《计算机组装与维护》教案 第4章 主板.docx
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《计算机组装与维护》教案第4章主板
第四章主板
[教学目标]
1、了解主板的基本知识和结构。
2、学会鉴别、选购主板的方法。
3、了解主板不同芯片组对主板的影响。
[教学重点]
1、掌握主板南北桥芯片的作用。
2、掌握依据CPU合理选配主板的方法。
[教学难点]
掌握主板与CPU的匹配原则
[教学过程]
第一节主板概述…………………………………………………………………2
一、主板的作用……………………………………………………………………2
二、主板的分类……………………………………………………………………2
第二节主板的结构………………………………………………………………6
一、PCB基板………………………………………………………………………6
二、主板上的芯片…………………………………………………………………7
三、插拔部分………………………………………………………………………12
四、接口部分………………………………………………………………………18
第三节选购主板…………………………………………………………………28
一、选购主板的基本原则…………………………………………………………28
二、Intel平台主板选购方案………………………………………………………30
三、主板选购实战…………………………………………………………………30
第四节典型案例…………………………………………………………………33
第一节主板概述
几乎所有计算机部件都直接或间接连接到主板上,主板为这些部件提供了插槽、接口和控制功能给各个部件提供了一个正常工作的平台。
主板是计算机系统的核心组成部分。
一、主板的作用
1、重要性:
主板(MainBoard),又叫母板(MotherBoard)和系统板(SystemBoard);它安装在机箱内,主板是计算机最基本、最重要的部件之一,它影响着整机的性能,不能轻视。
主板一般为矩形电路板,上面安装了组成计算机的主要电路系统,为计算机中的其他部件提供插槽和接口。
计算机中的CPU、内存、显卡、声卡等部件都是通过插槽安装在主板上的,软驱、硬盘和光驱等设备通过不同的接口连接到主板上。
2、可扩展性:
主板的另一特点,是采用了开放式结构。
主板上大都有6-8个扩展插槽,供PC机外围设备的控制卡(适配器)插接。
通过更换这些插卡,可以对微机的相应子系统进行局部升级,使厂家和用户在配置机型方面有更大的灵活性。
总之,主板在整个微机系统中扮演着举足重新的脚色。
可以说,主板的类型和档次决定着整个微机系统的类型和档次,主板的性能影响着整个微机系统的性能。
3、稳定性:
主板使得计算机各组件间有了联系,这样各组件才能在CPU的协调下共同工作。
各种周边设备都能通过主板紧密连接在一起,形成一个有机整体,如果有某个插槽经常接触不良将导致计算机无法启动或经常死机,因此计算机能否稳定工作的首要条件就要看主板的工作是否稳定。
二、主板的分类
主板按各种电器元件的布局、排列方式的不同、各个时期主板设计技术的改进和在不同机箱中的配套模式,可以分为AT/BabyAT,ATX,MicroATX和BTX等型号。
1、AT主板
AT主板首先应用在IBMPC机上,有的486、586主板也采用AT结构布局。
使用该类主板的计算机需要通过采用各种扩展卡才能使用相应的接口,如COM口、LPT打印口。
后来发展为BabyAT结构,与AT主板相比,BabyAT主板增大了主板面积,元器件的布局也更合理、更紧凑,同时还支持AT/ATX电源。
不过这种类型的主板因不能适应计算机的发展需求,已经被淘汰。
2、ATX主板
由于BabyAT主板市场的不规范和AT主板结构过于陈旧,英特尔在95年1月公布了扩展AT主板结构,即ATX(ATextended)主板标准。
