统向硬件发出的指令，是一个高深莫测的系统模块。BIOS芯片AWARD，AMI，一小部分是PHOENIX11.缓存CacheSRAM叫静态内存，“静态”指的是当我们将一笔数据写入SRAM后，除非重新写入新数据或关闭电源，否则写入的数据保持不变12.CNR插槽

CNR插槽是Intel公司推出i815芯片时同时开发的一种全新的扩展插槽。它的前身是AMR插槽,AMR(Audio/ModemRiser),根据AC‘97规范所设计的声卡、Modem专用插槽。13.其它常规接口

两串一并，串口所遵循的标准为RS-232，插座类型为9针或25针D形插座，用来连接外置Modem、老式鼠标等设备。并口早先使用的是Centronics标准并口，如今遵循的是EPP或ECP规范，用来连接打印机。PS/2接口，一个接口连接键盘，一个接口连接鼠标。在符合PC’99规范的主板中，这几个接口的颜色都是按照国际通用标准来确定的。USB接口，随着USB接口的键盘、鼠标、打印机、扫描仪、移动存储器、数码相机、摄像头等新一代外设的登场。4.2.2主板芯片主板芯片是主板的灵魂，它决定了主板的功能，并影响着整个电脑系统性能的发挥。主板芯片提供了CPU与各种设备之间的数据交换通道，根据CPU的不同，支持它的主板芯片也各不相同，CPU生产商Intel和AMD都支持自己CPU的芯片，此外，威盛（VIA）、nVidia、矽统（SIS）、扬智（ALi）和ATI等也是主板芯片的主要厂商。

芯片组功能示意图芯片组厂家提供的功能示意图

生产主板芯片组的厂家主要有Intel、AMD、nVIDIA、VIA（威盛）、SiS（矽统）、ALi（扬智）、ATi等。根据CPU的构架，控制芯片组分为不同型号。

正如人的大脑分为左脑和右脑，典型的芯片组也是由北桥芯片与南桥芯片所组成的。其中北桥芯片掌管着L2Cache，决定了支持内存的类型及最大容量，支持AGP高速图形接口，进行PCI桥接及ECC数据纠错等。南桥芯片掌管着对USB、UltraDMA／33／66EIDE传输、ACPI(高级电源管理)、串并行接口和ISA的桥接等I/O支持。在Intel现在发布的810、820、840、850芯片组中没有南北桥芯片组的说法了，只有相当于北桥概念的GMCH（GraphicMemoryControllerHub）和相当于南桥概念的ICH（I/OControllerHub）芯片组的作用是在BIOS和操作系统的控制下，按规定的技术标准和规范通过主板为CPU、内存条、图形卡等部件建立可靠、正确的安装、运行环境，为各种IDE接口存储设备以及其他外部设备提供方便、可靠的连接接口。一块主板能不能支持最新型的CPU、内存条以及新型的高速存储设备，实际上，主要取决于芯片组的技术性能。ISA总线（16位）IrDA键盘PS/2(鼠)LPTCOM(串）软驱系统总线（64位）PCI总线（32位）L2CacheCPURAMAGP北桥EIDE1USB2EIDE2USB1南北桥结构芯片组南桥I/O控制器内存总线AGP总线550MHzIDE2PentiumIII北桥440BXAGP南桥PIIX4ECMOS&RTCUSB超级I/OIDE1COM1COM2LPT1550MHzL1CacheL2Cache系统总线100MHz100MHzPCI总线33MHzPCI插槽ISA插槽ISA总线8MHz内存条ROMBIOS显示器硬盘光驱软驱键盘鼠标打印机MODEM66MHz显卡目前比较新的芯片组包含的功能如下：●支持各种不同的内存：如EPM、EDO、BEDO、SDRAM、RDRAM等。●支持各种高速缓存：PBSRAM、writeBack(回写式)、L2高速缓存等。●支持双CPU的功能。●支持USB总线——通用串行总线的功能。●支持U1traDMA—33/66/100的功能。●支持统一内存体系结构(UMA，UnifiedMemoryArchitecture)的功能。●支持先进配置电源接口(ACPI，AdvancedConfigurationPowerInterface)的功能。●支持加速图形端口(AGP，AcceleratedGraphcsPort)的功能。●支持较高外频的功能：如75MHz、83MHz、100MHz、133MHz。●支持奇偶校验／差错检测与纠正校验(Parity/ECC)的功能。●采用接脚较多、功能较强、球形阵列(BGA，BallGridArray)封装的结构。

