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1、主主 板板 架架 構構 及及 其其 工工 作作 原原 理理內 容 1. 基礎知識 常用元器件的認識 常用IC封裝形式 2. 主板的發展及其架構 主板的發展史 主板的架構 總線介紹 3. 工作原理介紹 開機(啟動)過程 北橋(AGP,LAN) 南橋(USB,1394) 基 礎 知 識1.1 常用元器件的認識一一一一一般零件的識別一般零件的識別一般零件的識別一般零件的識別1 1電阻電阻電阻電阻( (SMD)SMD)電阻用英文字母“R(resistance)”表示,其中排阻可分為串聯排阻用英文字母“RN“表示及并聯排阻用英文字母“RP“表示.貼片排阻(PN,RN) 2 2電容電容電容電容( (SMD
2、,DIP)SMD,DIP)電容用英文字母“C(capacitance)”表示,其中包括MLCC(多層陶瓷電容又稱績層陶瓷電容,英文全稱為Multi-LayerCeramicCapacitor)和ELcap.表示排容用“CP“表示說明:電解電容有極性焊接時注意方向MLCCSMDELDIPEL3333二極管二極管二極管二極管 二極管用英文字母“D(diode)“表示,紅色端為正極,黑 色端為負極4444三極管三極管三極管三極管& & & &MOS MOS MOS MOS 管管管管 三極管（triode）及MOS管用英文字母“Q“表示 5555晶振晶振晶振晶振 晶振用英文字母“X“&“Y“表示如“X
3、1“,“Y2“表示6666接口接口接口接口& & & &插槽插槽插槽插槽 接口（interface）&插槽用英文字母“J“表示7777跳線跳線跳線跳線 跳線用英文字母“JP“表示 2 2電阻的讀取電阻的讀取電阻的讀取電阻的讀取 3 3 如下圖45 5 圖1与圖2均為1K電阻其中圖1為普通電阻而圖2為精密電阻圖1表示為101021K精密度為5圖2表示為1001011K精密度為1102圖11001圖23 3電解電容的讀取電解電容的讀取電解電容的讀取電解電容的讀取4如圖:QI為生產厂商105C耐溫值10V為耐壓值100F為電容的容量圖110v1500uF+105CQI1.2 常用IC封裝形式一一一一
4、TQFP(Thin Quad Flat Pack)TQFP(Thin Quad Flat Pack)圖1圖2圖3圖4以上封裝形式可參考聲卡及外置顯卡圖1圖2圖3圖4以上封裝形式可參考SuperI/O二二二二CQFP(Ceramic Quad Flat Pack)CQFP(Ceramic Quad Flat Pack)圖1圖2圖3圖4以上封裝形式可參考Tag三三三三SOJ(Small outline J type)SOJ(Small outline J type)圖1以上封裝形式可參考BIOS四四四四 CLCC(Ceramic Leadless Chip Carrier)CLCC(Ceramic
5、 Leadless Chip Carrier)圖1圖2圖3圖4以上封裝形式可參考DRAM及顯存五五五五 SSOP(Small Size Outline Package)SSOP(Small Size Outline Package)圖1以上封裝形式可參考SIOController及74244六六六六 SOP(Small outline Package)SOP(Small outline Package)圖1圖2圖3圖4以上封裝形式可參考視頻放大器七七七七 DIP(Dual-In-Line Package)DIP(Dual-In-Line Package)圖1圖2以上封裝形式可參考南北橋CHIP
6、八八八八BGA( Ball Grid Array)BGA( Ball Grid Array)圖1圖2以上封裝形式可參考CPU八八八八PGA(Pin Grid Array)PGA(Pin Grid Array) 2.1主板的發展史主板的發展史主板的發展史主板的發展史主板（Mainboard）也叫母板（Motherboard）及系統板（Systemboard）如果說CPU是系統的心臟那么主板可以說是系統的軀干它CPU与外設交換數据的橋梁發展至今經過多次的變革從大体積主板發展到微型主板從集成度极低的主板發展到高集成度的主板從非標準化發展到國際標準一IBM/XTIBM/XT 該種板是IBM推出的最早的
7、主板二ATX&MICROATX&MICRO ATXATX1ATX:30.5CMX24.4CM2MICROATX:9.6”X9.6”2.2 主板的架構 北橋、南橋(Northbridge/Southbridge)結构广泛應用于目前几乎所有的PC机主板。傳統的南北橋結构中，北橋(就是主板上靠近CPU插槽的一顆大芯片)負責与CPU的聯系并控制内存、AGP、PCI接口，相關的数据在北橋内部傳輸；南橋負責I/O接口以及IDE設備的控制等。不过Intel从810開始摒弃了南北桥橋的結构。而采用了GMCH(AGP内存控制中心)+ICH(I/O控制中心)的Hub Architecture結构。使得内部的傳輸速
