第3章 主板 计算机组装与维护

本章重点：1、掌握主板的概念、名称；2、掌握主板的组成、各模块作用和总线结构分布3、了解计算机主板芯片组、主板技术和性能指标4、掌握主板与CPU、内存的搭配；5、了解主板的相关故障表现及处理办法；6、主板的选购7、主板的创新3.1掌握主板的概念、名称一、主板概述主板，又叫主机板(mainboard)、系统板(systemboard)和母板(motherboard)；它安装在机箱内，是PC最基本的也是最重要的部件之一。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，一般有BIOS芯片、I/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指示灯插接件、扩充插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件图3.1主板图电源插座CPU插座北桥芯片内存插槽南桥芯片图3.2主板接口图图3.3主板接口图3.4主板具体布置接口：鼠标、键盘接口，COM口（串口），打印口（并口），USB接口，网卡接口，显示接口，音频接口，其它；插座、插槽：CPU，内存，电源（20+4），AGP接口，PCI接口，PCIE接口，ISA接口，电池插座，硬盘接口（IDE,SATA），软驱接口，其它插座；芯片：北桥，南桥，BIOS芯片，其它IC；主板主的集成部件显卡：在主板的北桥芯片中集成显示芯片；如常见的Intel845G/945G等带字母G的芯片鼠标、键盘口光纤接口COM口USB口网卡口音频接口1394口打印机接口组；集成声卡：目前多数主板都集成了AC97声卡；集成网卡：多数主板集成网卡芯片，不再需要独立网卡，如Realtek8139网络控制芯片；其它集成设备：如1394接口，光纤接口等。串行接口：COM口，接Modem，手机等，针式；并行接口：打印口，LPT口，接老式打印机，大红色；USB接口：通用串行总线接口，接U盘，MP3，数码相机，摄像头，鼠标等，矩形插口式；1394接口：火线接口，接数码摄像机；VGA接口：接显示器，蓝色15孔；PS/2接口：紫色键盘，绿色鼠标；音频接口：绿色音箱，红色MIC；3.2掌握主板的组成、各模块作用和总线结构分布（1）主板的组成图3.5主板的组成计算机的主要电路和核心部件都集成在主板上图3.6主板电路图3.7主板核心部件（2）各模块作用1．CPU模块CPU模块包括CPU芯片、CPU插座和风扇。CPU的类型不同，CPU的插座也不一样。2．内存模块内存模块包括内存插槽和内存条。内存插槽是连接和放置内存条的地方，它决定着所安装的内存条类型，目前的形式有168线槽(DIMM槽)和184线槽(RIMM槽)。3．芯片组(Chipset)芯片组称为控制芯片组(Chipset)，由一片或多片超大规模集成电路芯片构成。主要包括以下功能电路。1）总线控制器其主要功能是执行CPU的命令，根据CPU的状态信号译码出各种控制命令，并代替CPU去下达命令，送往各功能电路2）计时/计数器计时/计数器是计算机电路中的辅助时钟发生器，用硬件电路实现分频并产生其他时钟脉冲，供给除CPU以外的其他电路使用，它产生的时钟主要有三种用途：一是系统时钟计时(SystemTimerCLK)，作为系统计时及时间的处理；二是内存刷新时钟(DRAMRefreshCLK)，对DRAM进行数据刷新；三是喇叭声音时钟(SPEAKCLK)，产生各种声频的时钟，用来控制扬声器发声。3）中断控制器控制各种硬件向CPU申请中断的优先权。4）DMA通道控制器芯片组中含有DMA通道控制器，实现8条数据通道DQR0～DQR7的控制和管理。