计算机主板介绍课件

第4章

主

板4.14.24.34.4主板的结构及规格主板与部件的连接主板芯片组和总线主板上的功能元件4.1主板的结构及规格1．ATXATX主板，如图4.1所示，由Intel公司在1995年推出，用来取代过去的AT主板，它是目前最常见的主板结构。ATX主板最大尺寸为12英寸×9.6英寸（305mm×244mm），明确规定了主板上各部件的位置和高度限制、螺丝孔位，只要是ATX主板其尺寸与元件布局都相差不多。图4.1ATX主板结构4.1主板的结构及规格2．MicroATX1998年，Intel公司推出了新的MicroATX主板，如图4.2所示，用它来降低主板制造成本和对电源的需求。MicroATX是从ATX主板修改而来的，主板长度缩减，变成正方形的9.6英寸×9.6英寸（244mm×244mm）。MicroATX主板孔位、高度限制与ATX相同，可使用ATX或SFX电源，但PCI扩展槽和其他接口相对减少了，所以MicroATX主板俗称“小板”。图4.2MicroATX主板结构4.1主板的结构及规格4．BTXBTX是Intel公司推出的新型主板架构BalancedTechnologyeXtended的简称，BTX主板能够在不牺牲性能的前提下做到体积最小，但目前仍未广泛使用。图4.4为BTX主板结构。图4.4BTX主板结构4.1主板的结构及规格BTX主板具有如下特点：

根据板型宽度的不同分为标准BTX（325.12mm），MicroBTX（264.16mm）、PicoBTX（203.20mm）。

支持Low-profile，即窄板设计，系统结构更加紧凑。

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。

主板的安装更加简便，机械性能经过最优化设计。

支持ATX12V、SFX12V、CFX12V和LFX12V等多种电源规范。4.2主板与部件的连接主板提供插座和插槽承载部件，通过接口连接设备。ATX主板的插座、插槽和接口如图4.5所示。图4.5ATX主板的插座、插槽和接口4.2.1插座和插槽如图4.6所示，LGA775（SocketT）是IntelCore2Duo（酷睿2双核）和Quad（酷睿2四核）及较早的PentiumD、PentiumEE系列处理器的接口，用触点连接方式代替针脚式接口。（a）

（b）

（c）

图4.6IntelCPU插槽Socket478（a）、LGA775（b）和LGA1366（c）4.2.1插座和插槽如图4.7所示，SocketAM2是AMD公司在2006年发布的支持双通道DDR2内存的AMD64位桌面CPU的接口标准，虽然同样具有940根针脚，但SocketAM2与原有的Socket940在针脚定义及针脚排列都不相同，并不互相兼容。目前采用SocketAM2接口的有低端的Sempron、中端的Athlon64、高端的Athlon64X2及Athlon64FX等AMD桌面CPU。AM2+接口则在AM2的基础上增加了对HyperTransport3.0和分隔电源层的支持，主要支持AMD羿龙CPU，与AM2相互兼容，但如果AM2+CPU安装到AM2接口则功能会受到限制。SocketAM3是AMD羿龙II系列CPU使用的接口，AM3CPU开始全面兼容DDR3内存，SocketAM3向下兼容SocketAM2+和SocketAM2，但是SocketAM2/AM2+不能兼容SocketAM3CPU。