ATX现在最为流行,该类主板比AT主板设计更为先进、合理,与ATX电源结合得更好。
机箱背面设计了几排与ATX主板相匹配的孔和槽口,用来连接显示器、键盘、鼠标等设备;键盘和鼠标接口也由COM接口换成了PS/2接口,并且直接将COM接口、打印接口和PS/2接口集成在主板上。
机箱内还使用了ATX电源,这种电源与AT电源的区别在于它可以通过软件(操作系统)来控制,利用软件可以方便地打开(定时打开、远程控制打开)或关闭ATX电源。
AT结构主板与ATX主板主要区别:
AT主板的缺陷:
1.CPU的位置不合理,首先,由于CPU所处位置散热通风条件不好,造成现在的高功耗CPU都需要一个专门的小风扇散热。
在整个电脑中,这个小风扇的可靠性是最差的,往往因为小风扇的停转造成CPU的散热不良,从而导致频繁死机甚至CPU被烧毁。
其次,由于CPU位于扩展槽的后面,造成全长的扩展板卡无法插入,直接影响了电脑的扩充能力。
2.内存位置不合理,造成内存升级困难,也造成内存条散热不良。
3.主板的横向宽度太窄,使得直接从主板上引出接口的空间太小,也给安装、维修带来不便,更为不利的是降低了整机的可靠性。
4.没有规定软硬盘接口及软硬盘支架的位置。
增加了电脑内连线的混乱,甚至还会因为硬盘线缆过长,造成某些高速硬盘无法发挥其特长,制约了电脑整体性能的提高。
ATX主板的改进:
是把AT主板上的组件旋转了90度。
当然这只是表面现象,ATX具体的改进是:
1.把CPU的位置放在靠近主机电源的第二风扇的位置,让主机电源的散热风扇直接吹CPU,因此CPU上只需要一个散热片即可,甩掉了直接扣在CPU上性能不可靠的小散热风扇。
CPU和稳压电路的散热片再也不会影响全长的扩展板卡的安装了。
2.内存条位于主板的中央,使得升级、安装方便。
同时,从主机电源第二风扇吹来的气流也使得内存条的散热情况大大好转。
3.ATX主板的边缘直接提供了2个串口、1个并口、1个PS/2键盘和1个PS/2鼠标的接口,甚至有的主板还提供有一个游戏接口和三个音频接口,有效地减少了主机内部线缆的数目,提高了整机的可靠性。
4.软硬盘接口现在放到了离硬盘支架最近的地方,缩短了线缆的长度,有利于使用高速的硬盘。
5.ATX主板提供了3.3V直流电源。
采用ATX标准以后,主机电源直接提供了3.3V电压,因此减少了主板上采用的元件数,不仅降低了主板的成本,同时也有利于提高可靠性和机器的总体性能。
6.ATX标准的机箱在电源关闭的时候仍然可以提供5V、100mA的直流电流,维持电脑内部分电路在关机的情况下依然保持工作状态,便于实现遥控开机、软件关机、定时关机的功能。
比如接到遥控开机信号或者电话呼叫信号之后,自动打开电脑电源进行处理。
3、MicroATX
MicroATX主板是ATX规格的一种改进,平时我们也称之为“小板”,而将标准ATX称为“大板”。
MicroATX主板把扩展插槽减少为3-4个,DIMM插槽为2-3个,从横向减小了主板宽度,比ATX标准主板结构更为紧凑。
按照MicroATX标准,板上还应该集成图形和音频处理功能。
目前很多品牌机主板使用了MicroATX标准,在DIY市场上也常能见到MicroATX主板。
这种类型的主板配合相应大小的机箱,不但节约制造成本,也节省占地空间。
但这种主板的PCI接口较少,扩展性较差。
※BTX主板
BTX是英特尔提出的新型主板架构BalancedTechnologyExtended的简称,是ATX结构的替代者,现在INTEL已经推出该类型的工程样板(非商业板)。
革命性的改变是新的BTX规格能够在不牺牲性能的前提下做到最小的体积。
新架构对接口、总线、设备将有新的要求。
目前的PC机内部接线凌乱,充满噪音,散热性能差,而且随着一些新技术的出现,主机内部分配件(例如高频CPU、显卡、高速硬盘)的发热量增加,BTX主板的推出势在必行。
