电脑主机主板全程图解

电脑主机主板全程图解 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 华硕主板概述 主板是计算机各部分配件相互连接的桥梁。主板,Main Board,又称母板,Mother Board,或系统板,System Board,～ 它是计算机内部最大的一块电路板～是整台计算机的组织核心。在它上面集成安装了组成计算机的主要电路系统。包括有芯片 组、CPU插座、系统扩展槽,总线,、内存插槽、晶振、BIOS芯片、CMOS芯片、电池、IDE接口、FDD接口、电源接口、键盘 接口、PS,2接口、USB接口、串行口、并行口和机箱面板控制电路接口等～而有些主板也集成了声卡和显示卡。主板是一台 计算机的主体所在～完成计算机的系统管理和协调各部件正常运行。因此～主板是计算机最主要的设备之一～它的性能将对整 台计算机的速度和性能起决定性的作用。 主板它实际是由几层树脂粘合在一起的～内部采用铜箔走线。一般的PCB线路板分有四层～最上和最下的两层是信号 层～中间两层是接地层和电源层～将接地和电源层放在中间～这样便可容易地对信号线作出修正。而一些要求较高的主板的线 路板可达到6-8层或更多。 此主题相关图片如下: 主板(线路板)是如何制造出来的呢,PCB的制造过程由玻璃环氧树脂(Glass Epoxy)或类似材质制成的PCB“基板”开始。制作的第一步是光绘出零件间联机的布线～其方法是采用负片转印(Subtractive transfer)的方式将设计好的PCB线路板的线路底片“印刷”在金属导体上。 这项技巧是将整个表面铺上一层薄薄的铜箔～并且把多余的部份给消除。而如果制作的是双面板～那么PCB的基板两面都会铺上铜箔。而要做多层板可将做好的两块双面板用特制的粘合剂“压合”起来就行了。 接下来～便可在PCB板上进行接插元器件所需的钻孔与电镀了。在根据钻孔需求由机器设备钻孔之后～孔璧里头必须经过电镀(镀通孔技术～Plated-Through-Hole technology～PTH)。在孔璧内部作金属处理后～可以让内部的各层线路能够彼此连接。 在开始电镀之前～必须先清掉孔内的杂物。这是因为树脂环氧物在加热后会产生一些化学变化～而它会覆盖住内部PCB层～所以要先清掉。清除与电镀动作都会在化学过程中完成。接下来～需要将阻焊漆(阻焊油墨)覆盖在最外层的布线上～这样一来布线就不会接触到电镀部份了。 6 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 然后是将各种元器件标示网印在线路板上～以标示各零件的位置～它不能够覆盖在任何布线或是金手指上～不然可能会减低可焊性或是电流连接的稳定性。此外～如果有金属连接部位～这时“金手指”部份通常会镀上金～这样在插入扩充槽时～才能确保高品质的电流连接。 最后～就是测试了。测试PCB是否有短路或是断路的状况～可以使用光学或电子方式测试。光学方式采用扫描以找出各层的缺陷～电子测试则通常用飞针探测仪(Flying-Probe)来检查所有连接。电子测试在寻找短路或断路比较准确～不过光学测试可以更容易侦测到导体间不正确空隙的问题。 线路板基板做好后～一块成品的主板就是在PCB基板上根据需要装备上大大小小的各种元器件—先用SMT自动贴片机将IC芯片和贴片元件“焊接上去～再手工接插一些机器干不了的活～通过波峰/回流焊接工艺将这些插接元器件牢牢固定在PCB上～于是一块主板就生产出来了。 上上::音频输入音频输入上上:RJ-45:RJ-45接头接头上:并行口上:并行口中中::音频输出音频输出中中:USB1:USB1上上:USB1:USB166组组3232位位 下下:COM2 :COM2 下下:COM1:COM1下下::麦克风麦克风下下:USB2:USB2下下:USB2:USB2PCIPCI扩展槽扩展槽 上上:PS/2:PS/2鼠标鼠标((绿色绿色)) 下下:PS/2:PS/2键盘键盘((紫色紫色)) AGPAGP警示灯警示灯ATX +12VATX +12V 电源插座电源插座 CPUCPU插座插座 AGPAGP显卡显卡 插槽插槽 82845PE82845PE 北桥芯片北桥芯片 33组组DDR DDR 内存内存 DIMMDIMM插槽插槽电源电源 警示灯警示灯 2020引脚引脚ATXATX 电源插座电源插座 22个个IDEIDE软驱软驱22组组serial ataserial ata4Mb flash4Mb flash南桥南桥raid ultra raid ultra 插座插座插座插座连接排针连接排针BIOSBIOS芯片芯片芯片芯片 ataata插座插座 2、主板结构 主板结构分为AT、Baby-AT、ATX、Micro ATX、LPX、NLX、Flex ATX、EATX、WATX以及BTX等结构。其中，AT和Baby-AT是多年前的老主板结构，现在已经淘汰;而LPX、NLX、Flex ATX则是ATX的变种，多见于国外的品牌机，国内尚不多见;EATX和WATX则多用于服务器/工作站主板;ATX是目前市场上最常见的主板结构，扩展插槽较多，PCI插槽数量在4-6个，大多数主板都采用此结构;Micro ATX又称Mini ATX，是ATX结构的简化版，就是常说的“小板”，扩展插槽较少，PCI插槽数量在3个或3个以下，多用于品牌机并配备小型机箱;而BTX则是英特尔制定的最新一代主板结构。 主板结构变化的必然性 由于Baby AT主板市场的不和AT主板结构过于陈旧，英特尔在95年1月公布了扩展AT主板结构，即ATX(AT extended)主板。这一标准得到世界主要主板厂商支持，目前已经成为最广泛的工业标准。97年2月推出了ATX2.01版。 Baby AT结构标准的首先表现在主板横向宽度太窄(一般为22cm)，使得直接从主板引出接口的空间太小。大大限制了对外接 7 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 口的数量，这对于功能越来越强、对外接口越来越多的微机来说，是无法克服的缺点。其次，Baby AT主板上CPU和I/0插槽的位置安排不合理。早期的CPU由于性能低、功耗小，散热的要求不高。而今天的CPU性能高、功耗大，为了使其工作稳定，必须要有良好的散热装置，加装散热片或风扇，因而大大增加了CPU的高度。在AT结构标准里CPU位于扩展槽的下方，使得很多全长的扩展卡插不上去或插上去后阻碍CPU风扇运转。内存的位置也不尽合理。早期的计算机内存大小是固定的，对安装位置无特殊要求。Baby AT主板在结构上按习惯把内存插槽安放在机箱电源的下方，安装、更换内存条往往要拆下电源或主板，很不方便。内存条散热条件也不好。此外，由于软硬盘控制器及软硬盘支架没有特定的位置，这造成了软硬盘线缆过长，增加了电脑内部连线的混乱，降低了电脑的中靠性。甚至由于硬盘线缆过长，使很多高速硬盘的转速受到影响。ATX主板针对AT和Baby AT主板的缺点做了以下改进: , 主板外形在Baby AT的基础上旋转了90度，其几何尺寸改为30.5cm×24.4cm。 , 采用7个I/O插槽，CPU与I/O插槽、内存插槽位置更加合理。 , 优化了软硬盘驱动器接口位置。 , 提高了主板的兼容性与可扩充性。 , 采用了增强的电源管理，真正实现电脑的软件开/关机和绿色节能功能。 Micro ATX保持了ATX标准主板背板上的外设接口位置，与ATX兼容。 Micro ATX主板把扩展插槽减少为3-4只，DIMM插槽为2-3个，从横向减小了主板宽度，其总面积减小约0.92平方英寸，比ATX标准主板结构更为紧凑。按照Micro ATX标准，板上还应该集成图形和音频处理功能。目前很多品牌机主板使用了Micro ATX标准，在DIY市场上也常能见到Micro ATX主板。 BTX是英特尔提出的新型主板架构Balanced Technology Extended的简称，是ATX结构的替代者，这类似于前几年ATX取代AT和Baby AT一样。革命性的改变是新的BTX规格能够在不牺牲性能的前提下做到最小的体积。新架构对接口、总线、设备将有新的要求。重要的是目前所有的杂乱无章，接线凌乱，充满噪音的PC机将很快过时。当然，新架构仍然提供某种程度的向后兼容，以便实现技术革命的顺利过渡。 8 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 此主题相关图片如下: 另外，线路板要想在电脑上做主板使用，还需制成不同的板型。其中AT板型是一种最基本板型，其特点是结构简单、价格低廉，其标准尺寸为33.2cmX30.48cm，AT主板需与AT机箱电源等相搭配使用，现已被淘汰。而ATX板型则像一块横置的大AT板，这样便于ATX机箱的风扇对CPU进行散热，而且板上的很多外部端口都被集成在主板上，并不像AT板上的许多COM口、打印口都要依*连线才能输出。另外ATX还有一种Micro ATX小板型，它最多可支持4个扩充槽，减少了尺寸，降低了电耗与成本。 BTX具有如下特点: , 支持Low-profile，也即窄板设计，系统结构将更加紧凑; , 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; 9 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 , 主板的安装将更加简便，机械性能也将经过最优化设计。 而且，BTX提供了很好的兼容性。目前已经有数种BTX的派生版本推出，根据板型宽度的不同分为标准BTX (325.12mm)， microBTX (264.16mm)及Low-profile的picoBTX (203.20mm)，以及未来针对服务器的Extended BTX。而且，目前流行的新总线和接口，如PCI Express和串行ATA等，也将在BTX架构主板中得到很好的支持。 值得一提的是，新型BTX主板将通过预装的SRM(支持及保持模块)优化散热系统，特别是对CPU而言。另外，散热系统在BTX的术语中也被称为热模块。 得益于新技术的不断应用，将来的BTX主板还将完全取消传统的串口、并口、PS/2等接口。 2.北桥芯片 芯片组(Chipset)是主板的核心组成部分，按照在主板上的排列位置的不同，通常分为北桥芯片和南桥芯片，如Intel的i845GE芯片组由82845GE GMCH北桥芯片和ICH4(FW82801DB)南桥芯片组成;而VIA KT400芯片组则由KT400北桥芯片和VT8235等南桥芯片组成(也有单芯片的产品，如SIS630/730等)，其中北桥芯片是主桥，其一般可以和不同的南桥芯片进行搭配使用以实现不同的功能与性能。 此主题相关图片如下: 北桥芯片一般提供对CPU的类型和主频、内存的类型和最大容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC纠错等支持，通常在主板上*近CPU插槽的位置，由于此类芯片的发热量一般较高，所以在此芯片上装有散热片。 3.南桥芯片 此主题相关图片如下: 南桥芯片主要用来与I/O设备及ISA设备相连，并负责管理中断及DMA通道，让设备工作得更顺畅，其提供对KBC(键盘控制器)、RTC(实时时钟控制器)、USB(通用串行总线)、Ultra DMA/33(66)EIDE数据传输方式和ACPI(高级能源管理)等的支持，在*近PCI槽的位置。 