X86主板架构及硬件系统介绍

X86主板架构及硬件系统介绍

By:李军华赵丽2007.9ATX主板系统框图ATX机箱框图名词HyperthreadingTechnology超线程技术：通过软件的手段模拟出双个逻辑内核进行工作，运行效果尽量接近两个物理核心的性能FSB:(FrontSideBus)前端总线GMCH:(GraphicsandMemoryControllerHub)图形和内存控制中心MCH:(MemoryControllerHub)内存控制中心ICH:(I/OControllerHub)I/O控制中心ACPI:(AdvancedConfigurationandPowerInterface)高级配置与电源接口EthernetMediaAccessControl(MAC)physicallayer(PHY)GlobalSystemStates系统状态ApplytotheentiresystemandarevisibletotheuserG0:Working(SystemOperational)工作G1:Sleeping-nouserthreads,systemlooksoff睡眠G2/S2-SoftOff软关机NousermodeorsystemmodeisrunningLonglatencytoreturntoworkingstateS4:NonVolatileSleep(SpecialCase)SavetofileentiremachinestateG3:Mechanicaloff(Physicaloffswitch)机械关机SleepingStates睡眠状态S0:systemWorking系统工作S1:LowLatencySleepingStateProcessorContextMaintainedS2:LowLatencySleepingStateProcessorContextNotMaintainedS3:LowLatencySleepingStateDRAMstillmaintained挂起suspendtoDRAMS4:Lowestpowerlongestwake-upDRAMnotmaintainedSavetoFile挂起suspendtodisk磁盘S5:SoftOffState软关机S1—S4是4种不同的休眠状态ProcessorPowerStates处理器的状态C0:Fullpower,instructionsexecute处理器工作C1:Processorstopped处理器停止C2:Processorstopped,lesspowerthanC1处理器停止，比c1省电C3:Processorstopped,cachesignoresnoops处理器停止SystemPowerStatesACPI超级电源管理---系统状态图ProcessorpowerstatecontrolACPI超级电源管理---处理器状态图CPUIntel的产品分为台式、移动和效劳器三大块，他们的命名方式有点区别，移动的一般会带“M”这个字母，工控机主要用低功耗移动这一快最新的CPU〔Tigerton〕有4个内核，多核指的是将多个物理上独立的CPU内核集成在一个基片上，如：PentiumD集成了2个Pentium4的处理器Intel的超线程技术是一种多核心虚拟的技术，不仅CPU要支持，BIOS和操作系统也要支持，注意win2000不支持HT技术945GM支持Merom/Yonah处理器，主板支持的处理器不能只看封装，上面的处理器都是移动平台使用的，celeronM370和PentiumM目前我们的945GM主板是不支持的VCOREVCORE是CPU的核心电源，不同的CPU主频不一样，工作电压也不一样，intel的CPUVCORE有好多标准，945GM平台CPUVCORE的标准叫IMVP6下面简单介绍一下VCORE的控制原理CPU输出一组VID值给电源控制芯片电源控制芯片2相输出通过反响电路来控制输出的电压电压值由VID来确定VCOR电源控制ICVCORE12VUGDG12VUGDG反馈电路VID一相一相北桥北桥主要集成了内存控制器和显卡。集成显卡支持TV-Out、LVDS、CRT和SDVO915系列及之后命名规那么：P是主流版本，无集成显卡，支持当时主流的FSB和内存，支持PCI-EX16插槽。PL相对于P那么是简化版本，在支持的FSB和内存上有所缩水，无集成显卡，但同样支持PCI-EX16。G是主流的集成显卡芯片组，而且支持PCI-EX16插槽，其余参数与P类似。