目前用DMA通道与计算机直接进行数据交换的设备有软盘、IDE接口的UltraDMA硬盘、SCSI名称作用名称作用AGP1AGP显示卡接口ATXl2V12V4pin电源接口ATX1标准20pinATX电源接口AUDI01Mic/Speaker输出接口BT13伏的电池给实时时钟供电CDIN1主CD-in接口CDIN2从CD-in接口CASFAN1机箱冷却风扇接头CNR1网络通讯接口COM2板载COM2接口CPUFAN1CPU冷却风扇CPUSocketCPU插座(mPGA478)DIMM1DIMM2两个184pinDDR插槽FDD1软驱连接器IDE1第—IDE接口IDE2第二IDE接口Ir1红外接口JP3BIOS保护跳线JP1清除CMOS跳线JP4选择板载网卡跳线LED1LED接头USB2、3前置USB面板接头PANEL1接机箱面板的开关和LEDPCI1～PCI3三个32-bitPCI扩展槽PWRFAN1电源风扇接口SPEAKER1喇叭接口VID4～VIDO核心电压选择跳线(测试用)WOL1网络唤醒接口WOM1Modem唤醒接口硬盘和光驱等外部设备。5）实时计时器时钟和CMOSRAM实时计时器时钟为系统提供日期和时间，当系统关机后，将日期和时间储存在CMOSRAM中，由电池供电，并继续走时。目前随着集成度的发展，芯片组大多被集成为北桥芯片和南桥芯片。北桥芯片是主板上离CPU最近的一块芯片，掌管着L2或L3Cache、内存接口、CPU接口、AGP高速图形接口及ECC纠错等。南桥芯片负责KBC(键盘控制器)、RTC(实时时钟控制器)、PCI、ISA、USB、UltraDMA/33(66)EIDE数据传输方式和ACPI(高级能源管理)等。其中北桥芯片起着主导性的作用，也称为主桥。除了最通用的南北桥结构外，芯片组还向更高级的加速集成架构发展，如Intel的8xx系列芯片组，它将一些子系统如IDE接口、音效和USB直接接入主芯片。芯片组的类型将直接影响主板甚至整机的性能。4．BIOS基本输入输出系统BIOS主要用于控制管理整个计算机系统的输入输出，BIOS被固化在ROM中，ROM是焊在或插在主板上的一个集成电路芯片，其中保存有计算机系统最重要的基本输入/输出程序、系统设置程序、开机上电自检程序。目前主板上的BIOSROM芯片都是用FlashROM，所以可以对它进行升级。5．总线扩展槽可插放各种用途的功能板卡，如显卡、声卡、网卡、视频转接卡等。根据不同的标准，扩展槽有：ISA、PCI和AGP扩展槽总线。ISA又分为ISA和EISA；PCI分为PCI、PCI2.1和PCIX；AGP分为AGP1X、2X、4X和8X。这些扩展槽并行排列在主板上，ISA总线扩展槽为黑色；PCI总线扩展槽为白色，但比ISA总线扩展槽短些；AGP扩展槽是离CPU插座最近的褐色插槽。PCI扩展槽在主板上均有编号，靠近AGP端口的PCI槽一般定为1号，然后依次向ISA槽方向分别编为2至5号。PCI槽编号在某些操作系统或应用软件中可能用到。6．高速缓冲存储器(Cache)计算机系统为了提高数据的存取速度，486以上档次的计算机普遍采用了在CPU与主存储之间增设少量的高速度存储器(Cache)，临时存放CPU经常要访问的指令和数据，用来解决高速的CPU与低速主存储器工作速度不匹配影响整个系统工作速度的矛盾。高速缓存可分为：(1)L1CACHE(一级缓存)：建立在CPU内部的高速缓存；(2)L2CACHE(二级缓存)：建立在CPU内部或主板上的高速缓存。P4计算机甚至有L3CACHE，一般是建立在主板上。7．外设接口486以上计算机的主板上集成了软硬盘控制器、串并行接口，有的甚至将网卡、显卡、声卡等都集成在主板上，即所谓的ALLINONE主板。目前主板都带有：(1)两个串行接口。用来连接鼠标或Modem等串行设备；(2)一个并行接口。用来连接打印机等并行设备；(3)两个以上USB接口。用来连接USB设备；(4)两个IDE接口。用来连接硬盘或光驱；(5)一个软驱接口。用来连接软盘驱动器；(6)两个PSⅡ接口。用来连接键盘和鼠标；(7)三个模拟信号接口（3）总线结构分布主板上关键的技术是主板的总线技术。计算机的总线就是主板上传输信息的通道。CPU是计算机的大脑，总线就是计算机的中枢神经。主板的总线按传送的信息含义分为数据总线、地址总线和控制总线。CPU要发送或读取任何一个信息都必须通过总线来完成，计算机所有功能部件都挂接在总线上。