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电脑主板各个模块介绍与原理解读

2017-12-25 13:15:42

星期八

小技术网

主板又称为母板,是电脑非常重要的组成部分,今天笔者来为大家介绍下主板的基本结构和所包含各个模块的功能为大家做个详细的介绍。

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一、主板的模块结构功能  

主板主要由CPU芯片组(Chipset)、高速缓存(Cache)、系统总线槽、RAM(内存)、系统bios(基本输入输出管理系统)及输入输出设备接口等组成。主板的主要功能是支撑和协调主板上的各个功能部件运行工作,为它们提供信息通路和数据通道。计算机的主要电路和核心部件都集成在主板上。  

按其电路功能分为以下几大模块。  

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、PCIX和PCIE;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。  

PCIExpress是第三代I/O总线技术,有1X、4X、8X及16X。  

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.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,现在还将网卡、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)一个串行接口。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;或两个以上的SATA接口。  

(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。用来连接话筒、扬声器等;  

(8)一个游戏杆接口。  

二、主板的总线结构分析  

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  

主板总线结构如图5-2、图5-3所示。  

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。  

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。  

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、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。  

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1600MHz。  

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PCI、AGP。  

1)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。  

PCIExpress是第三代I/O总线技术,有1X、4X、8X及16X。PCIExpress接口支持热拔插。用于取代AGP接口的PCIExpress接口位宽为16X,能够提供上行、下行2×4GB/s的带宽,远远超过AGP8X的2.1GB/s的带宽。  

2)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。  

三、I/O接口电路  

1.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。  

2.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。  

电脑主板模块部分基本就是这些,大家比较要了解的是南北桥芯片的作用以及原理即可快速知道主板的一般工作原理了.

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