GV和GL那么是集成显卡的简化版芯片组，并不支持PCI-EX16插槽，其余参数GV那么与G相同，GL那么有所缩水。X和XE相对于P那么是增强版本，无集成显卡，支持PCI-EX16插槽。M为Mobile。南桥INTEL南桥命名规那么INTEL南桥ICH的编号都是82801，其后的第一个字母代表第几代晶片，如82801Gx就是ICH7系列，第二个字母B为Base、不支持RAID，R代表支持RAID，M表示mobile，新近的ICH7南桥分为ICH7DE、ICH7DH、ICH7DO三个版本，D是digital,结尾的字母分别代表Enterprise、Home和Office。SUPERIOSUPERIO集成了键盘鼠标接口，串口，软驱接口，并口以及一些硬件监控的电路BIOSBIOSBasicInput/OutputSystem，根本输入输出系统,我说的BIOS是指烧写在eeprom中引导系统启动和对硬件作初始化的一段代码。BIOS程序很复杂，一般的人或公司是没有实力写出来的，代码的来源主要有2家：AMI和AWARDIntel主板上的BIOS有2种接口LPC〔LowPinCount〕也叫FirmwareSPI系统启动时从哪个接口开始引导，是由硬件的StripPin来设定BIOSpostcode是一些诊断代码，BIOS在引导过程中会向80端口发送一些特定的代码，这些代码对调试很有用，调试的时候手上有一张数码卡是很必须的系统时钟CPU输出BSEL[0：3]告诉北桥和时钟IC其前端总线FSB的频率CLOCKIC由此产生相应的频率供给CPU和北桥，我们可以查看时钟IC的频率表来核查各路时钟是否正确CPUGMCHCK-410MBSEL0BSEL1BSEL2FSAFSBFSC2K2K2KICS954201的频率表ATX电源早期的AT计算机，插上电源就开机，关机时必须把电源切断ATX是在AT的根底上开展起来的，可以通过系统主板来控制电源。没开机时ATX电源只有5VSB输出，将PS_ON信号拉底后，主电源就会翻开，电源稳定后，输出PWR_OK信号，这个信号电源内部有上拉注：BTX,以及效劳器中用得1U电源，2U电源，以及冗余电源都是从ATX电源开展出来的，他们的电源插座大同小异开机时序〔南桥手册中的〕插上ATX电源未开机时系统由SB电源供电RSMRST复位信号，在SB电源准备好后一段时间内保持有效RSMRST复位后这几个信号就会依次发出开机：各路电源输出到达稳定电源稳定后，开机控制逻辑给南桥一个pwrok信号南桥接收到pwrok信号后大约1ms后发出系统复位信号RTC电路RTC是系统的时实时钟，断电时由电池供电，插上电源和开机之后就由VCC3.3VSB供电，该电路是保持CMOS的一些设定值，包括系统的时钟图中R197必须是1k1%的电阻，测量其压降可以大致估算出电池的使用寿命这局部电路的用电量很小，大概是几个毫安去除CMOS设置的跳冒系统开机电路系统可以通过南桥来控制开关机----图中蓝色虚线通常情况是采用SuperI/O来控制----图中红色虚线开关机电路必须由Standby电源供电HardwareMonitorSuperI/O通常集成有硬件监控，监控的原理就是将模拟信号变成数字字信号，设计时只要考虑输入信号不要超过其最大值，监控的电压较高时要用电阻分压在CMOS设置中可以看到硬件监控的信息，如系统和cpu温度，系统电源电压，以及风扇的转速等等智能风扇控制电路SuperI/O集成了风扇控制电路，PWM脉宽调制LinerFanControl，风扇的电路有很多种板载声卡板载声卡有2种接口，ICH7M这2个接口都支持AC’97HAD〔HighDefinitionAudioLink〕声卡属于模拟电路，用LDO〔7805〕做电源，模拟地和数字地要分开麦克风线路MONOMIC&STEROMIC声卡输出端子有些声卡芯片可以根据外设的阻抗来自动检测输入的类型InputGainsLine-inLine-outMICAUDIODEVICEIMPEDANCERANGEUNPOWEREDSPEAKERS4–8ohmsHEADPHONES16–500ohmsMICROPHONES(MONO)1000–2000ohmsPOWEREDSPEAKERS>5000ohms插针输出的线路CLCR板载网卡〔结构框图〕8256282773Rt8139Transform变压器PHY物理层MAC媒体控制器8257310/100/1000MPCIEX125MRJ45ICHLAN控制器PHY8256210/100