2.CPU插座 作用:把CPU固定在主板上 10 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 最早IBM的PC机的8086 CPU是直接焊在主板上的，80286、80386 CPU也是焊在主板上。 到486以后采用插座或插槽来装CPU。不同类的CPU各式各样，插座也是各种配套样式。 (1) Socket 7:Socket在英文里就是插槽的意思，Socket 7也被叫做Super 7。最初是英特尔公司为Pentium MMX(多媒体增强 指令集)系列CPU设计的插槽，后来英特尔放弃Socket 7接口转向SLOT 1接口，AMD、VIA、ALI、SIS等厂商仍然沿 用此接口，直至发展出Socket A接口。 该插槽基本特征为有321个针孔，提供2.5,3.3V电压，系统使用66MHz的总线，可接Intel Pentium/Pentium MMX,AMD K5/K6/K6-2/K6-3,Cyrix 6X86 MX/M2,VIA C3等。Super 7主板后来增加了对100MHz外频和AGP接口类型的支持。 Super 7采用的芯片组有VIA公司的MVP3、MVP4系列，SIS公司的530/540系列及ALI的Aladdin V系列等主板产品。对应Super 7接口CPU的产品有AMD K6-2、K6-? 、Cyrix M2及一些其他厂商的产品。此类接口目前已被淘汰，只有部分老产品才能见到。 (2)SLOT 1是英特尔公司为取代Socket 7而开发的CPU接口，并申请的专利。这样其它厂商就无法生产SLOT 1接口的产品，也就使得AMD、VIA、SIS等公司不得不联合起来，对Socket 7接口升级，也得到了Super 7接口。后来随着Super 7接口的兴起，英特尔又将SLOT 1结构主板的制造授权提供给了VIA、SIS、ALI等主板厂商，所以这些厂商也相应推出了采用SLOT 1接口的系列主板，丰富了主板市场。 SLOT 1是英特尔公司为Pentium ?系列CPU设计的插槽，其将Pentium ? CPU及其相关控制电路、二级缓存都做在一块子卡上，多数Slot 1主板使用100MHz外频。SLOT 1的技术结构比较先进，能提供更大的内部传输带宽和CPU性能。采用SLOT 1接口的主板芯片组有Intel的BX、i810、i820系列及VIA的Apollo(阿波罗)系列，ALI 的Aladdin Pro ?(阿拉廷)系列及SIS的620、630系列等。此种接口已经被淘汰，市面上已无此类接口的主板产品。SLOT 2用途比较专业，都采用于高端服务器及图形工作站的系统。所用的CPU也是很昂贵的Xeon(至强)系列。Slot 2与Slot 1相比，有许多不同。首先，Slot 2插槽更长，CPU本身也都要大一些。其次，Slot 2能够胜任更高要求的多用途计算处理，这是进入高端企业计算市场的关键所在。在当时标准服务器设计中， 11 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 一般厂商只能同时在系统中采用两个 Pentium ?处理器，而有了Slot 2设计后，可以在一台服务器中同时采用 8个处理器。而且采用Slot 2接口的Pentium ? CPU都采用了当时最先进的0.25微米制造工艺。支持SLOT 2接口的主板芯片组有440GX和450NX。下图中左侧为Slot 2插槽，右侧为Slot 1插槽。 SLOT A接口类似于英特尔公司的SLOT 1接口，供AMD公司的K7 Athlon使用的。在技术和性能上，SLOT A主板可完全兼容原有的各种外设扩展卡设备。它支持200MHz的总线频率。支持SLOT A接口结构的主板芯片组主要有两种，一种是AMD的AMD 750芯片组，另一种是VIA的Apollo KX133芯片组。此类接口已被Socket A接口全面取代。 (3)Socket 370架构是英特尔开发出来代替SLOT架构，外观上与Socket 7非常像，也采用零插拔力插槽，对应的CPU是370针脚。 Socket 370主板多为采用Intel ZX、BX、i810芯片组的产品，其他厂商有VIA Apollo Pro系列、SIS 530系列等。最初认为，Socket 370的CPU升级能力可能不会太好，所以Socket 370的销量总是不如SLOT 1接口的主板。但在英特尔推出的“铜矿”和”图拉丁”系列CPU， Socket 370接口的主板一改低端形象，逐渐取代了SLOT 1接口。目前市场中还有极少部分的主板采用此种插槽。 (4)Socket 423插槽是最初Pentium 4处理器的标准接口，Socket 423的外形和前几种Socket类的插槽类似，对应的CPU针脚数为423。Socket 423插槽多是基于Intel 850芯片组主板，支持1.3GHz,1.8GHz的Pentium 4处理器。不过随着DDR内存的流 12 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 行，英特尔又开发了支持SDRAM及DDR内存的i845芯片组，CPU插槽也改成了Socket 478，Socket 423插槽也就销声匿迹了。 (5)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插孔，可以支持133MHz外频。如同Socket 370一样，降低了制造成本，简化了结构设计。 (6)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。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。 (8)Socket 775又称为Socket T，目前采用此种插槽的有LGA775封装的单核心的Pentium 4、Pentium 4 EE、Celeron D以及双核心的Pentium D和Pentium EE等CPU，Core架构的Cornoe核心处理器也继续采用Socket 775插槽。Socket 775插槽与目前广泛采用的Socket 478插槽明显不同，非常复杂，没有Socket 478插槽那样的CPU针脚插孔，取而代之的是775根有弹性的触须状针脚(其实是非常纤细的弯曲的弹性金属丝)，通过与CPU底部对应的触点相接触而获得信号。因为触点有775个，比以前的Socket 478的478pin增加不少，封装的尺寸也有所增大，为37.5mm×37.5mm。另外，与以前的Socket 478/423/370等插槽采用工程塑料制造不同，Socket 775插槽为全金属制造，原因在于这种新的CPU的固定方式对插槽的强度有较高的要求，并且新的prescott核心的CPU的功率增加很多，CPU的表面温度也提高不少，金属材质的插槽比较耐得住高温。在插槽的盖子上还卡着一块保护盖。 Socket 775插槽由于其内部的触针非常柔软和纤薄，如果在安装的时候用力不当就非常容易造成触针的损坏;其针脚实在是太容易变形了，相邻的针脚很容易搭在一起，而短路有时候会引起烧毁设备的可怕后果;此外，过多地拆卸CPU也将导致触针失去弹性进而造成硬件方面的彻底损坏，这是其目前的最大缺点。 目前，采用Socket 775插槽的主板数量并不太多，主要是Intel 915/925系列芯片组主板，也有采用比较成熟的老芯片组例如Intel 865/875/848系列以及VIA PT800/PT880等芯片组的主板。不过随着Intel加大LGA775平台的推广力度，Socket 775插槽最终将会取代Socket 478插槽，成为Intel平台的主流CPU插槽。 13 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 (10)Socket 754是2003年9月AMD64位桌面平台最初发布时的标准插槽，具有754个CPU针脚插孔，支持200MHz外频和800MHz的HyperTransport总线频率，但不支持双通道内存技术。目前采用此种插槽的有面向桌面平台的Athlon 64的低端型号和Sempron的高端型号，以及面向移动平台的Mobile Sempron、Mobile Athlon 64以及Turion 64。 随着AMD从2006年开始全面转向支持DDR2内存，今后桌面平台的Socket 754插槽逐渐被具有940根CPU针脚插孔、支持双通道DDR2内存的Socket AM2插槽所取代从而使AMD的桌面处理器接口走向统一，而与此同时移动平台的Socket 754插槽也逐渐被具有638根CPU针脚插孔、支持双通道DDR2内存的Socket S1插槽所取代，在2007年底完成自己的历史使命从而被淘汰。 (11)Socket 939是AMD公司2004年6月才发布的64位桌面平台插槽标准，具有939个CPU针脚插孔，支持200MHz外频和1000MHz的HyperTransport总线频率，并且支持双通道内存技术。目前采用此种插槽的有面向入门级服务器/工作站市场以及面向桌面市场的Athlon 64以及Athlon 64 FX和Athlon 64 X2，除此之外部分专供OEM厂商的Sempron也采用了Socket 939插槽。 随着AMD从2006年开始全面转向支持DDR2内存，Socket 939插槽逐渐被具有940根CPU针脚插孔、支持双通道DDR2内存的Socket AM2插槽所取代，在2007年初完成自己的历史使命从而被淘汰。 14 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 (12)Socket 940是最早发布的AMD64位平台标准，具有940个CPU针脚插孔，支持200MHz外频和800MHz或1000MHz的HyperTransport总线频率，并且支持双通道内存技术。目前采用此种插槽的有服务器/工作站所使用的Opteron以及最初的Athlon 64 FX(51以及早期的53)。 由于Socket 940接口的CPU价格高昂，而且必须搭配昂贵的ECC内存才能使用，所以其总体采购成本是比较昂贵的。现在新出的Athlon 64 FX以及部分Opteron 1XX系列已经改用Socket 939插槽，所以Socket 940插槽已经成为了Opteron的专用插槽。 随着AMD从2006年开始全面转向支持DDR2内存，Socket 940插槽逐渐被具有1207根有弹性的触须状针脚、支持LGA封装的新版Opteron处理器、支持双通道ECC DDR2内存的Socket F插槽所取代，完成自己的历史使命从而被淘汰。 (14)Socket AM2是2006年5月底发布的支持DDR2内存的AMD64位桌面CPU的插槽标准。是目前低端的Sempron、中端的Athlon 64、高端的Athlon 64 X2以及顶级的Athlon 64 FX等全系列AMD桌面CPU所对应的插槽标准。Socket AM2具有940个CPU针脚插孔，支持200MHz外频和1000MHz的HyperTransport总线频率，支持双通道DDR2内存，其中Athlon 64 X2以及Athlon 64 FX最高支持DDR2 800，Sempron和Athlon 64最高支持DDR2 667。