主机板基本架构解说

ConfidentialDocument主機板基本架構解說PreparedbyEric_Sun05/27/2006ConfidentialDocument個人電腦主機內部圖TopViewRearSideView主機板架構&主機板架構方塊圖DataTransmissionCPU,GMCH,AGP,ICH,PCI,USBBIOS,SuperI/O,ATX,ClockingASUSTekCurrentBusinessTableofContentsConfidentialDocument個人電腦ConfidentialDocument主機內部圖ConfidentialDocumentTopViewGMCHICHPCISlotMemoryATXPowerCPUSocketSuperI/OBIOSLANChip倍頻ICFloppyIDEAudioChipAGPSlotConfidentialDocumentSerialPort串行口VGAPortVGA或CRT接口K/B键盘口USBPort通用串行接口LANconnect网络接口Mouse鼠标ParallelPort并行口AudioPort音频输入/输出接口RearSideView主机箱后面板的接口ConfidentialDocument主機板架構ConfidentialDocumentCPUGMCHICHFWHHubInterfaceHL[11:0]FWH[3:0]主機板架構方塊圖SuperI/OSDRAM/DDRVGAAGPUSBIDEPCIHA[31:0]HD[63:0]K/BMsParallelInfraredSerialFloppyLANControlControlAD[31:0]HostBUSHCLKPCIBUSMD[63:0]MA[15:0]ControlHCLK48MHZ33MHZ33MHZ25MHZ14MHZ32.768KHZSCLKConfidentialDocumentCPUGMCHICHFWHHAHDHubLinkLPCDataTransmissionSuperI/OConfidentialDocument中央處理器：是整個電腦系統的重要運算核心。在傳統教科書對CPU的定義中，CPU由控制單元(CU)、算術與邏輯運算單元(ALU)與記憶體單元(MU)所組成。早期中大型電腦的CPU，其實是以設計複雜的電路板形式呈現，半導體科技的進步，廠商將CPU電路以晶片的形式製造出來，這種CPU晶片又稱微處理機或處理器(MicroProcessor或Processor)。CPU按位元分类:8Bits:Intel808016Bits:Intel8086,8028632Bits:Intel80386,80486,Pentium,Pentium2,Pentium3,Pentium464Bits:IntelltaniumCPU(CentralProcessingUnit)CPUSocketCPU底視圖CPU俯視圖ConfidentialDocument又稱為北橋晶片，譯為圖形記憶體控制集成，負責記憶體和AGP介面的顯示卡及記憶體與CPU處理器之間的溝通。GMCH(GraphicMemoryControlHub)GMCHConfidentialDocument圖形加速埠，由Intel所主導的3D圖形標準。此標準乃是以PCI的標準為基礎所建立之高效能界面，效率為PCI的四倍。因為在3D圖形有一個很重要的功能是貼圖(TEXTUREMAPPING)，經過貼圖後畫面的紋路會變成非常漂亮。但此貼圖需要非常大的傳輸效率，但是PCI的傳輸效率才只有133MB(百萬位元組)。所以才發展出AGP、AGP2X的傳輸效率有533MB(百萬位元組)。以應付大量的資料從Memory(記憶體)到AGP之間傳輸。目前已發展至8X的階段。AGP(AcceleratedGraphicsPort)AGPSLOTConfidentialDocument又稱為南橋晶片，譯為輸入及輸出控制集成。負責PCI、軟碟、硬碟、USB裝置、滑鼠、鍵盤等週邊裝置之控制。ICH(I/OControlHub)ICHConfidentialDocument週邊裝置互連，PCI匯流排由Intel在1993年所發表，是一高速匯流排。支援32bits，33MHz。最後版本可支援至64bits，133MHz(PCI-X)。但在PC只支援到32bits，33MHz。PCI(PeripheralComponentInterconnect)PCISLOTConfidentialDocument萬用串列匯流排，USB是為了解決現行PC要增加一些週邊設備所造成的困擾而制定。所有低速的週邊設備都可以接到USB，例如鍵盤、搖桿、掃瞄器、數位喇叭、數位相機、Modem…等。