当然,新架构仍然提供某种程度的向下兼容,以便实现技术革命的顺利过渡。
BTX具有如下特点:
(1)支持Low-profile,也即窄板设计,部件的布局将更加紧凑;
BTX在一开始就制定了三种规格,分别是BTX,MicroBTX及PicoBTX,三种BTX的宽度都相同,都是266.7mm,不同的地方在于主板的长度大小和扩展性有所不同。
(2)针对散热和气流的运动,对主板的线路布局进行了优化设计;
BTX规范更加注重整体散热效果,CPU散热器上的风扇变成了侧吹式的。
处理器转移到主板的前端,靠近外侧,跟进风口接近。
这样的设计能更加有利于冷风的进入,方便CPU散热。
紧挨着CPU的是北桥芯片和南桥芯片,通过CPU散热器的气流,顺便再带走芯片组上的热量;同时还可以带走在芯片组旁边显卡上的一部分热量;最后CPU风扇气流在Power风扇汇流后抽出。
(3)主板的安装拆卸也变得更加简便。
BTX规范中,使用了新的螺丝孔布置方式,保证主板受力的均匀、方便安装,别且提供可选的SRM配件来防止主板变形,保证系统的稳定性。
BTX提供了很好的兼容性。
目前流行的新总线和接口,如PCIExpress和串行ATA(SerialATA硬盘接口)等,也将在BTX架构主板中得到很好的支持。
得益于新技术的不断应用,将来的BTX主板还将完全取消传统的串口、并口、PS/2等接口,用USB接口来替代这些接口。
第二节主板的结构
主板主要由CPU插槽、内存条插槽、扩展插槽、硬盘接口、软盘驱动器接口、基本输入输出系统(BIOS)、互补金属氧化物半导体存储器(CMOSRAM)、电池、电源插槽、芯片组等部件组成。
一、PCB基板
主板的平面是一块PCB(印刷电路板),分为四层板和六层板。
为节省成本,低档主板多为四层板:
主信号层、接地层、电源层、次信号层。
六层板增加了辅助电源层和中信号层。
六层PCB的主板抗电磁干扰能力更强,主板也更加稳定。
在电路板上面,是错落有致的电路布线;再上面,则为棱角分明的各个部件:
插槽、芯片、电阻、电容等。
当主机加电时,电流会在瞬间通过CPU、南北桥芯片、内存插槽、AGP插槽、PCI插槽、IDE接口以及主板边缘的串口、并口、PS/2接口等。
随后,主板会根据BIOS(基本输入输出系统)来识别硬件,并进入操作系统发挥出支撑系统平台工作的功能。
镙丝孔:
在PCB板四周,视主板类型而定有6~9个用来将主板固定到机箱上的镙丝孔。
二、主板上的芯片
1、CMOS芯片与BIOS系统
计算机用户在使用计算机的过程中,都会接触到BIOS,它在计算机系统中起着非常重要的作用。
一块主板性能优越与否,很大程度上取决于主板上的BIOS系统管理功能是否先进。
CMOS芯片是指主板上一块可读写的、长方型或正方型存储芯片。
CMOS本身只是一块存储器,具有保存数据的功能,而CMOS中的各项参数设定要通过专门的程序来完成。
系统加电引导时,要读取CMOS信息,用来初始化机器各个部件的状态。
CMOS芯片中主要存放:
(1)自诊断程序:
通过读取CMOSRAM中的内容识别硬件配置,并对其进行自检和初始化(开机自检);
(2)BIOS设置程序:
引导过程中,用特殊热键启动,进行设置后,存入CMOS芯片中(BIOS设置一般采用英文操作界面)。
BIOS(BasicInput/OutputSystem,基本输入输出系统),指集成在主板上的CMOS芯片内的程序,其中保存了微机系统最重要的基本输入输出程序、系统开机自检程序等。
它负责开机时,对系统各项石硬件进行初始化设置和测试,以保证系统能正常工作。
由于CMOS芯片与BIOS设置都跟电脑系统设置密切相关,所以才有CMOS设置和BIOS设置的说法。
也正因此,初学者常将二者混淆。
CMOSRAM是系统参数存放的地方,而BIOS中系统设置程序是完成参数设置的手段。
因此,准确的说法应是通过BIOS设置程序对CMOS参数进行设置。