（a）

（b）

（c）

（d）图4.7AMDCPU插槽Socket754（a）、Socket940（b）、SocketAM2（c）和SocketAM3（d）4.2.1插座和插槽（2）内存插槽主板上的内存插槽用来插入内存。有168-PinDIMM、184-PinDIMM与184-PinRIMM、240-PinDDR2DIMM与240-PinDDR2RIMM几种，分别插入SDRAM、DDRSDRAM和RDRAM、DDR2SDRAM和DDR2RDRAM类型的内存。其中240-PinDDR2DIMM是目前的主流内存插槽，184-PinDIMM和168-PinDIMM已逐渐退出市场，至于RIMM一般只在服务器级主板中使用。240-PinDDR3DIMM是最新的DDR3内存插槽。如图4.8所示为DDR、DDR2、DDR3内存插槽。(a)(b)图4.8240-PinDDR2DIMM、DDR3DIMM（a）和184-PinDIMM插槽（b）4.2.1插座和插槽一些老式主板上还带有ISA（工业标准结构）总线插槽，ISA是美国IBM公司为286计算机制定的工业标准总线，总线宽度是16位，总线频率为8MHz，如图4.9所示，左边最长的插槽为ISA插槽，中间5个相同的白色插槽为PCI插槽。图4.9ISA插槽和PCI插槽4.2.1插座和插槽（2）AGP插槽AGP是连接控制芯片和AGP显卡的点对点连接，但习惯上依然称其为AGP总线。AGP总线直接与主板的北桥芯片相连，通过该接口也可让显示芯片与系统内存直接相连，避免了窄带宽的PCI总线形成的系统瓶颈，增加3D图形数据传输速率，同时在显存不足的情况下还可以调用系统内存。并行性允许CPU访问系统RAM与AGP显卡访问AGP内存同时进行。AGP的标准规格为AGP8×/4×/2×/1×，在AGP2×标准下可以提供的数据传输速率为533MB/s，在8×标准下可以提供2.1GB/s的传输速率。图4.10为不同传输标准的AGP插槽。(a)(b)(c)图4.10AGP1×/2×（a）、AGP4×（b）和AGP8×（c）4.2.1插座和插槽（3）PCIExpress插槽PCIExpress简称PCI-E，它的接口根据总线位宽不同而存在差异，包括×1、×4、×8、×16模式，而×2模式用于内部接口而非插槽模式。PCI-E插模可以从1条通道连接到

32条通道，有非常强的伸缩性，以满足不同设备对数据传输带宽的需求。此外，较短的PCI-E卡可以插入较长的PCI-E插槽中使用。PCI-E×1插槽的250MB/s传输速率已经可以满足主流声效芯片、网卡芯片和存储设备对数据传输带宽的需求，但是远远无法满足图形芯片对数据传输带宽的需求。PCIExpress×16插槽，如图4.11所示，目前基本上取代了AGP插槽成为显卡的接口标准，它提供5GB/s的带宽（实际可达4GB/s），远远超过AGP8×的2.1GB/s的带宽，所以PCIExpress可以大幅提高中央处理器（CPU）和图形处理器（GPU）之间的数据传输速率。4.2.2设备接口1．内部设备接口（1）主板电源接口和CPU风扇电源接口电源支撑着主板和其连接设备的运行。

主板的电源接口用于连接电源，为主板供电。一般主板上的电源插座为20-Pin如图4.12（a）所示。插座双排设计，这些针脚彼此都套在形状不同的塑胶护框内，且带有方向性，所以不会插错。CPU风扇接口用来为风扇提供电力，提供主板对风扇的控制信号。一般主板厂商会在主板上安置3-Pin或4-Pin的CPU风扇接口或系统风扇接口（如图4.12（a）、（c）所示），4-Pin风扇接口首先出现在LGA775主板上，可根据CPU传感器测量的温度来智能调节风扇转速。此接口旁一般标有CPUFAN字样，注意与其他4-Pin接口区别。4.2.2设备接口

