2.2 主 板

 

2.2  主    板

主板也叫主机板，如图2-3所示。它是计算机中最大的一块电路板，布满了各种电子元件、接口、插槽等。主板的主要功能是：为CPU、内存和各种扩展卡提供安装插座（槽）；为各种磁、光存储设备、打印和扫描等I/O设备以及数码相机、摄像头、调制解调器等多媒体和通讯设备提供接口。实际上计算机正是通过主板将CPU及各种器件和外部设备有机地结合起来形成一套完整的系统。因此，整机系统的稳定性在很大程度上决定于主板的性能和质量。

图2-3 主板外观

2.2.1  主板的分类

1．按照适用CPU类型分类

一个主板上的不同等级的CPU功能需要相关芯片组配控制才能完成，因此不同等级的主板所采用的芯片组及其线路设计是不同的。现在，主板按照其适用的CPU类型可分为：毒龙主板、Pentium 4主板、Pentium 4赛扬主板、Athlon XP主板等。

而按照CPU插槽分类，又可以分为Slot架构和Socket架构。Slot架构包括Slot 1、Slot 2和Slot A三种。Socket架构包括Super 7、Socket 370、Socket 432、Socket 478和Socket A。现在主流的Intel Pentium 4 CPU采用的是Socket 478插槽，而AMD的Athlon XP CPU采用的是Socket A插槽。

2．按照总线结构分类

根据所采用的总线结构的不同，主板可分为EISA总线主板、VESA局部总线主板和PCI总线主板。目前市场上主要是PCI主板。

3．按照结构标准分类

按照结构来划分，主板分为以下几种：AT型、ATX型、Micro-ATX型和NLX型等。

AT型是一种最基本型，其特点是结构简单、价格低廉。早期的低价主板都是这种结构。

ATX规范是Intel公司1995年公布的PC机主板结构规范。ATX型是目前最常见的主板类型，它像一块横置的大AT板，这样便于ATX机箱的风扇对CPU进行吹风散热，而且板上的很多端口都“竖立”起来，直接与外界“沟通”，并不像AT型主板上的许多COM口、打印口都要依靠连线才能输出。

ATX还按尺寸分类则还有一种“Micro-ATX”，顾名思义，此种板型只是小了一号的ATX主板而已。但通常只有2个PCI插槽和2个168线的DIMM内存槽。

NLX型主板将各串、并接口直接安装在主板后，扩展槽设置在一块专用电路板上，电路板则插入主板上预留的一个安装接口槽中，所以机箱的尺寸可以做得很小，因此它比较受品牌机厂商青睐，零售市场上很难见到它。

现在中应用最多的是ATX和Micro-ATX 主板，目前兼容机经销商和个人大都使用这两类主板组装计算机。AT主板使用较少，目前只有在个别品牌机中得到应用。至于NLX主板，市场是没有零售的，由于它的结构小巧特殊，可以使用体积较小的机箱，所以目前仅用于厂家批量生产的品牌计算机。

2.2.2  主板的控制芯片

控制芯片组是主板的中枢，它控制整个主板的运作，它的性能好坏决定了主板性能的优劣。控制芯片组分为主控制芯片组和功能控制芯片组两种。

1．主控制芯片组

芯片组是主板的核心组成部分。按照在主板上排列位置的不同，芯片通常分为北桥芯片和南桥芯片。

北桥芯片提供对CPU的类型和主频、内存的类型和最大容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC纠错等的支持，它也接收南桥芯片送来的资料。外观如图2-4所示。

图2-4  Intel 965系列芯片组

南桥芯片（如图2-5所示）是负责一般的I/O（Input/Output，输入/输出），例如ISA总线、USB总线、KBC（键盘控制器）、RTC（实时时钟控制器）等。它管理各IRQ及DMA Channel，令所有资料有效地传递。

图2-5  Intel 965南桥芯片

除了最通用的南北桥结构外，目前芯片组正向更高级的加速集线结构发展，Intel近年来推出的一系列芯片组就是这类芯片组的代表，它将一些子系统，如IDE接口、音效、Modem和USB直接集成接入主芯片。

2．功能控制芯片组

主板上不光集成了南北桥主控制芯片，还会集成一些其他控制芯片。如：CMOS芯片、声卡芯片、网卡芯片等。

CMOS芯片（如图2-6所示），是一块快闪内存芯片，在它里面保存着BIOS程序。BIOS的全称是Basic I/O System（基本输入/输出系统）。从BIOS的英文名称就可以看出它掌管的是主板一些最基本的输入和输出，如果说芯片组是主板心脏的话，那么BIOS就是大脑。它负责控制硬件的底层，其中对一些重要设备的初始化信息，是保证系统正常运行的基础，是计算机硬件与软件沟通的桥梁。

图2-6  CMOS芯片

现在，许多主板上都集成了声卡芯片（也称为音效芯片）。而且随着集成声卡芯片的技术提高，大有取代独立声卡的趋势。根据通俗的分类，集成声卡被分为硬声卡和软声卡两种，这些声卡除了包含有Audio Codec芯片之外，还在主板上集成了Digital Control芯片，即把芯片及辅助电路都集成到主板上。这些声卡芯片提供了独立的数字音频处理单元和ADC与DAC的转换系统，最终输出模拟的声音信号。这种硬声卡和普通独立声卡区别不大，更像是一种全部集成在主板上的独立声卡，而由于集成度的提高，CPU的负荷减轻，音质也有所提高，不过相应的成本也有所增加，现在已很少被主板厂商采用。软声卡则仅在主板上集成Audio Codec，而Digital Control这部分则由CPU完全取代，节约了不少成本。但是要占用部分CPU资源，容易产生爆音，而且音质也不能和普通的独立声卡相提并论。