而我们平常所说的CMOS设置和BIOS设置是其简化说法,也就在一定程度上造成了两个概念的混淆。
CMOS电池为CMOS芯片供电,以存储CMOS信息。
当计算机处于开机状态时,CMOS芯片由计算机电源供电;当关机时,CMOS芯片由CMOS电池供电。
目前主板上采用的是钮扣式锂电池。
电池的寿命一般为2~3年。
如果CMOS电池没有电时,CMOS芯片中的信息就会丢失(恢复出厂设置)。
这样在开机时系统会给出相关提示,并重新设置BIOS系统后才能正常运行计算机。
如果BIOS做了错误的设置之后导致无法开机,可以将该电池取下来3秒以上再放回,重新开机进行正确的BIOS设置即可恢复正常。
2、主板芯片组(南北桥芯片)
CPU通过主板芯片组(Chipset)对主板上的各个部件进行控制,因此主板芯片组是整块主板的核心所在,一般主板都是依据主板芯片组来区分的,它决定了主板的级别和档次。
主板的芯片组是由北桥芯片和南桥芯片组成的。
(1)北桥芯片
MCH:
MemoryControllerHub,内存控制中心。
北桥芯片(NorthBridge)是主板芯片组中起主导作用的最大、最重要的组成部分,也称为主桥(HostBridge)。
一般来说,芯片组的名称就是以北桥芯片的名称来命名的,例如英特尔845E芯片组的北桥芯片是82845E,875P芯片组的北桥芯片是82875P等等。
北桥芯片是CPU与外部设备之间联系的纽带,并控制内存、AGP数据在北桥内部传输,提供对CPU的类型和主频、系统的前端总线频率(FSB)、内存的类型(SDRAM,DDRSDRAM以及RDRAM等等)和最大容量、AGP插槽、ECC纠错等支持,整合型芯片组的北桥芯片还集成了显示核心。
北桥芯片在主板上离CPU最近,这主要是考虑到北桥芯片与处理器之间的通信最密切,为了提高通信性能而缩短传输距离。
因为北桥芯片的数据处理量非常大,发热量也越来越大,所以现在的北桥芯片都覆盖着散热片用来加强北桥芯片的散热,有些主板的北桥芯片还会配合风扇进行散热。
因为北桥芯片的主要功能是控制内存,而内存标准与处理器一样变化比较频繁,所以北桥芯片的数量非常多。
针对不同的平台,目前主流的北桥芯片有以下产品:
①支持INTELCPU的北桥芯片组
INTEL目前的主板芯片组产品主要有915/925系列的82910GL、82915P、82915G、82915GV、82915PL、82915GL、82925X和82925XE等八款北桥芯片。
支持双核心处理器的945/955/975系列的82945P、82945G、82945GZ、82945GT、82945PL、82955X、82975X等七款北桥芯片。
最新的是946系列的82946PL和82946GZ以及965系列的82P965、82G965、82Q965和82Q963等六款北桥芯片,这6款北桥都支持最新的双核心处理器Core2Duo,82P965还支持顶级的Core2Extreme。
(附)INTEL南北桥芯片连接方式的变化
传统(i8XX之前):
传统的南北桥架构是通过PCI总线来连接的,常用的PCI总线是33.3MHz工作频率,32bit传输位宽,所以理论最高数据传输率仅为133MB/s。
由于PCI总线的共享性,当子系统及其它周边设备传输速率不断提高以后,主板南北桥之间偏低的数据传输率就逐渐成为影响系统整体性能发挥的瓶颈。
改进(i8XX之后):
英特尔的加速中心架构(AcceleratedHubArchitecture,缩写AHA)首次出现在它的著名整合芯片组i810中。
在i810芯片组中,英特尔一改过去经典的南北桥构架,采用了新的加速中心构架。
这种新的加速中心架构中,两块芯片不是通过PCI总线进行连接,而是利用能提供两倍于PCI总线带宽的专用总线,这个总线被称为Hub-Link总线(GMCH与ICH之间和连接总线)。