虽然同样都具有940个CPU针脚插孔，但Socket AM2与原有的Socket 940在针脚定义以及针脚排列方面都不相同，并不能互相兼容。按照AMD的，Socket AM2将逐渐取代原有的Socket 754和Socket 939，从而实现桌面平台CPU插槽标准的统一。广大主板厂商也迅速跟进，Socket AM2的配套主板目前也在逐渐增多。 5.内存插槽 15 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 此主题相关图片如下: 内存插槽是主板上用来安装内存的地方。目前常见的内存插槽为SDRAM内存、DDR内存插槽，其它的还有早期的EDO和非主流的RDRAM内存插槽。需要说明的是不同的内存插槽它们的引脚，电压，性能功能都是不尽相同的，不同的内存在不同的内存插槽上不能互换使用。对于168线的SDRAM内存和184线的DDR SDRAM内存，其主要外观区别在于SDRAM内存金手指上有两个缺 口，而DDR SDRAM内存只有一个。 6.PCI插槽 此主题相关图片如下: PCI(peripheral component interconnect)总线插槽它是由Intel公司推出的一种局部总线。它定义了32位数据总线，且可扩展为64位。它为显卡、声卡、网卡、电视卡、MODEM等设备提供了连接接口，它的基本工作频率为33MHz，最大传输速率可达132MB/s。 7.AGP插槽 此主题相关图片如下: 16 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 AGP图形加速端口(Accelerated Graphics Port)是专供3D加速卡(3D显卡)使用的接口。它直接与主板的北桥芯片相连，且该接口让视频处理器与系统主内存直接相连，避免经过窄带宽的PCI总线而形成系统瓶颈，增加3D图形数据传输速度，而且在显存不足的情况下还可以调用系统主内存，所以它拥有很高的传输速率，这是PCI等总线无法与其相比拟的。AGP接口主要可分为AGP1X/2X/PRO/4X/8X等类型。 PCI Express 接口 PCI Express 是新一代的总线接口。而采用此类接口的显卡产品，已经在 2004 年正式面世。早在 2001 年的春季“英特尔开发者论坛”上，英特尔公司就提出了要用新一代的技术取代 PCI 总线和多种芯片的内部连接，并称之为第三代 I/O 总线技术。随后在 2001 年底，包括 Intel、AMD、DELL、IBM 在内的 20 多家业界主导公司，开始起草新技术的规范，并在 2002 年完成，对其正式命名为 PCI Express。 PCI Express 采用了目前业内流行的点对点串行连接，比起 PCI 以及更早期的计算机总线的共享并行架构，每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽，而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率，达到 PCI 所不能提供的高带宽。相对于传统 PCI 总线在单一时间周期内只能实现单向传输，PCI Express 的双单工连接，能提供更高的传输速率和质量。它们之间的差异，跟半双工和全双工类似。 PCI Express 的接口，根据总线位宽不同而有所差异，包括 X1、X4、X8 以及 X16(X2 模式将用于内部接口而非插槽模式)。较短的 PCI Express 卡，可以插入较长的 PCI Express 插槽中使用。PCI Express 接口能够支持热拔插，这也是个不小的飞跃。PCI Express 卡支持的三种电压，分别为 +3.3V、3.3Vaux 以及 +12V。用于取代 AGP 接口的 PCI Express 接口位宽为 X16，将能够提供 5GB/s 的带宽，即便有编码上的损耗，但仍能够提供约为 4GB/s 左右的实际带宽，远远超过 AGP 8X 的 2.1GB/s 的带宽。 PCI Express 规格，从 1 条通道连接到 32 条通道连接，有非常强的伸缩性，以满足不同系统设备对数据传输带宽不同的需求。例如，PCI Express X1 规格，支持双向数据传输，每向数据传输带宽 250MB/s，PCI Express X1 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。因此，必须采用 PCI Express X16，即 16 条点对点数据传输通道连接，来取代传统的 AGP 总线。PCI Express X16 也支持双向数据传输，每向数据传输带宽高达 4GB/s，双向数据传输带宽有 8GB/s 之多。相比之下，目前广泛采用的 AGP 8X 数据传输，只提供 2.1GB/s 的数据传输带宽。 尽管 PCI Express 技术规格允许实现 X1(250MB/秒)、X2、X4、X8、X12、X16 和 X32 通道规格，但是依目前形式来看，PCI Express X1 和 PCI Express X16 将成为 PCI Express 主流规格。同时，芯片组厂商将在南桥芯片当中，添加对 PCI Express X1 的支持。在北桥芯片当中，添加对 PCI Express X16 的支持。除提供极高数据传输带宽之外，PCI Express 因为采用串行数据包方式传递数据，所以 PCI Express 接口每个针脚，可以获得比传统 I/O 标准更多的带宽。这样，就可以降低 PCI Express 设备生产成本和体积。另外，PCI Express 也支持高阶电源管理，支持热插拔，支持数据同步传输，为优先传输数据进行带宽优化。 在兼容性方面，PCI Express 在软件层面上兼容目前的 PCI 技术和设备，支持 PCI 设备和内存模组的初始化。也就是说，目前的驱动程序、操作系统都无需推倒重来，就可以支持 PCI Express 设备。 8.ATA接口 ATA接口是用来连接硬盘和光驱等设备而设的。主流的IDE接口有ATA33/66/100/133，ATA33又称Ultra DMA/33，它是一种由Intel公司制定的同步DMA协定，传统的IDE传输使用数据触发信号的单边来传输数据，而Ultra DMA在传输数据时使用数据触发信号的两边，因此它具备33MB/S的传输速度。 此主题相关图片如下: 17 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 而ATA66/100/133则是在Ultra DMA/33的基础上发展起来的，它们的传输速度可反别达到66MB/S、100M和133MB/S，只不过 要想达到66MB/S左右速度除了主板芯片组的支持外，还要使用一根ATA66/100专用40PIN的80线的专用EIDE排线。 此主题相关图片如下: 此外，现在很多新型主板如I865系列等都提供了一种Serial ATA即串行ATA插槽，它是一种完全不同于并行ATA的新型硬盘接口类型，它用来支持SATA接口的硬盘，其传输率可达150MB/S。 9.软驱接口 18 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 此主题相关图片如下: 软驱接口共有34根针脚，顾名思义它是用来连接软盘驱动器的，它的外形比IDE接口要短一些。 10.电源插口及主板供电部分 电源插座主要有AT电源插座和ATX电源插座两种，有的主板上同时具备这两种插座。AT插座应用已久现已淘汰。而采用20口的ATX电源插座，采用了防插反设计，不会像AT电源一样因为插反而烧坏主板。除此而外，在电源插座附近一般还有主板的供电及稳压电路。 此主题相关图片如下: 主板的供电及稳压电路也是主板的重要组成部分，它一般由电容，稳压块或三极管场效应管，滤波线圈，稳压控制集成电路块等元器件组成。此外，P4主板上一般还有一个4口专用12V电源插座。 11.BIOS及电池 BIOS(BASIC INPUT/OUTPUT SYSTEM)基本输入输出系统是一块装入了启动和自检程序的EPROM或EEPROM集成块。实际上它是被固化在计算机ROM(只读存储器)芯片上的一组程序，为计算机提供最低级的、最直接的硬件控制与支持。除此而外，在BIOS芯片附近一般还有一块电池组件，它为BIOS提供了启动时需要的电流。 19 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 此主题相关图片如下: 常见BIOS芯片的识别主板上的ROM BIOS芯片是主板上唯一贴有标签的芯片，一般为双排直插式封装(DIP)，上面一般印有“BIOS” 字样，另外还有许多PLCC32封装的BIOS。 此主题相关图片如下: 早期的BIOS多为可重写EPROM芯片，上面的标签起着保护BIOS的作用，因为紫外线照射会使EPROM内容丢失，所以不能随便撕下。现在的ROM BIOS多采用Flash ROM(快闪可擦可编程只读存储器)，通过刷新程序，可以对Flash ROM进行重写，方便地实现BIOS升级。 目前市面上较流行的主板BIOS主要有Award BIOS、AMI BIOS、Phoenix BIOS三种类型。Award BIOS是由Award Software公司开发的BIOS产品，在目前的主板中使用最为广泛。Award BIOS功能较为齐全，支持许多新硬件，目前市面上主机板都采用了这种BIOS。 AMI BIOS是AMI公司出品的BIOS系统软件，开发于80年代中期，它对各种软、硬件的适应性好，能保证系统性能的稳定，在90年代后AMI BIOS应用较少;Phoenix BIOS是Phoenix公司产品，Phoenix BIOS多用于高档的原装品牌机和笔记本电脑上，其画面简洁，便于操作，现在Phoenix已和Award公司合并，共同推出具备两者标示的BIOS产品。 12.机箱前置面板接头 机箱前置面板接头是主板用来连接机箱上的电源开关、系统复位、硬盘电源指示灯等排线的地方。一般来说，ATX结构的机箱上有一个总电源的开关接线(Power SW)，其是个两芯的插头，它和Reset的接头一样，按下时短路，松开时开路，按一下，电脑的总电源就被接通了，再按一下就关闭。 20 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 而硬盘指示灯的两芯接头，一线为红色。在主板上，这样的插针通常标着IDE LED或HD LED的字样，连接时要红线对一。这条线接好后，当电脑在读写硬盘时，机箱上的硬盘的灯会亮。电源指示灯一般为两或三芯插头，使用1、3位，1线通常为绿色。 此主题相关图片如下: 在主板上，插针通常标记为Power LED，连接时注意绿色线对应于第一针(+)。当它连接好后，电脑一打开，电源灯就一直亮着，指示电源已经打开了。而复位接头(Reset)要接到主板上Reset插针上。主板上Reset针的作用是这样的:当它们短路时，电脑就重新启动。而PC喇叭通常为四芯插头，但实际上只用1、4两根线，一线通常为红色，它是接在主板Speaker插针上。在连接 时，注意红线对应1的位置。 13.外部接口 此主题相关图片如下: 21 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 ATX主板的外部接口都是统一集成在主板后半部的。