MLCI25M可以集成在一起93C46SPIFlash25MRT813910/100MPCI32bit93C46网卡的接口电口RJ45光口GBIC和SFPSFP光电模块SFP光电模块GBIC光电模块VGA输出VGADB15输出接头LVDS接口液晶显示屏的接口，直接从北桥接出来液晶屏的厂家有SAMSUNG,SHARP,TOSHIBA,NEC,AU等,使用不同厂家的屏可能要配专门的连接线家用的液晶显示器是VGA接口的，在其内部有转换电路，将VGA转成液晶显示屏的接口LVDS接口的PCB封装LVDS接口电源选择LVDS接口线路图LVDS转TTL接口LVDS接口可以转换成TTL接口输出TTL接口的PCB封装LVDS转成TTL的专用ICSN75LVDS82DVI接口北桥SDVO经过CH7307转成DVI输出，集成在主板上北桥SDVO经过CH7307转成DVI输出PCIEX16DVI双屏显示双屏显示2个屏幕可以显示同样的内容，也可以通过屏幕扩展的功能来显示不同的内容屏幕扩展，在显示图形选项中或者显示器的高级设置中有相关的配置按钮，选中后即可，鼠标和应用程序窗口可以在2个显示器中移动TV-OUT接口ICH7M集成有电视视频输出，Component,S-videoandComposite,HDTV,输出的模式要BIOS支持，进入系统后，在显卡驱动程序的面板里可以看到相关的设置PCI扩展插槽PCI64bit/66M带宽533MB/s32-bit,33MHzPCI=133MB/s32-bit,66MHzPCI=266MB/s64-bit,33MHzPCI=266MB/s64-bit,66MHzPCI=533MB/s常见的3钟PCI槽，64位的常用于高端工作站和效劳器槽开在前面的是3.3v的，开在后端的是5v的PCI设备资源分配Intel的南桥一般可以接6个PCI设备，挂在PCI总线的设备，要进行硬件资源分配〔这些信号对每个设备而言都是独立的〕IDSEL设备号：南桥通过使一个地址信号有效来对PCI设备寻址访问，当访问Device1时，AD17有效。。。访问Device15时，AD31有效，(南桥集成LAN网络控制器是Device8，占用AD24)INIT#中断信号：中断分配可以说是IRQ路由表的分配，PCISlot上定义了INT〔A—D〕4个中断信号，大多数的PCI设备只使用INTA#，有个别的卡会使用到多个中断信号PREQ#和GNT#，一个设备分配一组，不能串接图1：IRQ路由规那么图2：BIOS申请表填写的内容PCIEPCIE的信道宽度有：x1、x2、x4、x8、x12和x32X1的带宽是1.25GbpsICH7南桥PCIE一般是x1和x4两种配置北桥PCIE一般是x8和x16，通常扩展图形显示卡左边是PCIEX1Slot的线路图，x4会多出3对数据线，其他都一样，短卡可以插到长槽中使用ISA扩展插槽PCI总线转ISA使用IT8888

图中黑色的是ISA槽ISA在工控机中用得比较多，PC104是ISA接口的而PC104+是PCI接口的IT8888的PCB封装硬盘接口IDE台式机使用40pin2.54mm间距的连接头，笔记本的使用44pin2.0间距的连接头The80-conductorcableisconsidered"optional"forthosemodes.However,foranyUltraDMAmodesabovemode2,the80-conductorcableismandatory.UltraDMA2以上的模式，必须使用80pin的连接线SATA接口的速率是1.5Gb/s,3.0Gb/s,从SATA2.0开始，支持热插拔eSATA

是externalSATA的缩写，用以取带移动usb和移动1394接口的硬盘，从ICH8开始就支持eSATACFcardCF卡用的是IDE接口下面是支持DMA模式的线路RAID磁盘阵列之一做磁盘阵列在安装windows操作系统时需要提供驱动，默认的驱动器是软驱，如果主板没有软驱接口，要实现RAID功能会很麻烦RAID磁盘阵列之二P/S2键盘鼠标接口，工控机由于空间关系，一般使用MiniDIN插座，商用电脑一般是2层的商用电脑接口USB接口Commonchock共模电感一个USB端口的供电电流标准定为500mAUSB接口有好多种手持设备的接头很小，我们的板上用下面这种大的该电容取值不能太小，建议为470uFESD保护自恢复保险丝串行通信接口RS232RS485RS422，某些场合要用到光电隔离的串口，平安性高些DB9接头定义A