随着宽带广域网和局域网的普及，以太网卡也逐渐成了计算机的必备适配器，集成网卡芯片的主板也逐渐增多。网卡芯片大多是10M/100M自适应网卡芯片。

2.2.3  主板的插槽及接口

计算机上CPU、内存、硬盘、显卡、声卡、鼠标、键盘等几乎所有元件都是通过主板上的插槽、接口与整个系统相连。下面就为读者一一介绍。

1．CPU插槽

CPU需要通过某个接口与主板连接的才能进行工作，经过这么多年的发展，CUP采用的接口方式有引脚式、卡式、触点式、针脚式等。而目前CPU的接口都是针脚式接口，对应到主板上就有相应的插槽类型。不同类型的CPU具有不同的CPU插槽，因此选择CPU，就必须选择带有与之对应插槽类型的主板。主板CPU插槽类型不同，在插孔数、体积、形状都有变化，所以不能互相接插。

Socket 478插槽是目前Pentium 4系列处理器所采用的接口类型，针脚数为478针。Socket 478的Pentium 4处理器面积很小，其针脚排列极为紧密，如图2-7所示。采用Socket 478插槽的主板产品数量众多，是目前应用最为广泛的插槽类型。

图2-7  Socket 478插槽

Socket A接口，也叫Socket 462，是目前AMD公司Athlon XP和Duron处理器的插座标准。Socket A接口具有462插空，可以支持133MHz外频，如图2-8所示。如同Socket 370一样，降低了制造成本，简化了结构设计。

图2-8  Socket A插槽

2．RAM插槽

RAM插槽也就是内存插槽。现在市场上的主板上的RAM槽大多数是DIMM插槽。一般的主机板上有2～4条RAM槽，大多数有3条，也有的主板比如技嘉的8KNXP主板有6条RAM插槽，如图2-9所示。

图2-9  6条RAM插槽

3．PCI插槽

PCI插槽就是插显卡、声卡、Modem、电视转换卡等装置的地方。所有内置的装置差不多都可以插在此处。PCI总线是一个高性能的装置与处理器的通道，它提供一个完全的32位通道，总线时钟频率为33MHz，所以PCI总线的最高数据传输率为133MB/s，能够提供快速的数据交换。主板上的PCI插槽一般为白色，如图2-10所示。

4．AGP插槽

AGP是Intel公司为提高计算机系统的3D显示速度而开发的，它并不是一种总线，而是一种接口方式。现在的显示卡大多数是使用AGP插槽的，所以AGP插槽就成了基本的设备。AGP插槽外观如图2-11所示。AGP端口有AGP 1.0、AGP 2.0等。现在流行的是4x的AGP（AGP 2.0）。以前的显卡是用在PCI插槽之上的，但是现在已经被AGP插槽取代，这有以下原因。

图2-10  PCI插槽

图2-11  4x的AGP插槽

对内存的读写操作实行流水线处理，充分利用等待延时，大大地增加了读内存的速度，使其与写内存的速度相当。而在PCI中，读内存的速度通常只是写内存速度的一半。

使总线上的地址信号与数据信号分离，一方面充分利用了读写请求与数据传输之间的空闲，使总线效率达到最高；另一方面可以有效地分配系统资源，避免了死锁的发生。

AGP是第一个为图形卡所设计的界面。实际上AGP不能算是总线，因为总线可以支持多种设备，它只能算是一种端口。PCI显卡以PCI总线速度（外频）的一半即最大33MHz工作，它可以达到的峰值传送率为33×4（PCI是32位总线一次传输4字节）K=132MHz。而AGP以66MHz的速度和64位的数据宽度工作，AGP1X的峰值传送率可达4×66=264MHz，AGP2X的峰值传输率可以达到532MHz，因为“2X”可以在一个时钟周期中传输两次数据（上升沿和下降沿各一次），而一般的工作状态只能进行一次传输，而AGP4X的传输率为1.066GB/s。

AGP增加了一种使用模式——“Execute”模式（执行模式）。原来PCI使用的DMA模式适用于从系统内存到图形内存之间的大批量数据传输，其中系统内存中的数据并不能被图形加速器所直接调用，只有调入图形内存才能被加速芯片所寻址。而在Execute模式中，加速芯片（以i740为代表的一些显示芯片）将图形内存与系统内存看作一体，通过一种叫作GraphicsAddressRe－mapping的机制，加速芯片可直接对系统内存进行寻址，这样可以大大减轻本地局部显存的压力。

5．IDE / Floppy Disk接口

IDE接口是接硬盘、从硬盘、光盘驱动器IDE设备的接口。一个IDE接口可驳两个IDE或ATAPI设备，一个是做Master，另一个是Slave。Floppy Disk接口则是接软盘驱动器的。IDE接口外观如图2-12所示。

图2-12  IDE接口

6．COM接口

COM接口也就是人们常说的串口。串口一般用于连接串行鼠标和外置Modem等设备，不过由于传输速度较慢，已经渐渐不为人们使用。

7．LPT接口

LPT接口，俗称并口。一般用来连接打印机或扫描仪。但是现在正逐步为USB接口所取代。

8．PS/2接口

PS/2接口用于连接鼠标和键盘。一般的主板有两个PS/2接口，但是鼠标键盘的接口不能混插。一般鼠标接口为绿色，键盘接口为紫色。PS/2接口是目前广泛应用的接口之一。

9．USB接口

现在的USB接口分为USB 1.1和USB 2.0两种。其中USB 1.1接口传输速率为12MB/s，而USB 2.0的最高传输速率达480MB/s。USB接口可从主板上获得500mA电流；支持热插拔，真正做到了即插即用。所以现在大多数计算机外设都采用了USB接口。