现在的主板一般都符合PC'99规范，也就是用不同的颜色表示不同的接口，以免搞错。一般键盘和鼠标都是采用PS/2圆口，只是键盘接口一般为蓝色，鼠标接口一般为绿色，便于区别。而USB接口为扁平状，可接MODEM，光驱，扫描仪等USB接口的外设。而串口可连接MODEM和方口鼠标等，并口一般连接打印机。 14.主板上的其它主要芯片 除此而外主板上还有很多重要芯片: AC97声卡芯片 AC'97的全称是Audio CODEC,97，这是一个由Intel、Yamaha等多家厂商联合研发并制定的一个音频电路系统标准。主板上集成的AC97声卡芯片主要可分为软声卡和硬声卡芯片两种。所谓的AC'97软声卡，只是在主板上集成了数字模拟信号转换芯片(如ALC201、ALC650、AD1885等)，而真正的声卡被集成到北桥中，这样会加重CPU少许的工作负担。 此主题相关图片如下: 22 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 所谓的AC'97硬声卡，是在主板上集成了一个声卡芯片(如创新CT5880和支持6声道的CMI8738等)，这个声卡芯片提供了独立的声音处理，最终输出模拟的声音信号。这种硬件声卡芯片相对比软声卡在成本上贵了一些，但对CPU的占用很小。 网卡芯片 此主题相关图片如下: 现在很多主板都集成了网卡。在主板上常见的整合网卡所选择的芯片主要有10/100M的RealTek公司的8100(8139C/8139D芯片)系列芯片以及威盛网卡芯片等。除此而外，一些中高端主板还另外板载有Intel、3COM、Alten和Broadcom的千兆网卡芯片 等，如Intel的i82547EI、3COM 3C940等等。(见图18-3COM 3C940千兆网卡芯片) IDE阵列芯片 此主题相关图片如下: 此主题相关图片如下: 23 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 一些主板采用了额外的IDE阵列芯片提供对磁盘阵列的支持，其采用IDE RAID芯片主要有HighPoint、Promise等公司的产品的功能简化版本。例如Promise公司的PDC20276/20376系列芯片能提供支持0，1的RAID配置，具自动数据恢复功能。美国高端 HighPoint公司的RAID芯片如HighPoint HPT370/372/374系列芯片，SILICON SIL312ACT114芯片等等。 I/O控制芯片 I/O控制芯片(输入/输出控制芯片)提供了对并串口、PS2口、USB口，以及CPU风扇等的管理与支持。常见的I/O控制芯片有华邦电子(WINBOND)的W83627HF、W83627THF系列等，例如其最新的W83627THF芯片为I865/I875芯片组提供了良好的支持，除可支持键盘、鼠标、软盘、并列端口、摇杆控制等传统功能外，更创新地加入了多样新功能，例如，针对英特尔下一代的Prescott内核微处理器，提供符合VRD10.0规格的微处理器过电压保护，如此可避免微处理器因为工作电压过高而造成烧毁的危险。 此主题相关图片如下: 此外，W83627THF内部硬件监控的功能也同时大幅提升，除可监控PC系统及其微处理器的温度、电压和风扇外，在风扇转速的控制上，更提供了线性转速控制以及智能型自动控转系统，相较于一般的控制方式，此系统能使主板完全线性地控制风扇转速，以及选择让风扇是以恒温或是定速的状态运转。这两项新加入的功能，不仅能让使用者更简易地控制风扇，并延长风扇的使用寿命，更重要的是还能将风扇运转所造成的噪音减至最低。 频率发生器芯片 24 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 频率也可以称为时钟信号，频率在主板的工作中起着决定性的作用。我们目前所说的CPU速度，其实也就是CPU的频率，如P4 1.7GHz，这就是CPU的频率。电脑要进行正确的数据传送以及正常的运行，没有时钟信号是不行的，时钟信号在电路中的主要作用就是同步;因为在数据传送过程中，对时序都有着严格的要求，只有这样才能保证数据在传输过程不出差错。 时钟信号首先设定了一个基准，我们可以用它来确定其它信号的宽度，另外时钟信号能够保证收发数据双方的同步。对于CPU而言，时钟信号作为基准，CPU内部的所有信号处理都要以它作为标尺，这样它就确定CPU指令的执行速度。 此主题相关图片如下: 时钟信号频率的担任，会使所有数据传送的速度加快，并且提高了CPU处理数据的速度，这就是我们为什么超频可以提高机 器速度的原因。要产生主板上的时钟信号，那就需要专门的信号发生器，也称为频率发生器。 AMR(Audio/Modem Riser声音/调制解调器插卡):是一套开放的工业标准，它定义的扩展卡可同时支持声音及Modem的功能。采用这样的设计，可有效降低成本，同时解决声音与Modem子系统目前在功能上的一些限制。 CNR(Commu-nicationNotwork Riser通讯网络插卡):是AMR的升级产品，从外观上看,它比AMR稍长一些，而且两着的针脚也不相同,所以两者不兼容。CNR能连接专用的CNR-Modem还能使用专用的家庭电话网络(Home PNA),具有PC 2000即插即用功能，比AMR增加了对10/100MB局域网功能的支持。 ACR(Advanced Communication Riser高级通讯插卡):是CNR的升级产品，它可以提供局域网，宽带网，无线网络和多声道音效处理功能，而且与AMR兼容。 SCSI(Small Computer System Interface):的意义是小型计算机系统接口，它是由美国国家标准协会(ANSI)公布的接口标准。SCSI最初的定义是通用并行的SCSI总线。SCSI总线自己并不直接和硬盘之类的设备通讯，而是通过控制器来和设备建立联系。一个独立的SCSI总线最多可以支持,,个设备，通过SCSII D来进行控制。 USB(Universal Serial Bus通用串行总线):它不是一种新的总线标准，而是电脑系统接驳外围设备(如键盘、鼠标、打印机等)的输入/输出接口标准。是由IBM、INTEL、NEC等著名厂商联合制定的一种新型串行接口。它采用Daisy Chain方式进行连接。由两根数据线，一根5V电源线及一根地线组成。数据传输率为12MB/s。 FDD:比IDE插槽稍短一点，专门用来插软驱。 并口:就是平常所说的打印口，其实它并不是只能接打印机和鼠标，它还可以接MODEM，扫描仪等设备。 COM端口:一块主板一般带有两个COM串行端口。通常用于连接鼠标及通讯设备(如连接外置式MODEM进行数据通讯)等。 PS/2口:是一种鼠标/键盘接口，一般说的圆口鼠标就接在PS/2口上。 25 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 IRQ(INTERRUPTREQUEST):中断请求。外设用来向计算机发出中断请求信号。 ACPI电源接口:是Pentium以上主板特有的一种新功能。作用是在管理电脑内部各种部件时尽量做到节省能源。 AC'97规范:由于声卡越来越贵，CPU的处理能力越来越强大，所以Intel于1996年发布了AC97标准，它把声卡中成本最高的DSP(数字信号处理器)给去掉了，而通过特别编写驱动程序让CPU来负责信号处理，它工作时需要占用一部分CPU资源。 温度检测:CPU温度过高会导致系统工作不稳定甚至死机，所以对CPU的检测是很重要的，它会在CPU温度超出安全范围时发出警告检测。温度的探头有两种:一种集成在处理器之中，依靠BIOS的支持;另一种是外置的，在主板上面可以见到，通常是一颗热敏电阻。它们都是通过温度的改变来改变自身的电阻值，让温度检测电路探测到电阻的改变，从而改变温度示数。 此主题相关图片如下: 1是整合音效芯片，2是I/O控制芯片，3是光驱音源插座，4是外接音源辅助插座，5是SPDIF插座，6是USB插头，7是机箱被开启接头，8是PCI插槽，9是AGP4X插槽，10是机箱前端通用USB接口，11是BIOS，12是机箱面板接头，13是南桥芯片，14是IDE1插口，15是IDE2插口，16是电源指示灯接头，17是清除CMOS记忆跳线，18是风扇电源插座，19是电池，20是软驱插座，21是ATX电源插座，22是内存插槽，23是风扇电源插座，24是北桥芯片，25是CPU风扇支架，26是CPU插座， 26 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 27是12VATX电源插座，28是第二组音源插座，29是PS/2键盘及鼠标插座，30是USB插座，31是并串口，32是游戏控制器及音源插座，33是SUP_CEN插座。 主板维修系列教材之二 顺达电脑厂有限公司 顺达电脑厂有限公司 Prepared by: yu.xia Prepared by: yu.xia REV:R03 2004.7.6 27 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 目录 绪言…………………………………………………3 电路基础知识………………………………………3 模拟电路基础....................................................................3 数字电路基础..................................................................10 第一章 主板供电…………………………………14 第二章 CPU供电…………………………………21 第三章 主板时钟…………………………………32 第四章 主要控制信号……………………………38 第五章 开机过程…………………………………45 附件…………………………………………………48 绪 言 板也称主机板,是安装在主机机箱内的一块电路板,上面安装有电脑的主要电路系统。主板的类型和档次主 决定着整个微机系统的类型和档次,主板的性能影响着整个微机系统的性能。主板上安装有控制芯片组、BIOS芯片和各种输入输出接口、键盘和面板控制开关接口、指示灯插接件、扩充插槽及直流电源供电接插件等组件。CPU、内存条插接在主板的相应插槽(座)中,驱动器、电源等硬件连接在主板上。主板上的接口扩充插槽用于插接各种接口卡,这些接口卡扩展了电脑的功能。常见接口卡有显示卡、声卡等 。 主板发展到今天已经具有了固定的架构和组成模式。其复杂的电路基本上集成到一起形成了具有特定功能的 28 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 模块。这些功能模块具有统一的规格和参数标准。本文通过对主板基本功能模块的工作原理和工作必备条件的分析，了解计算机的基本工作过程。 主板的线路分布和工作原理参照的标准基本一致，我们以Intel P4处理器、Intel845GV芯片组、DDR内存、集成网络子系统和音效子系统的一款ATX主板(Bleford3)为例进行分析。(相关资料见附件) 电路基础知识 第一部分 模拟电路基础 半导体 1132导电能力在导体与绝缘体之间的物质叫半导体，半导体的电阻率在10~10欧姆*mm/m范围内。 特点: 1 杂敏性:半导体对杂质很敏感。 2 热敏性:半导体对温度很敏感。 3 光敏性:半导体对光照很敏感。 