8、度加快了不少，代表着主板芯片組的發展方向 根据不同的芯片組我們作如下几种結构分析主板的架構1）INTEL 865架構2） VIA 架構MS-6728一 INTEL 865架構MS-6590二 VIA 架構2.3 總線介紹一 HOST BUSFSBFront Side Bus前端總線也就是以前所說的CPU總線，由于在目前的各种主板上前端總線頻率与内存總線頻率相同所以也是 CPU与内存以及L2 Cach之間交換数据的工作時鐘由于数据傳輸最大帶寬取决所同时傳輸的数据位宽度和傳輸頻率即数据帶寬=（總線頻率(数据寬度）/8 由此可見前端總線速率将影响電腦運行时CPU与内存、（L2 Cache）之間的数据
9、交換速度，實際也就影响了電腦的整体運行速度 為了簡化硬體電路設計,簡化系統結構,常用一組線路配置於適當的接口電路與各部件及外圍設備連接,這組共用的連接線路被稱為總線.二PCI BUSPCI BUSPCIPeripheralComponentInterconnection總線-外設部件互連總線該標准是由Intel,IBM,DEC公司所制的PCIBus與CPU中間經過一個橋式接器電路不直接与CPU相連的總線,故其穩定性与匹配性較差,提升了CPU的工作效率,其擴展槽可達到三個以上為32Bit/64Bit的總線是目前主板及外圍設備使用的的標准接口.4 4AGP BUSAGP BUSAGPAcceler
10、atedGraphicsPort總線-加速圖形控制端口其主要的結构是在使用AGP芯片的顯示卡与主存之間建立專用通道,讓影像和圖形數據直接傳送到顯示卡而不需要經過PCI總線AGP總線為32bit數据和66Mhz的總線.五五 USB BUSUSB BUSUSBUniversalSerialBus通用串行總線.USB總線是由Intel.Microsoft.等七大領導世界電腦硬件和軟件的大公司所主導,解決各种外圍設備接頭不統一的問題,可接127個外圍設備的標准接口.工作原理介紹3.1 開機(啟動)過程整個主機的開機過程分為硬件啟動和軟件啟動硬啟動是POWER的動作過程而軟啟動部分是指BIOS的POST
11、過程主機啟動過程是先啟動硬件而后啟動軟件.因為很多功能不良板特別是當机板,可以根据開机的順序從而判斷系統哪部分有問題如果是無顯示的板可以從DEBUGECARD上診斷系統運行的位址可以使分析問題做到有的放失 一一一一 硬件啟動部分硬件啟動部分硬件啟動部分硬件啟動部分一POWER 的工作原理圖的工作原理圖:SOUTHBRIDGEC1POWERCONNECTORPS-ONPGSUSCPGR1BCE5V-SBR2Q1硬件啟動原理硬件啟動原理:在常態下POWER中的PS-ON是高電平,只有當PS-ON處于低電平時,POWER開始工作.如上圖,在常態時,SOUTHBRIDGE的SUSC#應為高電平,因為此
12、信號是低電平有效,此時三極管的極基為低電平,三極管截止,5V-SB直接加到PS-ON,使電源保持常態.POWER無法送出PG信號SOUTHBRIDGE,系統無法工作.當POWERBUTTONBOARD触發有效時SUSC#為低電平,此時三極管的基极為高電平導通,5V-SB直接接地,從而PS-ON被拉低,POWER工作,同時向SOUTHBRIDGE,NOTTHBRIDGE及CPU發送PG信號,當SOUTH接到PG,CLOCKGENERATION送來的CLOCK開始工作,並輸出RESET#到PCI,AGP總線,NORTHBRIDGE收到PG,PCIRESET#及CLOCK后輸出CORREST#給CP
13、U,CPU接到CORREST信號開始動作并送出FFFFFFF0地址經南北橋指向BIOS.硬件啟動部分到此結束,系統啟動權交由BIOS.進入軟啟動狀態. +5VSB、PS-ON、PW-OK控制信号控制信号 ATX开关电源与AT电源最显著的区别是，前者取消了传统的市电开关，依靠+5VSB、PS-ON控制信号的组合来实现电源的开启和关闭。+5VSB是供主机系统在ATX待机状态时的电源，以及开闭自动管理和远程唤醒通讯联络相关电路的工作电源，在待机及受控启动状态下，其输出电压均为5V高电平，使用紫色线由ATX插头(图1)9脚引出。 PS-ON为主机启闭电源或网络计算机远程唤醒电源的控制信号，不同型号的A
14、TX开关电源，待机时电压值为3V、3.6V、4.6V各不相同。当按下主机面板的POWER开关或实现网络唤醒远程开机，受控启动后PS-ON由主板的电子开关接地，使用绿色线从ATX插头14脚输入。PW-OK是供主板检测电源好坏的输出信号，使用灰色线由ATX插头8脚引出，待机状态为零电平，受控启动电压输出稳定后为5V高电平。 脱机带电检测ATX电源，首先测量在待机状态下的PS-ON和PW-OK信号，前者为高电平，后者为低电平，插头9脚除输出+5VSB外，不输出其它电压。其次是将ATX开关电源人为唤醒，用一根导线把ATX插头14脚PS-ON信号，与任一地端(3、5、7、13、15、16、17)中的一脚