（a）（b）（c）图4.12主板的20-Pin电源接口（a）和3-Pin（b）、4-Pin（c）风扇接口4.2.2设备接口（2）IDE接口和软驱FDC接口如图4.13所示，IDE接口用来连接硬盘和光驱等IDE存储设备，主板上IDE接口一般有两个：IDE1和IDE2。在接口边的PCB上标有IDE编号，通常蓝色的IDE接口为IDE1，白色（或黑色）的为IDE2。软驱接口比IDE接口稍短一点。目前市场上的软驱规格统一，所以不必担心型号问题。（a）（b）图4.13IDE接口（a）和软驱接口（b）4.2.2设备接口2．外部I/O接口如图4.15所示，为主板外部I/O接口一览图。（1）VGA接口整合了显示芯片的主板上具有VGA接口。它是显卡输出模拟信号的接口，也叫D-Sub接口。VGA接口是应用最广泛的显卡接口类型，多数显卡都带有此接口。图4.15主板外部I/O接口一览4.2.2设备接口（2）DVI接口和HDMI接口DVI（DigitalVisualInterface，数字视频接口）和HDMI（HighDefinitionMultimediaInterface，高清晰多媒体接口）是较新的数字视频传输标准接口。DVI接口是近年来随着数字化显示设备发展起来的一种显示接口。HDMI接口提供高达5Gb/s的数据传输带宽，可以传送无压缩的音频信号及高分辨率视频信号，几乎成为目前液晶电视等高清显示设备的必备接口。（3）3.5mm模拟音频接口和S/PDIF接口3.5mm模拟音频接口（如图4.16所示）主要用于连接耳机、音箱、麦克风等，独立声卡或集成声卡的主板上都有这些接口。它符合PC‘99规格，采用彩色接口，容易辨别。其中蓝色为Speaker接口，红色为Mic接口，绿色为Line-in接口。Speaker接口连接音箱、耳机等音频输出设备。Mic是麦克风的输入口，主要有两个作用：一是给麦克风提供工作电压，二是把麦克风信号无衰减地提供给放大器。图4.163.5mm模拟音频接口4.2.2设备接口S/PDIF（Sony/PhilipsDigitalInterfaceFormat）接口是一种数字传输接口，普遍使用光纤和同轴电缆输出，如图4.17所示，它能保持高保真的输出结果。集成了显示芯片的主板上一般有一个S/PDIF输出接口（黄色），有些还有一个S/PDIF输入接口（红色）。其主要作用是改善音质，提高信噪比，提供更加纯正的听觉效果。支持S/PDIF技术的声卡提供S/PDIFIn、S/PDIFOut接口。如果有数字解码器或带有数字音频解码的音箱，可以使用S/PDIF接口作为数字音频输出，使用外置的DAC（Digital-AnalogConverter，数字/模拟转换器，简称数模转换器）进行解码，以达到更好的音质。（a）

（b）图4.17同轴电缆（a）和S/PDIF接口（b）4.2.2设备接口（5）鼠标和键盘PS/2接口PS/2接口是台式机上较常见的一种鼠标和键盘专用的6针圆型接口。但鼠标只使用其中的4针传输数据和供电，其余2个为空脚。PS/2接口的传输速率比COM接口稍快一些，而且是传统ATX主板的标准接口，不支持热插拔。需要注意，在连接PS/2接口鼠标时不能错误地插入键盘PS/2接口（当然，也不能把PS/2键盘插入鼠标PS/2接口）。标准主板的PS/2接口，鼠标接口为绿色，键盘接口为紫色。另外，也可以从PS/2接口的相对位置来判断：靠近主板PCB的是键盘接口，上方的是鼠标接口。现在新型主板已经完全取消了PS/2接口，转而采用即插即用的USB接口连接鼠标和键盘。（6）USB接口USB接口标准有两个，分别为USB1.1和USB2.0，它们之间最显著的区别是传输速率的不同。USB2.0是最新的USB设备规范，理论上最高能达到480Mb/s的传输速率；而USB1.1的理论传输速率仅为12Mb/s。USB设备接口向下兼容，支持USB2.0设备的USB接口同样也支持USBl.1设备。USB接口可以有多种类型，常见的扁口USB为TypeA型，它对应TypeA型的USB插座；方口的USB为TypeB型；另外手机上常用的一种小口USB，称为miniUSB。4.2.2设备接口如图4.19所示，从左至右依次为8-Pinmysteryplug（插头）、Mini-Bplug、B-typeplug、A-typereceptacle（插座）、A-typeplug。图4.19不同的USB接口