本征半导体:不含杂质，完全纯净的半导体称为本征半导体。 在一定温度下或一定光照下本征半导体的少数价电子获得足够的能量挣脱共价键的束缚而形成带单位负电荷的自由电子，而在原来的共价键上留下相同数量的空穴。所以在半导体中存在两种载流子，自由电子和空穴。 PN结 空穴型(P型)半导体，是在本征半导体中加入微量三价元素，使之出现较多带正电荷的空穴 电子型(N型)半导体，是在本征半导体中加入微量五价元素，使之出现较多带负电荷的电子 P N 29 平顶山电子技术学校 PN结 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 PN结，在P型和N型半导体结合面的两侧形成的一个特殊的带电薄层。由于扩散运动，P区的空穴进入N区与电子结合，N区的电子进入P区与空穴结合，于是在临近界面的P区出现带负电的离子层，在临近界面的N区出现带正电的离子层，这样在交界面两侧形成一个带异性电荷的薄层，称为空间电荷区。空间电荷区中的正负离子形成了一个空间电场，称为内电场。 PN结特性 PN结正向偏置即P区电压高于N区电压时，外电场与内电场方向相反，削弱了内电场，空间电荷区变窄，扩散电流加强。PN结对正向偏置呈现较小电阻，PN结变为导通状态。 变窄 N P PN结反向偏置即P区电压对于N区电压时，外电场与内电场方向相同，加强了内电场，空间电荷区变宽，无扩散电流，只有微小的漂移电流。PN结对反向偏置呈现高电阻，PN结变为截止状态。 变宽 P N 30 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 二极管 在PN结两侧的中性区各引出金属电极就构成了最简单的半导体二极管。半导体二极管也叫晶体二极管，简称二极管。接P型半导体的为正极，接N型半导体的为负极。符号如图: ， D , 二极管具有单向导电特性，但当反向电压大到一定数值后二极管的反向电流会突然增加，这叫击穿现象。利用击穿时通过管子的电流变化很大而管子两端的电压几乎不变的特性，可以实现稳压，这就是稳压二极管。 ， DZ , 三极管(Transistor) 半导体三极管又称双极型晶体三极管(简称晶体管)，由两个相距很近的PN结构成。具有三个电极叫发射极(Emitter)、基极(Base)和集电极。按PN结的组合类型有PNP型和NPN型。 集电区 基区 发射区 P N P 集电极c 发射极e 基极b 集电结 发射结 N P N 集电极c 发射极e 基极b c 符号: c b 31 b 平顶山电子技术学校 NPN型 PNP型 e e 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 三极管特性 物理结构特性: 1 发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，以便于有足够的载流子供发射; 2 集电结的面积比发射结的面积要大，以便于收集载流子; 3 基区和薄，杂质浓度很低，以减少载流子在基区的复合机会。 电路应用特性: 1 放大:发射结正偏，集电结反偏，集电极电流仅受基极电流控制。 2 截止:发射结为零偏和反偏，集电结为反偏，晶体管相当于断开的开关。 3 饱和:发射结和集电结都处于正向偏置，管压降很小，晶体管相当于闭合的开关，如同短路状态。 三极管三种基本放大电路形式 c c b e b e 共發射極共集電極 c e b 32 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 共基極 場效應管(FET， Field-effect transistors) FET是用電場效應來控制固體材料導電能力的有源器件，所以是一种压控电流型器件，改变其栅源电压就 可以改变其漏极电流。 和普通半導體三極管的區別:電壓控制器件，只有一種極性載流子，稱為單極型晶體管，半導體三極管稱為 雙極型晶體管。 場效應管分為:結型(JFET)和絕緣柵型(MOSFET)兩種。 结型场效应管分為P沟道和N沟道，以N沟道为例說明结型场效应管的结构: 两个PN结夹着一个N型沟道。三个电极: g:栅极、d:漏极、s:源极 符号: d d gg ss N沟道 P沟道 结型场效应管的基本特性: 輿半導體三極管一樣場效應管的工作也分為四個區 a)可变电阻区(導通區)。 b)恒流区也称饱和区(放大區)。 c)夹断区(截止区)。 d)击穿区。 夹断电压UP——使导电沟道完全合拢(消失)所需要的栅源电压uGS。 绝缘栅型场效应管 ( Metal Oxide Semiconductor FET)，简称MOSFET，也叫金屬氧化物半導體场效应管。分为: 增强型 , N沟道、P沟道 耗尽型 , N沟道、P沟道 33 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 结构 : 4个电极:漏极D，源极S，栅极G和 衬底B。 1.N沟道增强型MOSFET和N沟道耗尽型MOSFET符号: d d g g b b s s N沟道增强型MOS管的基本特性: uGS , UT，管子截止， uGS ,UT，管子导通。 uGS 越大，沟道越宽，在相同的漏源电压uDS作用下，漏极电流ID越大。 开启电压( UT)——刚刚产生沟道所需的 栅源电压UGS。 2.N沟道耗尽型MOSFET特点: 当uGS=0时，就有沟道，加入uDS，就有iD。 当uGS,0时，沟道增宽，iD进一步增加。 当uGS,0时，沟道变窄，iD减小。 夹断电压( UP)——沟道刚刚消失所需的栅源电压uGS。 3.P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。 这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。 FET放大电路也有三种组态:共源、共漏和共栅。 dd gg bb s s 34 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 第二部分 数字电路基础 1 進制转换 1.1 十進制( decimalism ) 轉換成二進制( binary ) 如下例:100(DEC)轉換成BIN 1 2 4 8 16 32 64 128))) 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 0 0 1 0 0 1 1 0 其結果為:1100100 1.2 二進制( binary )轉換成十六進制(hexadecimal) 如下例:1100100(BIN)轉換成HEX 其轉換結果: 0 1 1 0 0 1 0 0 64H 2 邏輯門電路 補位 2.1 同向器 A B A 6 4 B B=A 0 0 1 1 (跟隨器) 同向器真值表如右: 2.2 反向器 A B A B B=A 1 35 平顶山电子技术学校 0 0 1 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 反向器真值表如右: 2.3 与門(AND) A B C A 0 0 0 C C=A•B B 0 1 0 1 0 0 与門真值表如右: 1 1 1 2.4 与非門(NAND) A B C A 0 0 1 C C=A•B B 0 1 1 1 0 1 与非門真值表如右: 1 1 0 2.5 或門(OR) A B C A 0 0 0 C C=A，B B 0 1 1 1 0 1 或門真值表如右: 1 1 1 2.6 或非門(NOR) A B C A 0 0 1 C C=A，B B 0 1 0 1 0 0 或非門真值表如右: 36 1 1 0 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 2.7 异或門(XOR) A B C A 0 0 0 C C=A,B B 0 1 1 1 0 1 异或門真值表如右: 1 1 0 2.8 异或非門(NOR) A B C 0 0 1 A C=A,B C B 0 1 0 1 0 0 异或非門真值表如右: 1 1 1 VDD 2.9 CMOS与非門及或非門電路 TP TP Y A TN B 37 平顶山电子技术学校 TN 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 圖 与非門 DD V TP A TP Y B TN 圖 或非門 第一章 主板供电 1.1 主板工作必备条件 计算机由各个部件组成，其中主板是最关键的一个部件。主板要正常工作，必须各个功能模块即子系统都工 作在正常情况下。每个功能模块正常工作的主要必备条件大致有3个:正常稳定的工作电压、稳定精确的时钟信 号和正确的控制信号。 1.2 主板供电 P4电源通过主板电源插槽供给主板的电源在正常工作情况下有: 38 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 12V、-12V、5V、-5V、3.3V、5VSB。 电源插槽引脚如图: 1.3 主板不同状态下的供电状况 状态一:主板未接电源。即主板没有任何外接电源。 此状态下主板由自身携带的电池(Battery)供电。谨供给南桥集成的CMOS电路，保证CMOS电路的持续工作。我们知道CMOS电路保存着计算机的一些基本配置信息和设置参数如实时时钟(RTC)、引导顺序等。一旦失去电源信息就会丢失，所以由电池来提供持续的供电电压。其电路如下图: 在无外接电源即无3VSB时电池BT1通过二极管D19 Pin1和Pin3正向导通给南桥ICH4供电VCCRTC，电压约3.2V。当有外接电源时由3VSB通过D19 Pin2和Pin3正向导通提供VCCRTC。正常情况下VCCRTC通过电阻R324、R365保持RTCRST,为高电压。当RTCRST,为低电压如短路J17 Pin2和Pin3使RTCRST,接地或BT1无电造成VCCRTC为低电压时会使RTCRST,信号有效，使CMOS电路复位即保存的信息丢失。 状态二:To ICH4 To ICH4 有外接电源。 即电源插槽插 上 P4 POWER 但无开机动 作。 此状态下 POWER提供 给主板的电源 39 平顶山电子技术学校 图1 图2 图3 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 只有5VSB。 5VSB为一电压为5V的辅助(Standby)电源。 5VSB直接供给板载网卡芯片或通过电阻电感供给板载声卡芯片。 5VSB除了作为网卡芯片和声卡芯片的工作电压之一外，还是PS/2鼠标键盘的工作电压。此外5VSB还是南桥ICH4的参考电压之一。如下图1、2、3: 图一为5VSB通过0欧电阻为声卡(Audio)芯片提供工作电压，5VA。图二为5VSB为PS2接口提供工作电压VPS2。图三为5VSB通过0欧电阻提供给南桥作为一个参考(Reference)电压V5REF。 5VSB最主要的作用是转换为另一个辅助电压3VSB。 3VSB的电压为3.3V。 3VSB又转换为一个1.5V的辅助电压1_5VSB。如下图: 5VSB转换为3VSB和3VSB转换为1.5VSB都是通过同一类型的三端稳压管转换。 3VSB是南桥和PCI总线的主要工作电压之一，而1.5VSB则唯一供给南桥。此状态下南桥部分电路处于工作状态。 