15、短接，这一步是检测的关键，将ATX电源由待机状态唤醒为启动受控状态，此时PS-ON信号为低电平，PW-OK、+5VSB信号为高电平，ATX插头+3.3V、5V、12V有输出，开关电源风扇旋转。上述操作亦可作为选购ATX开关电源脱机通电验证的方法。 軟啟動過程軟啟動過程軟啟動過程軟啟動過程軟件啟動過程主要是BIOS(BaseInputOutputSystem)3.2 北 橋 介 紹HUB結构MCH（MemoryControllerHub)功能:内存控制器中心，负责连接CPU，AGP总线和内存.MS-6728MB北橋為INTEL865芯片組其主要功能如下INTEL 865P INTEL 865P
16、特性特性特性特性1 1)SupportsFSB533/400MHzfrequencies2)SupportsDDR266andDDR3333)SupportsIntelPentium4processorwith512-KBL2Cacheon0.13micronprocessinthe478-pinpackage4)SupportanexternalgraphicdeviceonAGP1x/4x/8x5)提供CSA介面連接GigabitEthernet控制器6)Support4GBofsystemmemory7)AGTL+on-dieTermination(ODT)8)Hyper-Threadi
17、ngTechnologyAGP 8xAGP(AcceleratedGraphicsPort)是Intel公司在1996年開發的介面，用來增進電腦系統中的顯示效能。而AGP8X是AGP介面新一代的規格，如同AGP4X一般，AGP8X同樣採用32位元匯流排，但是AGP8X可支援533MHz的工作頻率，資料傳輸率更可達每秒鐘2.1GB。部分採用AGP8X介面的AOpen主機板讓使用者享受強大的圖形運算效能，尤其是在3D遊戲中更能展現其強大的能力。以下為AGP各個模式的比較表：DDR双倍速率SDRAM（DualDateRateSDRSM，DDRSDRAM）：又简称DDR，由于它在时钟触发沿的上、下沿都
18、能进行数据传输，所以即使在133MHz的总线频率下的带宽也能达到2.128GB/s。DDRI不支持3.3V电压的LVTTL，而是支持2.5V的SSTL2标准。DDR-II内存采用200-、220-、240-针脚的FBGA封装形式。内存颗粒的电压为1.8V，容量密度为512MB。DDR-II将采用和DDR-I内存一样的指令，但是新技术将使DDR-II内存拥有4到8路脉冲的宽度。DDR-II将融入CAS、OCD、ODT等新性能指标和中断指令。DDR-II标准还提供了4位、8位512MB内存1KB的寻址设置，以及16位512MB内存2KB的寻址设置。DDR-II内存标准还包括了4位预取数（pre-f
19、etchof4bits）性能，DDR-I的预取数位只有2位。内存类别 DDRI内存DDRII内存DRAM相关工作电压2.5V1.8V电器信号SSTL_2SSTL_18预读功能2bit4bit内部bank数4bank4bank封装形式66针TSOP/BGA60针MBGA数据控制接脚单向双向时钟频率333/266/200MHZ667/533/400MHZDIMM相关DIMM构成X64,X72X64,X72容量64MB2GB256MB4GB板型高度最大1.125英寸最大1.2英寸针脚数184240Stackednumber8层6层DRAM构成X4,x8,x16X4,x8,x16DRAM密度64Mbi
20、t1GBbit256Mbit2GBbitDDRIandDDRII比較LAN1.LAN(LocalAreaNetwork-局域网）指通过一定形式连接起来的计算机2.Rate10 Mb/s, Fast : 100 Mb/s, Gigabit : 1Gb/s3. Topology（拓扑结构） 主要有：Star、Tree、Bus、Ring、Point-Point、Dual-Ring4.通信介质(有线网）双绞线(UTP,SPT)、同轴电缆等物理介质5.IEEE 802.3协议CSMA/CD总线访问控制方法及物理层技术规范 6.LAN的作用 档案管理(共享档案、传输档案) 共享应用程式(应用程式、数据库、