1.总线结构图2．总线的分级一般总线可分为系统总线、局部总线和模块内部总线三级。图3.8总线结构图1）系统总线是一个64位数据线和32位地址线的同步总线。此总线连接着CPU、Cache、主存DRAM及北桥芯片。AGP总线与PCI局部总线控制器通过芯片组与系统总线相连。前端系统总线(FrontSideBus，简称FSB)是CPU和主板的北桥芯片或者MCH(内存控制集线器)之间的数据通道，即CPU外部总线。前端总线频率即是CPU的端口频率，与内存总线频率相同，但与主板主频(CPU外频)不同。Intel的QuadPumped(4倍并发)总线，可以使系统总线在一个时钟周期内传送4次数据。对于前端总线频率为400MHz的P4处理器(外频为100MHz)来说，QuadPumpedBus可以在一个时钟周期内，在总线上同时传送四路64bit数据。因此，其前端总线的实际数据传输性能相当于4条100MHz的前端总线之和。最快的P4平台的FSB已经达到了800MHz，但外频是200MHz。图3.9系统总线2）局部总线局部总线是一个32位(或64位)的同步总线。通过PCI局部总线控制器(南桥芯片的一部分)和北桥芯片与高速的系统总线相连，通过PCI-PCI桥和PCI-ISA桥芯片分别与高速的PCI卡和低速的ISA卡相接。桥芯片在此起到了信号速度缓冲、电平转换和控制协议的转换作用。通过桥将两类不同的总线联接在一起。3）模块内部总线模块内部总线是各电路模块内的信号通道，如存储器模块内的存储器总线、I/O模块内的I/O总线等，接口总线也属于模块内部总线。3．主板常用总线总线是一组信号线，是在多于2个模块(子系统或设备)间相互通讯的通路。主板上常用的总线类型有ISA、PCI、AGP和EISA。1）ISA总线ISA(即工业标准结构总线)，也叫AT总线。数据宽度16位，工作频率为8MHz，数据传输率为8MB/s。可以与8位和16位外部设备相连接。2）EISA总线EISA总线是ISA的扩展，数据宽度32位，32位地址线，最大数据转输率为33MB/s，与ISA全兼容。3）PCI总线PCI总线即外围部件互连总线。其总线数据宽度为32位或64位，工作频率66MHz，最大传输率：在32位时为132MB／s，64位时为528MB／s。32位PCI总线采用124针连接器，64位PCI用188针连接器。支持即插即用(PnP)。所谓即插即用，是指当板卡插入系统时，系统会自动对板卡所需资源进行分配，如基地址、中断号等，并自动寻找相应的驱动程序。4）AGP总线AGP即高速图形接口。专用于连接主板上的控制芯片和AGP显卡，在AGP显卡上的显示存储器与主机主存之间建立直接的专用数据通道，让主存中的影像和图形数据直接传送到显卡而不需要经过PCI总线。它的传输速度为PCI的4倍。AGP又分为AGP1X、2X、4X、8X四种。4.I／O接口电路一、I／O接口电路的功能和作用通常接口有以下一些功能:(1)设置数据的寄存、缓冲逻辑，以适应CPU与外设之间的速度差异；(2)接口通常由一些寄存器或RAM芯片组成，如果芯片容量足够大，还可以实现批量数据的传输；(3)能够进行信息格式的转换，例如串行和并行的转换；(4)能够协调CPU和外设在信息的类型和电平之间的差异，如电平转换驱动器、数/模或模/数转换器等；协调时序差异；地址译码和设备选择功能；设置中断和DMA控制逻辑。二、I／O接口的分类I/O接口按功能分功能芯片、通用输入输出和专用外部设备接口三大类。(1)功能芯片类。如芯片组、DMA通道控制器、中断控制器等；(2)通用输入输出类。如计算机通用的串、并行接口等；(3)专用外部设备接口类。如软、硬盘控制器、图形控制器等。3.3主板的技术和性能指标1）认识芯片组芯片组是主板的核心部分，按照位置不同，通常把它们叫做南桥芯片和北桥芯片，通常这两个芯片合称为芯片组。图3.10芯片组南桥芯片（SouthBridge）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，P