5VSB还通过一个升压电路产生一个实际电压约7V的9VSB电压。 9VSB是内存供电的一个主要控制信号， 我们在 后面会 讲到。电 路如下 40 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 图: 图1 U22E与R418和C519形成震荡电路在U22E Pin10产生梯形波，平均电压为5V。5VSB通过D20与此梯形波迭加，平均电压升为9V，然后通过D21和C514整流滤波，输出实际电压为7V的直流电压9VSB。 图2 Q25在9VSB的控制下将3.3V的3VSB转换为2.5V的2_5V_DRAM供给内存和内存控制器即北桥。 状态三:主板启动时。即按下启动开关到计算机正常工作前的电源启动过程。 此过程从只有SB电压到P4 POWER完全工作，输出所有的工作电压:12V、-12V、5V(VCC)、-5V、3.3V(VCC3)。 图2 其电路如下图: 图1 啟動1 原理:按下 電源開關PWRBT# 3 2 前PS-ON 信號被4 5VSB電壓 ICH4 拉高保持 4 為高電平， POWEROK PS-ON信號是P4 POWER的工作控制信號，在高電平時P4 POWER不完全工作。當按下電源開關(Power Button)後產生一個PWRBT#信號給南橋，南橋發出的SLP-S3#信號此時為高電平。高電平的SLP-S3#信號通過電阻控制三極管Q33導通，使高電平的PS-ON信號被拉低。低電平的PS-ON信號控制下POWER輸出其它所有工作電壓12V、-12V、 -5V、 VCC、VCC3。電壓輸出大約幾十毫秒後POWER檢測輸出電壓的電平是否達到正常。如一切電壓正常則發出PWROK信號。南橋接收到PWROK信號表示電源正常則發出一系列的控制信號給其它相關部件。 状态四:主板正常工作时的供电。 主板正常工作时输出的电压提供了主板所有元器件的工作电压。其中，12V和,12V为PCI总线和SIO的工作电压， ，12V还是CPU风扇的工作电压。,5V电源在目前的主板上一般没有应用。 VCC和VCC3是主板最主要的工作电压，而且在主板工作时会替代大部分辅助电压5VSB和3VSB的工作。VCC的电压为5V，VCC3的电压为3.3V。 VCC主要 ICH4 供给PCI总 41 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 线、IDE接口、USB、蜂鸣器等。如下图为蜂鸣器电路。南桥ICH4发出的SPKR为一脉冲信号，在脉冲信号的高电平时Q35导通，蜂鸣器BZ1中有电流流过，在脉冲信号的低电平时Q35截止，BZ1中无电流。在连续脉冲作用下BZ1就会发出蜂鸣声，脉冲频率不同发出的声音也不同，在开机过程中起到警报信息的作用。 如下图为USB供电电路，电路中Q43和Q24为集成N型和P型双通道MOSFET，U26为逻辑“与门”(AND)电路。 电路中ATXPWROK,信号是ATXPWROK通过“非门”电路转换而来即电平与ATXPWROK的电平的相反。电路原理如下: 一、正常工作时ATXPWROK为高电平，导通Q45截止Q44，，12V通过电阻加在Q43和Q24的Pin2上即双通道MOS管的N型通道的控制脚为高电平，该通道导通。此时VCC电压经N型MOS管从Pin7、Pin8输出为5VUSB电压。同时， ATXPWROK为高电平时ATXPWROK,为低电平，则“与门”U26输出为低电平，Q40截 止，输出 L 高电平H H H 控制信L L 号到 Q43和H Q24的 Pin4上 即双通 L 道MOSL H H 管的P L 型通道 截止，此时Pin5、Pin6无电流输出，即5VSB未提供5VUSB的电压。 二、睡眠或关机时ATXPWROK为低电平，无，12V电压，Q43和Q24的Pin2为低电平，MOS管的N型通道截止。此时ATXPWROK,为高电平，同时南桥ICH4发出的SLP_S4#为高电平， “与门” U26输出高电平信号控制Q40导通输出低电平， Q43和Q24的Pin4上即双通道MOS管的P型通道导通，此时Pin5、Pin6输出由5VSB转换而来的5VUSB。 42 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 VCC3是主板供电部件最多的工作电压，除了直接供给南桥、北桥、内存、PCI、Audio芯片、Super I/O芯片、BIOS芯片或通过电感供给网卡芯片、时钟合成器芯片等等外，还通过电压调整管转换为1.5V的V_1P5，电路如下: V_1P5是北桥 的主要工作电压， 也是南桥的工作 电压之一。如果主 板有扩展AGP总 线， V_1P5是 AGP2.0规范的工 作电压。 前面我们讲过3VSB转换为2.5V的2_5V_DRAM供给内存和内存控制器。这个电压在计算机睡眠时保证内存内保存的数据不会丢失，但在正常工作情况下2_5V_DRAM 是由VCC3替代3VSB产生的。电路如下图: D27的正向压降即导通电压为0.7V，而D26的正向压降为0.3V。正常工作时3.3V的VCC3通过D26给Q25供电，A点电压约为3V。此时D27两端的压降只有0.3V，小于D27的正向导通电压0.7V，故3VSB未对Q25供电。只有在睡眠状况无VCC3时3VSB才供电给Q25。 A 内存上拉电压 DDR内存的信号都 有一个1.25V的上拉电压以提高信号的可 靠性。这个1.25V的上拉电压DDRVTT是由2_5V_DRAM转换而来，转换电路一 般采用如下两种: 43 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 图1 图2 图1中Q21的10、11、12Pin为电压输入脚，14、15Pin为电压输出脚，Pin8为Q21的工作电压输入，Pin5为输出电压反馈。 图2中U33的pin2为电压输入脚，Pin7为电压输出脚，1、8Pin为U33的工作电压输入，Pin5为输出电压反馈。 内存上拉电压工作模式图如下: Memory GMCH 第二章 CPU供 电 2.1 CPU供电标准 CPU是计算机最关键的部件，CPU工作电压的稳定性和精确性将直接影响到整机的性能。质量不合格的CPU 44 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 供电不仅影响计算机系统的稳定，严重的还会烧毁CPU和主板。 目前标准的主板CPU供电都采用PWM模式和参照VRM标准，先进的还采用了Intel的VRD10.1 PWM，Pulse-Width Modulation， 脉宽调制，就是利用脉冲控制信号控制开关MOS管产生方波经滤波后形成平直电流。 VRM， Voltage Regulator Module ，电压调节组件，就是利用控制脉宽调制模式调节CPU电压的控制器。Intel为其制定了一系列的标准，目前最新的标准是VRM10.0，我们这里所用到的是VRM9.0。 2.2 CPU供电原理 采用PWM模式供电的原理图如下: 12V电源通过由电感线圈和电容组成的滤波电路，然后进入两个MOS管组成的开关电路，此电路受到PMW控制器(控制MOS管导通的顺序和频率，从而可以在输出端达到电压要求)的控制输出所要求的电压和电流，图中箭头处的波形图可以看出输出随着时间变化的情况。此方波再经过L2和C2组成的滤波电路后，得到平滑 稳定的电压， 这个稳定的电 压就是供给 CPU的核心 (Core)电压。 采用原理 图所示的电路 最多不过能产生25A的电流，而现在的P4 CPU功率达到70~80瓦，电流也达到50A以上。实际应用的供电电路中一般都采用不止一组MOS管，而是用2到3组甚至4组MOS管供电。这就是我们平常说的“多相”供电。2相供电原理图如下: 45 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 2.3 VRM9.0 不同型号的CPU其核心工作电压不同，在设计时就已按VRM标准设定。VRM模块的输出电压由VID(0..4)5个电压识别(Voltage ID )信号控制。根据VID电平高低的组合，按照VRM9.0标准设计的VRM模块的输出电压范围为1.100~1.850。具体的VID组合和输出电压对照如下: 2.4 CPU供电电路模式 以Output Voltage VS. VID Code VID41111111111111111目前使VID31111111100000000 用最多VID21111000011110000 VID11100110011001100的3相供VID01010101010101010 电为例VOUT(V) 来说明VID40000000000000000CPU供VID31111111100000000 VID21111000011110000电电路VID11100110011001100 的模式。VID01010101010101010 VOUT(V)一般有两种，如图: VID(0..4) PWM1 DRV(0..3 MOSDVR) FET1 LCP 模1 PWM2 Vcore MOS滤波CPU DVRW 式FET2 2 电路 二 PWM3 M MOSDVR FET3 3 VRM 模式一中CPU根据自身工作电压的需要发出VID组合代码给VRM，将VRM的部分VID信号电压拉低。VRM依据VID组合代码发出3路占空比相同但相位相差120度的脉冲信号。这3路脉冲信号每路两个，相位正好相反， 46 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 即一个为高电平时另一个为低电平。每一路脉冲信号分别驱动每组MOSFET的的导通与截止，将12V的电源转换为方波输出。再经过电感和电容组成的整流滤波电路，变成CPU所需要的平滑稳定的直流电源。电源的电压和电流可以通过调整脉冲信号的占空比和频率来改变，这就是所谓的脉宽调制模式。 模式二和模式一的不同在于模式二把VRM模块分为了2级。第一级只根据VID的组合发出3个脉宽调制信号，称之为PWM模块。第二级为驱动级，由3个相同的驱动模块组成。驱动模块的作用是将脉宽调制信号分为两个脉冲信号，将其中一个提高脉冲电压输出，将另一个反向输出。输出的这两个反向的脉冲信号就如模式一中的一样驱动MOS管工作，产生CPU电压。 2.5 典型CPU供电电路 该电路是由ADP3165芯片组成VRM的第一级，3个ADP3418芯片组成VRM第二级的目前使用较多的典型电路P4 CPU供电电路。因为现在主流CPU的功率都比较大， VRM9.0标准要求输出电流要达到60A，所以P4主板的VRM系统由ATX P4 Power提供一个专用的12V电压供电。 工作过程: 1.CPU拉低部分VID电平，ADP3165，U2开始工作，从Pin16、Pin17和Pin18输出3路PWM信号分别给ADP3418:U30、U31、U32。 2. ADP3418将第二脚输入的PWM信号驱动为DRVH和DRVL两个反相的脉冲信号从Pin8和Pin5输出。 3.每组脉冲信号分别连接两个N型MOS管的栅极，控制其导通与截止。 4.，12V电源在高端MOS管导通时输出，在低端MOS管导通时截止，故在电感L6、L7、L8的左端输出为方波。 5.方波经过电感L6、L7、L8和右端的电容组成的整流滤波电路成为平稳的直流电VCCP供给CPU。 