USB目前有兩種版本，USB2.0是基於USB1.1而發展出來的。在效能上增加了40倍，USB2.0向下相容於USB1.1並使用相同的纜線、連接器、軟體介面。USB2.0增加了高速版本，可達480Mbs，是USB1.1(12MBs)的40倍。USB(UniversalSerialBus)USB的ICONUSB接頭ConfidentialDocumentAFirmwareprogram(一種屬於韌體的程式碼)，儲存在ROM、EPROM或FlashROM記憶體內，提供最基本的硬體初始化(initialize)、周邊控制的必要程式碼。通常由汇编語言(AssemblyLanguage)所寫成。BIOS(Basicinput/outputsystem)BIOS(FWH)ConfidentialDocument對主機板BIOS而言，它最重要的工作有下列幾點:1.POST(PowerOnSelfTest，開機自我測試)一開機時系統將控制權交給BIOS時，它會針對CPU各項暫存器、旗號等先檢查是否運作正常，接下來會檢查像是8254timer(可程式化周邊計時晶片)、8259A(可程式化中斷器)、8237DMAcontroller(DMA控制器)的狀態。2.初始化--針對動態記憶體(DRAM)、主機板晶片組、顯示卡以及相關周邊的暫存器(register)做初始化初始化(Initialize)的動作，並檢測是否能夠正常工作。所謂初始化的動作就是依照該晶片組的技術文件規定，作一些暫存器填值、改位元或旗號的動作，使得主機板/晶片組的記憶體、I/O功能得以正常運作。3.記錄系統的設定值，並且儲存在非揮發性記憶體(Non-VolatileRAM，像是CMOS或FlashMemory(的ESCD區域)。4.將常駐程式庫常駐於某一段記憶體，提供作業系統或應用程式呼叫。像是INT10h、INT13h，INT15h之類的函式。BIOS(Basicinput/outputsystem)ConfidentialDocumentSuperI/O晶片的沿革甚久。在早期286、386甚至486的初期，當時的主機板都是接一種稱為MultiI/O(或MultiFunction)的介面卡，它提供必要的軟/硬碟機介面、印表機介面、兩個串列埠、列印埠以及搖桿介面，隨後IC設計業者將這些必要的I/O介面整合，發展成所謂的SuperI/O晶片，供廠商發展SuperI/O介面卡，或直接整合在主機板上。SuperI/O晶片整合較為中低速率的介面，以定義而論最少都有整合2S1P1G1FD，也就是具備兩個串列埠(SerialPort，COM1＆COM2)、一個平行列印埠(ParallelPort)、一個遊戲/搖桿介面(GAME/JoystickI/O)，還有一組軟碟機控制介面(FDCController)。後期的SuperI/O晶片還函蓋了紅外線傳輸介面(Infrared，IR)。SUPERI/OSuperI/OConfidentialDocumentATX是個人電腦的一種平台，所謂平台是指有一定的外型，主機板及電源供應器等都有一定的規定。ATX由Intel在1995年提出，現在已是主機板的主流，新的主機板多是ATX平台。其寬度為12英吋，長度可為9.6英吋。ATX定義新的外型，主機板及電源供應器，並有下列特點：ATX平台ATXPOWERConfidentialDocument•新的電源供應器.重新定義20pin的電源插座.以改善AT平台常插錯電源排線之困擾.•直接由電源器供應3.3V電壓.因新的CPU及Chipset均需要3.3V.•把常用的I/O放在主機板上.例如COMport,Parallelport,Mouse,VGA,USB等.•SoftPower的關機功能.在電源插座PS-ON此腳可控制電源供應器的開關機.當此腳為低電位時電源供應器就會開機.為高電位時就關機.因此可設計成由軟體來關機.當使用者對作業系統下關機命令時.作業系統亦可關閉所有的應用程式並利用此腳的功能達到自動關機的動作.這個功能需要BIOS的支援才可達成.因不同的主機板有各自不同的設計所以需要搭配其自有的BIOS才有作用.•系統只需一個風扇.因CPU的位置靠近電源供應器.系統和CPU可共用一個風扇.•磁碟機和IDE的插座靠近磁碟機和IDE的裝置.排線的裝配較容易.•記憶體的拆裝較容易.ATX平台ConfidentialDocument在主機板上存在一個決定時脈運作的時脈產生器。利用這個時脈產生器發出的計時訊號才能夠使所有設備利用單一而有規律的脈衝來運作，藉此處理資料間的同步問題，通常主機板會以14.318MHZ的石英震盪器為參考頻率再經由時脈產生器產生多組不同的頻率供給其它元件使用。Clocking時脈產生器與14.318MHZ石英震盪器