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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。