4.2.2设备接口（7）打印机接口并行接口（如图4.20所示）一般用来连接打印机或扫描仪，采用25-Pin的DB-25接头。并口的工作模式主要有三种，主要使用ECP+EPP模式。图4.20并行接口SPP标准工作模式：单向半双工传输，传输速率仅为15Kb/s，是传统的工作模式。EPP增强型工作模式：双向半双工数据传输，兼容SPP，传输速率可达2Mb/s。ECP扩充型工作模式：双向全双工数据传输，由于采用压缩传输方式，传输图像时比EPP更快。4.2.2设备接口（9）串行接口串行接口，简称串口，主要用于串行逐位（bit-by-bit或bitwise）数据传输。常见的有应用于PC的RS-232（使用25-Pin或9-Pin连接器，如图4.22所示），应用于工业计算机的半双工RS-485与全双工RS-422。（a）

（b）图4.22RS-232插头（a）和接口（b）4.3主板芯片组和总线4.3.1主板芯片组1．芯片组的构成按照在主板上排列位置不同，芯片组通常分为北桥芯片和南桥芯片。北桥芯片对CPU类型和主频、内存类型和最大容量、ISA/PCI/AGP/PCI-E插槽、ECC纠错等提供支持。南桥芯片则对KBC（键盘控制器）、RTC（实时时钟控制器）、USB（通用串行总线）、SATA/IDE数据传输方式和ACPI（高级能源管理）等提供支持。其中北桥芯片起着主导性的作用，也称主桥（HostBridge）。对照主板的实物图可以看出，北桥位于CPU和内存插槽附近，南桥则靠近各种扩展插槽。注意，在Intel芯片组上，MCH相当于北桥芯片，ICH相当于南桥芯片。图4.23为典型的主板芯片组结构图。4.3.1主板芯片组图4.23典型的主板芯片组结构（a）和IntelP35芯片组结构图（b）4.3.1主板芯片组2．集成显卡的芯片组集成显卡的芯片组是指芯片组集成了显示芯片，如图4.24所示，使用这种芯片组的主板不需另外安装独立显卡就可实现显示功能，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。集成显卡的芯片组也叫整合型芯片，这样的主板被称为整合型主板。图4.24NVIDIA公司支持IntelCPU的MCP7A主板在北桥中集成了GeForce9400显示芯片4.3.1主板芯片组3．芯片组和主板的关系一般来说，芯片组提供哪些功能，主板就会配置相应功能。不过有时主板厂商基于竞争和成本的考虑，还会加上芯片组未提供的功能，也有可能不提供芯片组所提供的部分功能。例如，部分芯片组可支持4GB（甚至更高）的内存容量，不过真正做到主板上时，必须考虑内存插槽的数量与布线方式。例如，主板可以只搭配3条内存插槽，每个插槽最高支持1GB，此时主板只能支持3GB的总内存。又如，有些主板会提供SerialATA、IDE/SATARAID、IEEE394支持，以及过热保护、快速还原、个性化开机界面等功能，其中有些是芯片组未提供的功能，是由生产商自行开发配备的，用以提高主板的附加值。4.3.2由主板承载的系统总线1．总线的概念（1）总线宽度。总线宽度（或总线位宽）是指总线每次可传输多少位信息。位宽越大，单位时间传送的信息越多。

（2）总线频率。频率的单位是Hz（赫兹），表示电流或信号每秒变换几次。由于电信号的速度非常快，所以常用到更大的单位——MHz（MegaHz，兆赫兹）、GHz（吉赫兹）。（3）总线带宽。简单地说，总线带宽（Bandwidth）指在单位时间内可以传送的信息总数。我们知道，总线带宽表示一次可传送的位数，而总线频率则指每秒可以传送多少次。综合两者，有下列公式：总线带宽（Mb/s）