6.VCCP经过反馈电路，即通过电阻R736到达U2的Pin9。 47 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 7.U2检测到CPU电压VCCP达到标准后通过Pin11输出VRMPG信号给主板其它组件，表示CPU供电正常。 2.6 CPU供电电路 波形分析 (1)脈寬調制信號 的驅動輿 轉換: A到B、C A点 PWM信号，平均电压 和峰,峰 值都比较 低。 B点 DRVH信号，平均电压低，峰,峰值高。 48 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 C点 DRVL信号，平均电压高，峰,峰值低。 AB相位相 同;BC相位相 反;ABC频率相 等 (2)三路脈寬調制信號的比較: 三相PWM信号波形频率相同，相位相差三分之一周期，即120度。 (3)直流到直T 流的電壓轉PWM1 換: 1點、2點、3 點，12V直流 到脈沖交流到T/3 VCCP直流 PWM2 T/3 PWM3 1点，12V_Power 49 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 ，12V直流电压转换为峰峰值19V 平均值1.2V的方波 2点方波 峰峰值19V平均值1.2V的方波 转换为1.2V的直流电 3点VCCP (4)輸出方波輿反饋信號的比較: 2點:輸出方 波;4點:反饋波 4 形 CH2测量的是 2点即SW信号， CH1测量的是4点 即BST信号。两者 2 50 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 波形，频率、峰峰值相同，平均电压BST比SW高约10V。 2.7 典型CPU供电电路芯片分析 (1)ADP3165 ADP3165引脚图如下: ADP3165功能模塊图如下: ADP3165芯片为TSSOP封装，20Pin，各引脚功能如下: Pin1-5，VID4-VID0 ，电压识别输入。由内部的3V电压上拉保持为高电平。当有电压被拉低时VRM开始工 51 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 作。 Pin6，SHARE，电流共享输出。与另一个VRM系统的SHARE信号连接，分配两个VRM系统的输出电流。一般为悬空。 Pin7，COMP，错误放大输出。当其电压小于0.8V时将使整个VRM系统的震荡器停止工作，即输出给CPU 的电压为0V。 Pin8，GND，接地脚。FB,REF 和 VID DAC部分的参考接地。 Pin9，FB，反馈输入。侦测VRM输出电压，号调整输出电压的精确性。 Pin10，CT，电容脚。接一电容，容值决定VRM脉宽调制信号的频率。 Pin11，PWRGD，电源OK输出。VRM输出电压达到稳定合格标准时输出。 Pin12-13，CS+、CS-，电流感应输入。侦测VRM输出电流。 Pin14，PGND，电源接地。所有电源和逻辑输出信号的参考接地。 Pin15，PC，相位控制输入。控制脉宽调制信号输出相数和每相的相位。 Pin16-18，PWM3-PWM1，脉宽调制信号输出。分别控制3相脉冲信号驱动器。 Pin19，REF，参考电压输出。3.0V，一般通过一个电阻连接COMP信号脚。可以作为放大器的校准电压。 Pin20，VCC，工作电压。 ADP3165芯片的工作电压输入脚。 (2)ADP3418 ADP3418的引脚图如下: ADP3418功能模塊图如下 52 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 ADP3418芯片为SOP封装，8Pin，各引脚功能如下: Pin1，BST，自激供给电压输入。一个动态的自激荡电压，供给MOSFET驱动信号的驱动开关。 Pin2，IN，脉宽调制信号输入。初级驱动信号，提供两个脉冲信号的输出。 Pin3，OD，输出禁止。当此电压为低时禁止DRVH、DRVL输出。 Pin4，VCC，工作电压。 ADP3418芯片的工作电压输入脚。 Pin5，DRVL，同步校正输出。驱动低端MOSFET。 Pin6，PGND，电源接地。电源和信号的参考接地。 Pin7，SW，开关信号输入。监控高端MOSFET输出的开关电压。 Pin8，DRVH，脉冲驱动信号输出。驱动高端MOSFET。 第三章 主板时钟 3.1 时钟合成器 时钟实时序是计算机工作的三个必要要素之一，在主板供电正常情况下，主板的时钟就会产生。如果把时钟比作脉搏，那么时钟合成器就是主板的心脏。 时钟合成器(Clock Generator)的工作原理是将一个基准频率通过分频与倍频产生主板所需要的各种工作频率。 53 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 基准频率由一个石英晶体振荡器(简称晶振)提供。晶振由石英芯片和夹在两面的充当电极的金属膜组成。 石英芯片在电压作用下会产生固定的机械震动，机械震动使流过晶振的电流变化。于是晶振与接在晶振两极的电 容产生正弦波。震荡频率由芯片的厚薄决定。 石英芯片 金属膜 3.2 时钟合成器芯片 以使用最多的ICS9250芯片来说明时钟合成器的主要功能。 ICS9250输出的时钟频率有: 3组微分CPU时钟; 7组33.3MHz PCI时钟; 3组可调PCI时钟; 2组48MHz USB时钟; 1组14.318MHz参考时钟; 3组66MHz可选时钟; 3组66.6MHz可选时钟。 ICS9250引脚图如下: 54 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 3.3 ICS9250功能模块 ICS9250模块图 ICS9250除了输出各种时钟频率外还具有 输出频率选择和调节;支 持频率延展调节即可将频 率向下调节0到-0.5%;支持电源管理功能即通过 STOP信号屏蔽部分频率输出，降低功耗;具 有输出频率反馈设计。 3.4 ICS9250引脚功能 ICS9250为SSOP封装，56Pin，具体引脚功能如下: Pin NumberPin NameTypeDescription 1,8,14,19,26, VDDPWR3.3V電源供給32,37,46,50 X1IN214.318的基准頻率輸入 X2OUT314.318的基准頻率輸出 4,9,15,20,27,GNDPWR電源接地 31,36,41,47 PCICLK_F(2:0)OUT5,6,7PCI時鐘,不受PCI_SYOP#控制 10,11,12,13,PCICLK(6:0)OUTPCI時鐘 16,17,18 66MHz_OUT(2:0)OUT由66MHz_IN驅動的66MHz輸出 21,22,233V66(4:2)OUT66MHz參考時鐘 66MHz_ININ反饋回來的66MHz頻率,驅動66MHz_OUT243V66_5OUT66MHz參考時鐘 25PD#IN調用斷電模式,當為低電平時芯片不工作 偵測FS(2:0)和MULTSEL0是否有效。一旦偵測Vtt_PWRGD#IN2855 平顶山电子技术学校 到低電平,芯片輸出信號不再受其它信號影響 SDATAI/O29系統管理總線的同步數據 SCLKIN30系統管理總線的同步時鐘 3V66_0OUT3366MHz參考時鐘 PCI_STOP#IN34中止PCICLK時鐘輸出,低電平有效果 3V66_1/VCH_CLKOUT3566MHz或48MHz輸出,由SMBUS控制 48MHz_DOTOUT38固定的48MHz輸出供給圖形處理核心 49MHz_USBOUT39固定的48MHz輸出供給USB總線 FS2IN40為模式選擇提供的一個特殊的3.3V輸入 I REFOUT42內部電流參考輸出 MULTSEL0IN43選擇為CPU時鐘輸出的電流放大器44,48,51CPUCLKC(2:0)OUT供給CPU的每組微分時鐘的補償時鐘45,49,52CPUCLKT(2:0)OUT供給CPU的每組微分時鐘的真實時鐘 53CPU_STOP#INCPU時鐘屏蔽信號,低電平有效54,55FS(1:0)INCPU頻率選擇信號 56REFOUT14.218MHz的參考時鐘 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 3.5 ICS9250输出频率的选择 从ICS9250的引脚功能可以看出，除了输出各种频率外，主要的控制信号有:FS(2:0)，SDATA，SCLK，MULTSEL0，CPU_STOP#，PCI_STOP#，PD#，Vtt_PWRGD#。 FS(0:2)是输出频率选择(Frequency Select)信号，其输入电平的高低组合控制输出时钟的频率。具体的对应关系如下表: FS2信号的电平一般固定的设定为高或者低，决定芯片的工作模式。从表中可以看出在不同模式下输出(或 56 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 输入)时钟的性质也不同。FS1和FS0的电平由CPU控制，即CPU按照自己要求的工作频率发出高低不同的FS电平组合给ICS9250。 SDATA和SCLK即是系统管理总线，在这里用来控制整个主板的时钟信号同步。 MULTSEL0是一个增益放大器(Multiplier)选择信号，它的作用是选通为CPU时钟增强信号的放大器。 CPU_STOP#和PCI_STOP#的作用是在节电模式如睡眠时屏蔽CPU和PCI时钟，使之控制的模块停止工作。 PD#是掉电(POWER DOWN)信号，低电平时芯片停止工作。 Vtt_PWRGD#也是芯片的工作控制信号，当它有效时芯片开始工作。在实际电路中PD#一般都保持为高电平，而Vtt_PWRGD#由CPU电压VCCP控制，即产生CPU电压后时钟合成器就开始工作。 3.6 时钟合成器电路 3.7 主板时 钟方块 图 下面是一款主 板的时 钟方块 图: 3.8 主板其它时钟 57 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 主板除了由时钟合成器产生时钟信号外，还有一个必需的时钟频率，那就是南桥CMOS电路的实时时钟(Real Time)频率。它由一个32.768 KHz的晶振提供基准频率，其电路如下: 另外，如 果在主板上集 成有网卡和声 卡，它们分别 也有晶振提供其核心的工作基准频率。如图: AUDIO LAN 第四章 主要控制信号 4.1 CPU主要信号 58 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 以P4 2.4GHz CPU为例，共478PIN，其中数据线HD[63:0]共64根、地址线HA[31:3]共29根。其它除了电源线接地线和悬空脚之外都是控制信号线。 在CPU开始工作时最主要的信号有BCLK[1:0]，RESET#，PWRGD，VCCVID、INIT#等。 CPU的地址和数据信号直接连接到北桥。 BCLK[1:0]是由时钟合成器发出供给CPU的外频，在时钟的上升沿和下降沿都读取一次数据，所以CPU的外频即前端总线实际工作频率为4倍BCLK。CPU的核心工作频率就是由此外频乘以倍频而得到。 RESET#是CPU的复位信号，由北桥发出。 