流行芯片组

1、

Intel公司的芯片组如i845、i865、i875、i848P、i915、i925、i945及衍生的芯片组等

2、

其他公司的兼容芯片组目前在AMD芯片组产品中有两大系列，即支持AMD处理器的KT系列和支持Intel处理器的PT系列常见主板品牌华硕、微星、技嘉、联想、钻石、硕泰克

各芯片组厂商最佳性能奖：ASUSP4B266主板MSI845ultra-ARU主板主流Pentium4芯片组技术参数对比4.3总线与接口

从物理来看，总线(BUS)是一组传输公共信息的信号线的集合，是在计算机系统各部件之间传输地址、数据和控制信息的公共通路。它由一组导线和相关的控制、驱动电路组成。

4.3.1总线与接口概述

接口一般是指主板和某类外设之间的适配电路，其功能是解决主板和外设之间在电压等级、信号形式和速度上的匹配问题。

在总线指标中，总线频率是指协调总线工作的“心跳”信号——时钟的频率。总线的数据通路宽度是指能够一次并行传送的数据位数。总线频宽Bandwidth是在单位时间内可以传送的数据总量，单位是Bytes/sec。可以用下面公式来总线频宽=频率×宽度×每周期传送次数÷8

4.3.3常见的总线标准

1、PCI总线—主板的重要干道

PCI(PeripheralComponentInterconnect，外部部件互连)，他上顶北桥芯片，下接南桥芯片，侧接PCI插槽，是衔接最多装置的总线，几乎所有的沟通都会经过此通道。

1992年6月推出的PCI局部总线1.0版本支持32位的数据宽度，而1995年6月推出的PCI局部总线2.1版本则支持64位的数据通路以及66MHz的总线时钟。运行在33MHz下的32位PCI总线，其数据总线传输速率可达132MB/s；而运行在66MHz的总线时钟下可达264MB/s；对于64位的PCI其传输速率可达528MB/s，这些都足够支持高清晰度电视信号和实时的三维虚拟现实。2、系统总线系统总线是CPU数据进出的专用通道，该通道的运作管理由北桥芯片负责；又配称为前置总线FSB（FrontSideBus），HostBus或SystemBus，是CPU对外连接的唯一通道。系统总线的数据宽度必须搭配CPU，目前是64bit，至于频率其实就是CPU的外频，可由主板来决定，目前的主流为100、133MHz，不过随着技术的发展，目前已有400或266的频率，所以最大的频宽自然也跟着大幅提升至3.2GB或2.1GB。3、内存总线内存总线的一端是内存，另一端也是连接北桥芯片。由于CPU的数据均需取自内存，所以许多规格必须与CPU搭配，例如数据总线宽度也是64bit。频率与系统总线一致。

4、AGP总线

AGP(AcceleratedGraphicsPort)总线是专门用来传输图像数据的通道一端为AGP插槽，另一端为北桥芯片。其频率比PCI总线高上一倍具备66MHz，频宽部分则是32字节。其视频数据的传输速率可以从PCI的132MB／s提高到266MB／s(×1模式)、532MB／s(×2模式)或者1.064GB／s(×4模式)。严格说来，AGP不能称为总线，因为它是点对点连接，即在控制芯片和AGP显示卡之间建立一个直接的通路，使3D图形数据越过PCI总线，直接送入显示子系统。这样就能突破由PCI总线形成的系统瓶颈。

AGP的主要目的就是要大幅提高高档微型计算机的图形尤其是3D图形的处理能力。5、ISA总线早期ISAISA(IndustryStandardArchitecturre)工业标准总线的角色与PCI总线相同，都是属于系统中的主要干道；不过ISA总线的频率为8MHz，宽度为16bits，都不及PCI总线；所以现在已被PCI总线取代。目前ISA总线还存在的原因仅是为了保留兼容性而已。6、I/O总线泛指电脑系统与外部设备间，彼此传递数据信息的道路，不过一般来说它属于总线系统中较末段的部分，而实际需要的频率与宽度也不及上述几种总线来得高，一般常提及的I/O总线有USB总线与IEEE1394总线。