=总线频率（MHz）×总线位宽（b）4.3.2由主板承载的系统总线2．总线的分类总线按其相对于CPU或其他芯片的位置可分为内部总线和外部总线。

内部总线：在CPU与寄存器之间、算术逻辑部件ALU与控制部件之间传输数据所用的总线。

外部总线：指CPU与内存、ROM与输入/输出设备接口之间进行通信的通路。总线按功能可分为地址、数据和控制总线。

地址总线：用来传送地址信息，目前多采用32位地址线。

数据总线：用来传送数据信息，其大小也就是前面提过的“宽度”。

控制总线：用来传送各种控制信号，例如，数据从部件A传送至部件B，当传送完毕时，系统会在控制总线中发出一个信号告知部件B。总线按其作用范围划分，主要有系统总线和局部总线。

系统总线：ISA（AT）标准，MCA，EISA，VESA，PCI，AGP。

局部总线：VESA，LocalBusPCI（PCI局域总线）。4.3.2由主板承载的系统总线3．几种重要的总线（1）前端总线。前端总线（FSB，FrontSideBus）也称ProcessorBus、SystemBus或ProcessorSystemBus（PSB），该通道上接CPU、下连北桥芯片，是CPU对外联络的唯一通道。（2）内存总线。顾名思义，内存总线（MemoryBus）是北桥和内存之间的数据传送通道，它一端与北桥芯片连接，另一端连接内存插槽。（3）PCI总线。它是目前应用最广插槽最多的总线；早期还作为南、北桥芯片的连接总线，目前则独立分离出来，直接连在南桥芯片上。（4）AGP总线和PCI-E总线。AGP总线是提供给视频信息传输的专用通道，一端连接AGP插槽，另一端连接北桥芯片。（5）南/北桥通道。南/北桥通道是专门提供给南桥芯片（SouthBridge）与北桥芯片（NorthBridge）间的“高速总线”，它取代了以往与PCI总线“共用频率”的方式，以应付日益庞大的信息量。4.3.2由主板承载的系统总线4．主板与总线的关系当前的计算机各部件速度不一，若仍然使用同一频率，势必会拖累高速设备，影响系统性能。利用多种频率，可以让不同速度的部件彼此协调，共同运行。总线是为不同部件服务的，所以不同类型的总线其频率不同。主板如何为不同总线产生合适的频率呢？在主板中有一组时钟脉冲发生器（ClockGenerator，见图4.25），负责以33.3MHz的频率产生脉冲，并送至各个电子元件。该频率送至各电子元件时，可以根据各自的需要，配合倍频器或除频器来提高或降低频率。倍频器是在每次收到一个信号后，产生数个信号以提高频率；除频器则是每收到数个信号之后，只放出一个信号以降低频率。图4.25时钟脉冲发生器芯片4.3.2由主板承载的系统总线例如，时钟脉冲发生器通过PCI总线外围设备提供33MHz的时钟信号。其中，前端总线（FSB）与图形加速接口（AGP）总线的时钟频率经北桥时钟倍频后间接获得，如可用4倍频（133MHz）的方式运行。图4.26为时钟脉冲发生器给各元件提供不同时钟信号示意图。图4.26时钟脉冲发生器为各元件提供不同的时钟信号4.4主板上的功能元件1．芯片组芯片组由北桥和南桥组成，它是主板的中枢，不同芯片组厂商生产的南/北桥芯片不同。北桥芯片是主板上离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。由于该芯片一直安放在主板的上部而被命名为北桥芯片。Intel公司从815芯片组开始就已经放弃了南/北桥这种说法，Intel的MCH相当于北桥芯片，它是内存控制器中心，负责连接CPU、显卡总线和内存。北桥芯片组工作时发热量很大，通常配有散热器，一些高