PWRGD是南桥根据PWROK和VRMPWRGD两个信号发出的。 INIT#是南桥发出的使CPU初始化的一个信号。 VCCVID是P4 2.0MHz或以上频率的CPU才使用的电压信号，供内部的VID信号工作。 VCCVID必须由外部独立的1.2V电压供给，其电路图如下: 59 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 U14将输入的VCC3转换为1.2V的VCCVID供给CPU，同时给出POWRGOOD信号给电源管理器VRM。任何一路电压有问题，CPU都将不会工作，对主板的电源起到一个非常关键的监控作用。 4.2 北桥主要信号 北桥被我们称为四端口控制器，所以其控制信号主要是各个界面Interface的控制信号。根据所控制的界面不同，分别述之: (1)前段總線界面 ADS#:Address Strobe，地址选通。 BNR#:Block Next Request，锁定下个请求 60 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 (2)DDR內存界面 下图是DDR内存控制界面的主要信号，地址信号有SMAA[12:0]，SMAB[5,4,2,1]，数据信号有SDQ[63:0] (3)模擬圖形輸出界面 Analog Display也就是仿真图形输出界面。其输出信号供给CRT显示器，实现图形的输出。主要信号有行频(HSYNC)、场频(VSYNC)红( RED )、绿(GREEN )、蓝(BLUE)三基色;DDCA_CLK时钟和DDCA_DATA数据。 61 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 (4)南北橋界面 HUB Interface是Intel芯片组南北桥之间的传输界面，供13根信号线，其中数据线HI_[10:0]为传输线，HI_STBS 和HI_STBF为控制线。 HI_STBS :Hub Interface Strobe HI_STBF: Hub Interface Strobe Complement 这两个信号是一对微分的选通信号线，接收和发送通过Hub Interface的打包方式传输的数据。 4.3 南桥主要信号 (1)PCI界面 PCI界面，地址时钟合用32位信号线，主要控制信号有: C/BE#:总线控制和字节允许信号。 DEVSEL#:设备选择信号 FRAME#:周期开始信号 IRDY#:主设备准备好信号 TRDY#:目标设备准备好信号 STOP#:停止信号 其余信号有时钟信号，复位信号等。 62 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 (2)IDE界面 IDE界面，南桥提供双IDE界面，一个主界面，一个从界面。每个界面地址线3位，数据线16位。其余的 主要控制信号有请求信号REQ，读信号，写信号等。 (3)AC97界 面 AC_LINK界 面主要有5个信 号: AC-RST#复位信号 AC-SYNC同步信号 AC-BIT-CLK时钟信号 AC-SDOUT数据输出 AC-SDIN数据输入 (4)USB界面 南桥一般提供6到8个USB界面，USB界面因为是串行总线，只有两根数据线传输数据，另外有一根电源 线和电源地线提供外设电源。 OC#USB控制器信号 USBRBIAS#和USBRBIAS都是用来接外部偏置电阻。 63 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 (5)LPC界面 LPC被称之为低脚位总线其地址数据线共享4位信号线， LFRAME#为一个LPC周期开始或中止信号。 LDRQ#为一个串行DMA或MASTER传输控制请求信号。 4.4 BIOS主要信号 如图是BIOS在电路中的一般连接线路图。主要信号有初始化信号INIT#，复位信号RST#，写允许信号WP#等。 4.5 复位信号 RST,， (Reset，复位)是计算机各个 子系统工作开始的首要控制信号。在RST信号有效时各功能模块被强制回复到最初始的状态，等待新的工作开始。 64 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 第五章 开机过程 5.1 开机步骤 开机过程是指从启动电源到计算机加载操作系统的过程。按启动的过程可以分为三个阶段:硬件启动、软件启动、操作系统引导。 5.2 硬件启 动 在计算机 的开机过程中 首先是电源启 动。 1 5VSB 加载主板 2 按下Power Button，产生PS-ON信号 3 Power输出电源 4 电源稳定后， Power发出PWROK信号 5 同时CPU拉低 VRM的VID信号 6 VRM工作产生 CPU电源VCCP 7 稳定的VCCP反 馈给VRM产生PWRGD 信号 同时时钟合成器开 始工作产生各种时钟频率 8 南桥收到PG信号和工作频率产生PCIRST#信号 65 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 9 北桥收到PCIRST#信号发出CPURST#给CPU 在电源启 动后时钟合成 器开始工作， 同时产生复位 信号。CPU开 始工作。 CPU在满足电 源、时钟频率 和基本的控制 信号条件下接收到CPU复位信号发出一个地址信号。由CPU的硬件设计决定，这个地址信号固定为FFFFFFF0H，指向BIOS的入口地址。 FFFFFFF0H通过前端总线的地址线传到北桥，北桥将该地址信号压缩后通过ZIP总线传到南桥。 南桥接收到该地址将信号解压后分批发送给BIOS，然后取得该地址存储的命令EA。 南桥将取得的BIOS命令通过数据线经北桥传送给CPU，CPU执行接收到的命令开始计算和控制，发出一系列的指令，计算机硬件启动完成。 5.3 软件启动 硬件启动完成，CPU开始执行一系列的从BIOS取得的命令，进入软件启动。软件启动过程分别由BIOS的POST程序、CMOS设置程序、系统自举过程控制，流程如下: 软件启动最开始的也是最关键的是POST过程。 1 初始 化各个芯片和 各个端口 2 设置 中断向量 开机后 BIOS在内存 66 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 的开始地址建立一个向量中断表，每个 中断服务程序的入口地址都存于中断向量表中。BIOS通过中断 向量的设置和中断服务程序建立起硬件与软件之间的联系。 3 检测系统配置 如中断号的分配，DMA通道号的分配等。 4 检测系统资源 POST检测包括:CPU、ROM、MB、CMOSRAM、SIO、PIO、AGP Card、KB、FDD、HDD、CD-ROM等。在POST过程中出现致命故障将停机，不能给出任何提示。非严重故障会给出提示，等待处理。 上电自检完毕计算机会给出一个CMOS设置界面。CMOS设置程序是BIOS ROM中的一个模块，它设置一些系统的参数，如CPU、内存、外设的参数、启动顺序、密码等。为了便于修改，这些参数存于另外的CMOS RAM中，所以称为CMOS设置。如用户不需要修改系统参数，BIOS可以按默认的参数跳过CMOS设置过程直接运行系统自举程序。 CMOS设置完毕计算机进入系统自举程序。BIOS按系统CMOS设置的启动顺序，搜寻启动驱动器，从启动驱动器磁盘中读入引导记录，然后将系统控制权交给引导记录，软件启动完成。接下来由引导记录完成系统的启动。 整个软件启动过程也是系统初始化的过程，都是由BIOS程序来控制的。在此过程中BIOS每检测一个部件或执行一个动作遇到致命错误时，都会有对应的一个错误代码(Error Code)出现，利用Debug Card我们可以观测到。 5.4 操作系统引导 软件启动完成后，系统控制权由操作系统即操作系统控制。由操作系统的引导记录引导直到进入操作系统，完成计算机开机的最后过程,操作系统引导。具体过程如下: 67 平顶山电子技术学校 THE END 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 附件一: 作为本文分析基础的主板Bluford3架构 68 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 附件二: 主板主要功能芯片分布示意图 ，U2: ADP3165(CPU Power VRM) ，U3: AD1981(AC97 Code) ，U5: 75185 ，U8: ICS950201(Clock Generator) ，U9: FST3125 ，U15: 82845GV(GMCH) ，U16: P4 Socket 478 CPU ，U19: 81801DB(ICH4) ，U21: LPC47M112(super I/O) ，U24: Firmware Hub(BIOS) ，EZ1: Buzzer ，D40: Diagnostic LED 附件三: 主板主要接口分布示意图(1) 69 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 ， J3: LINE_IN,LINE_OUT,MIC_IN ， J4A: PIO Port Connector ， J4B: SIO Port Connector ， J4C: VGA Connector ， J5: USB Connector ， J7: PS/2 Keyboard/mouse Connector ， J8: CD-IN ， J9: RJ45&USB Connector ， J10: +12V Power Connector ， J18: FDD Connector ， J20: IDE2 Connector ， J21: ATX Power Connector ， J23: IDE1 Connector ， J25: Telephony ， J27: Front USB Connector 附件四: 主板主要接口分布示意图(2) 70 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 ， J28: Power Button ， J29: Front USB Board Connector ， JP1:Clear Password Jumper ， JP17: CMOS Jumper ， U16: P4 CPU 478 Socket ， PCI1-PCI3: PCI Slot ， DDR-DIMM1,2: DDR SDRAM Socket 附件五: 主板背面接口侧视示意图 ， J3A: Line 71 平顶山电子技术学校 华硕主板-------图解公司内部文件-2010.6.6 In ， J3B: LINE Out ， J3C: MIC In ， J4A: PIO Port Connector ， J4B: SIO Port ， J4C: VGA Connector ， J5: USB Connector ， J7: PS/2 Keyboard Connector(Bottom),PS/2 Mouse Connector(top) ， J9A: RJ45 Connector ， J9B: USB Connector ， D40: Diagnostic LED 72 平顶山电子技术学校