这样,每种设备包括PCI总线都可以与CPU直接通讯,Intel810芯片组中的内存控制器和图形控制器也可以使用一条8bit的133MHz“2×模式”总线,使得数据带宽达到266MB/s,它的后续芯片组i8xx也大多采用这种架构。
目前的9XX系列平台:
Intel在新架构上几乎改变了一切,连南北桥之间的接口也发生了改变,使用新的DMI南北桥连接,可以提供双向2GB/s的带宽。
这样的带宽在目前的所有南北桥结构的芯片组中都是领先的。
DMI(DirectMediaInterface)直接媒体接口,这是英特尔(Intel)用来连接南北桥的总线,取代了以前的Hub-Link总线。
DMI采用点对点的连接方式,时钟频率为100MHz,由于它是基于PCI-Express总线,因此具有PCI-E总线的优势。
DMI实现了上行与下行各1GB/s的数据传输率,总带宽达到2GB/s,这个高速接口集成了高级优先服务,允许并发通讯和真正的同步传输能力。
它的基本功能对于软件是完全透明的,因此早期的软件也可以正常操作。
其它还有SIS(矽统)、ATI(冶天)、VIA(威盛)、NVIDIA(恩帝亚)也生产支持IntelCPU平台的北桥芯片。
其中,ATI和NVIDIA以前主要生产的是显卡芯片,现在也进行生产主板芯片的行列中,这两家厂商生产的北桥芯片大多数集成了显卡。
VIA最新的是整合芯片组P4M900,支持Socket478/Socket775全系列的所有处理器,包括最新的Conroe核心Core2Duo和Core2Extreme,支持1066MHzFSB和单通道DDR2667内存。
②支持AMDCPU的北桥芯片组
支持AMD平台的主流北桥芯片组目前主要有VIA的K8M890和K8T900;SIS的主要有SIS760GX、SIS761GL和SIS761GX;NVIDIA的nForce590SLI、nForce570SLI、nForce570Ultra和nForce550;ATI的RadeonXpress1100和RadeonXpress1150,这些芯片组支持AMDK8全系列的SocketAM2处理器。
(2)南桥芯片
ICH:
Input/OutputControllerHub,输入/输出控制中心。
南桥芯片(SouthBridge)是主板的第二大芯片,南桥芯片是主板芯片组的重要组成部分,一般位于主板上离CPU插槽较远的下方,PCI插槽的附近,这种布局是考虑到它所连接的I/O总线较多,离处理器远一点有利于布线。
相对于北桥芯片来说,其数据处理量并不算大,所以南桥芯片一般都没有覆盖散热片。
南桥芯片不与处理器直接相连,而是通过一定的方式与北桥芯片相连。
南桥芯片负责I/O总线之间的通信,如PCI总线、USB、LAN、ATA、SATA、音频控制器、键盘控制器、实时时钟控制器、高级电源管理等,这些技术一般相对来说比较稳定,所以不同芯片组中可能南桥芯片是一样的,不同的只是北桥芯片。
所以现在主板芯片组中北桥芯片的数量要远远多于南桥芯片。
INTEL的南桥芯片:
ICH6南桥芯片的编号为:
Intel82801FB、Intel82801FBM、Intel82801FR、Intel82801FW、Intel82801FRW与之搭配的MCH北桥芯片有:
910系列、915系列、925系列。
ICH7南桥芯片的编号为:
Intel82801GB、Intel82801GR。
与之搭配的MCH北桥芯片有:
945系列、946系列、955系列、975系列。
ICH8南桥芯片的编号为:
Intel82801HB、Intel82801HR。
与之搭配的MCH北桥芯片有:
963系列、965系列。
其它北桥芯片生产厂家也会生产一些南桥芯片与自己的北桥芯片搭配使用,一种南桥芯片可以搭配多种北桥芯片,但不能超过南桥芯片所支持的能力范围。
3、网络芯片
主板网卡芯片是指整合了网络功能的主板所集成的网卡芯片,与之相对应,在主板的背板上也有相应的网卡接口(RJ-45),该接口一般位于音频接口或USB接口附近。