ISA、PCI和AGP总线的性能比较性能指标

总线类型数据带宽总线时钟频率数据传输速率标准颜色可插适配器ISA8、16位8MHz8MB/s黑色网卡、声卡、显卡等PCI32、64位33.3/66MHz133MB/s白色网卡、声卡、显卡等AGP64位66/133/266MHz266、532、1064MB/s褐色显卡4.3.4接口基本概念接口：用于完成计算机主机系统与外部设备之间的信息交换。一般接口由接口电路、连接器(连接电缆)和接口软件(程序)组成。接口在部件之间起着桥梁的作用。

存储器CPU硬盘接口软驱接口硬盘软盘驱动器通信接口光盘驱动器串行接口并行接口电源220VAC+12/-12+5/-5专用接口键盘扬声器显示卡声卡显示器音箱总线插槽打印机调制解调器扫描仪网卡局域网鼠标器USB总线微型机主机板微型机主机箱PC机的模块构成标准连接接口(主板一定内建支持的端口)其种类如下:PS/2端口

LPT端口RS-232C端口IDE端口USB端口接口的功能

(1)、数据的缓冲与寄存(2)、实现信号电平和信号类型的转换(3)、对外设进行监测与控制(4)、接口接收主机送来的命令字或控制信号，来实施对外设进行控制和管理。(5)、中断（IRQ）请求处理和DMA（DirectMemoryAccess）控制(6)、地址译码与设备选择。

(1)集成度越来越高。将复杂度很高的接口控制电路集成在单个芯片之中，集成度通常超过几万个元器件／片。

(2)智能化程度越来越高，在I/O接口电路中内置专用微处理器、单片机、专用接口芯片等。I/O接口电路的发展非常迅速，其明显的特点：4.3.5常见的接口标准1、磁盘接口IDE(IntegratedDriveElectronics集成驱动器电子接口)／EIDE(ATA、同义词)40芯的扁平电缆

硬盘或光驱一个EIDE接口最多只能接两个外部设备。2、SCSI(SmallComputerSystemInterface)50芯的扁平电缆硬盘或其它外设一个SCSI接口最多可以连接七个外部设备3.AGP接口AGP(AcceleratedGraphicsPort)即加速图形端口是由Intel开发的新一代局部图形总线技术，是一种专为提高视频带宽而设计的总线规范,它为任务繁重的图形加速卡提供了一条专用的“快车道”。

AGP的主要目的就是要大幅提高高档微型计算机的图形尤其是3D图形的处理能力。AGP的工作模式4、USB(UniversalSerialBus)通用串行总线，是串并口以外的一种新兴接口方式。(USB1.0/1.1/2.0)外围设备：键盘、鼠标、Modem、打印机、扫描仪、存储器、数码照相机等USB的优点:USB支持热插拔(hotplug)USB支持PNPUSB提供全速480/12Mbps的速率和低速1.5Mbps的速率来适应各种不同类型的外设USB可使一台计算机连接的外设多达127台5、并行接口LPT（LinePrinterTerminalPort

）打印机口Normal标准方式EPPEnhancedParallelport增强型并行接口ECP(ExtendedCapabilityPort扩容接口)主要用于打印机和新一代扫描仪用于连接打印机、电脑相连等6、串行口COM（CommunicationsPort通讯端口），即RS-232C（RecommendedStandard-232C

），两个一个是COM1，另一个为COM2，用于串行鼠标和调制解调器7、PS/2(PersonalSystem2)

新型的键盘、鼠标接口

8、1394接口(火线)

IEEEl394是一种串行接口标准，这种接口标准允许把微型计算机、外部设备以及各种家电非常简单地连接在一起,支持100Mbit/s、200Mbit/s、400Mbit/s的传输速率。9、IrDA

接口

InfraredDataAssociation(红外线数据协会)

接口种类最大传输速率每个通道可连接的装置数目热插拔主板是否内建外部设备种类串行端口115.2Kb／s1无是鼠标、调制解调器，数码相机并行端口2MB／s1无是打印机，扫描仪、ZiplrDA920Kb／s1无是打印机、PDA、手机、笔记本电脑IDE100MB／s2无是硬盘、CD-ROM、CD-R／RW、Zip、磁带机SCSl160MB／s7或15无否(少数除外)硬盘、CD-ROM龟Zip、Jax、磁带机、扫描仪USB1.512480Mb／s127有