目前市场上的主板大多数有板载网卡芯片。
目前在PC上的主板板载网卡芯片有10/100Mbps自适应网卡和千兆网卡,板载网卡芯片主要生产商是英特尔,3Com,Realtek,VIA和SIS等等。
4、声卡控制芯片
声卡控制芯片是由主板整合(板载)的提供音频控制功能的芯片。
在早期的主板上并没有整合声卡,电脑想发出声音就必须安装一张PCI接口的独立声卡。
由于目前主板整合度的提高,绝大多数主板上都有板载声卡芯片。
补充:
AC'97规范
AC'97规范是由英特尔、雅玛哈等多家厂商联合研发并制定的一个音频电路系统标准。
它并不是一个实实在在的声卡种类,只是一个标准。
目前最新的版本已经达到了2.3。
现在市场上能看到的声卡都是符合AC'97标准,厂商也习惯用符合AC'97标准来衡量声卡,因此很多的主板产品,不管采用的何种声卡芯片或声卡类型,都称为AC'97声卡。
5、显卡集成芯片
显示集成芯片是指主板所板载的显示芯片。
整合显示芯片的主板不需要独立显卡就能实现普通的显示功能,以满足一般的家庭娱乐和商业应用,节省用户购买显卡的开支。
板载显示芯片可以分为两种类型:
整合到北桥芯片内部的显示芯片以及板载的独立显示芯片,市场中大多数板载显卡的主板都是前者,而后者则比较少见。
三、插拔部分
在主板上有各式各样的插槽,用来安装不同的计算机基本配件和扩展配件。
插拔:
在电脑关机的情况下,用“插”来安装,用“拔”来拆卸。
1、内存插槽
内存插槽是主板上用来固定内存条的插槽。
现在大多数计算机内存使用的都是DIMM插槽,包括SDRAM、DDR、DDR2。
内存插槽类型
金手指弹片数
单面数量
缺口数量
应用内存
SDRAMDIMM
168
84
2
SDRAM
DDRDIMM
184
92
1(偏左)
DDRSDRAM
DDR2DIMM
240
120
1(靠中间)
DDRSDRAM
同样采用DIMM,SDRAM内存插槽、DDR内存插槽、DDR2内存插槽各不相同。
SDRAMDIMM为168线DIMM结构,金手指每面为84pin,金手指上有两个缺口,用来避免插入插槽时,错误将内存反向插入而导致烧毁(防插错设计);DDRDIMM则采用184线结构,金手指每面有92Pin,金手指上只有一个缺口。
缺口数量的不同,是SDRAM内存与DDR内存最为明显的区别。
DDR2DIMM为240线结构,金手指每面有120Pin,与DDRDIMM一样金手指上也只有一个缺口,但位置与DDRDIMM略有不同,因此DDR内存是插不进DDR2DIMM的,同理DDR2内存也是插不进DDRDIMM的,因此在一些同时具有DDRDIMM和DDR2DIMM的主板上,不会出现将内存插错插槽的问题。
※SIMM(SingleInlineMemoryModule,单内联内存模块)
内存条通过金手指与主板连接,内存条正反两面都带有金手指。
金手指可以在两面提供不同的信号,也可以提供相同的信号。
SIMM就是一种两侧金手指都提供相同信号的内存结构,它多用于早期的FPM和EDORAM,最初一次只能传输8bit数据,后来逐渐发展出16bit、32bit的SIMM模组,其中8bit和16bitSIMM使用30pin接口,32bit的则使用72pin接口。
在内存发展进入SDRAM时代后,SIMM逐渐被DIMM技术取代。
※RIMM
RIMM是Rambus公司生产的RDRAM内存所采用的接口类型,RIMM内存与DIMM的外型尺寸差不多,金手指同样也是双面的。
RIMM有也184Pin的针脚,在金手指的中间部分有两个靠的很近的缺口。
RIMM非ECC版有16位数据宽度,ECC版则都是18位宽。
由于RDRAM内存较高的价格,此类内存在DIY市场很少见到,RIMM接口也就难得一见了。
※双通道内存插槽
具有双通道内存功能的主
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