21、游戏） 共享外围设备（打印机、光驱、扫描仪、传真/调制解调器、磁带机） 和其他使作网络者交流（进行群组工作排程、收发电子邮件、电子会议、网络游戏）IEEE802.3CSMA/CD载波监听多路访问/冲突检测(CSMA/CDCarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetect)CSMA/CD是一种采用随机访问技术的竞争型（有冲突的）访问方法。各站点都能判断信道的状态，判断的方法是利用站点上的接收器从信道上接收信道信号。如果信道电平变化，即所谓有载波，说明信道被其他站点所占用；如果信道上电平不变化，信道就处于空闲状态。OSI7layersOSI：开放式系统互联模型(O
22、penSystemsInterconnection)意图:每个层次上的功能都由若干个协议实现OSI7layers:一层:物理层二层:数据链路三层:网络层四层:运输层五层:任务层六层:表示层七层:应用层3.3 南 橋 介 紹INTEL801芯片組其功能如下支持PCI2.3集成網絡控制器,支持10/100M.集成SATA控制器,傳輸率150MB/s,兩個接口都支持DMA操作.支持RAID0(ICH5R).USB2.0:集成4個uhci,1個ehci控制器.可支持8個usb2.0接口.支持AC972.3解碼中斷控制器,支持8個pci中斷,pci2.3消息信號中斷,2個級連82c59中斷芯片(共15個
23、中斷)1.5V工作電壓,3.3VI/O電壓82C54定時器,提供系統時鐘,刷新時鐘,speaker頻率.集成1.5V穩壓模塊提供suspend電源.ACPI2.0電源管理.支持LowPinCount增強DMA控制器,兩個級連8237DMA控制器,支持PCIDMA,LPCDMA.實時時鐘,256ByteCMOSRAM支持最大8MByteBIOSsize.支持smbus2.0spec.中斷控制器每個設備都有一個IRQ當設備用IRQ向CPU發送服務請求稱為中斷.當一條中斷線被激活后CPU就會立即停止當前的動作裝載一定的中斷處理程序（中斷服務程序）當服務結束后系統自動回到剛才的斷點如果兩個設備擁有同一
24、個中斷號系統中的某些部分會停止工作甚至會導致整個系統的崩潰IRQ0系統時鐘IRQ1鍵盤IRQ2系統的第二個中斷請求控制器IRQ3串行口2IRQ4串行口1IRQ5并行口2IRQ6軟驅IRQ7并行口1IRQ8實時時鐘IRQ9可用IRQ10可用IRQ11顯示卡IRQ12PS2MOUSEIRQ13數學協處理器IRQ14IDE1IRQ15IDE2以上階指可屏蔽中斷USB2.01.在任何USB系统中，只有一个Host。USB和Host系统的接口称作主机控制器，主机控制器可由硬件、固件和软件综合实现 2.TieredStar3.127devices4.Speedlow:1.5Mbps;full:12Mbps
25、;high:480Mbps5.2-wiredifferentialsignaling6.SupplySourcing+5V7.4pinconnector,4wirecable8.Hubsmaybeself-poweredorbus-poweredTwocurrentlevels:100&500mAOvercurrentprotectionforsafety9.USB規范中将USB分為五个部分：控制器、控制器驱动程序、USB芯片驅動程序、USB設備以及針對不同USB設備的客户驅動程序1394介面串联传输介面(IEEE-1394)一种由IEEE“美国电子电机工程师协会”制定之高效率串联传输介面类似
26、于USB介面.IEEE1394是一種高速序列匯流排的定義標準。Apple將此種匯流排命名為FireWire(火線接口)，Sony稱它為i.Link，以上皆表示同一樣技術，以IEEE1394(或僅1394)這個名稱較為常用。IEEE1394提供隨插即用的功能，提供PC具相容性的延伸介面。它具有保證頻寬的傳輸模式，適用於消費性電子聲訊/視訊(A/V)產品、儲存週邊及可攜式裝置。1.高速通訊。IEEE1394允許最高至400/800Mbps的傳輸速率。2.自我組態定址。使用者不需要設定位址切換。不會發生潛在的位址衝突問題。3.層列的星狀拓樸，最多可連接63個裝置。SATA傳統的parallelATA
27、規格在1980年代出現的時候，就己經將PC的標準儲存介面定義為3Mbytes/秒。最新一代的介面，UltraATA-133，己經更進一步的將傳輸速率提昇至133Mbytes/秒。然而，當ATA在經歷過一段輝煌的記錄後，此規格對目前的開發人員來講面臨了某些嚴重的設計問題，包括需要5伏特訊號的需求、過多接腳數目以及嚴重的排線問題。SerialATA的規格就是設計來克服上述的限制，同時可以允許儲存介面隨著PC平台的成長規模而增長。SerialATA和現行的作業系統及驅動程式相容，因此可以取代parallelATA，同時提供有效的平台供未來發展。它降低伏特數及減少接腳數，並且可以使用較細且簡易的排線。
28、此外，SerialATA提供您更快速的150Mbytes/秒傳輸速率。在下一代的SerialATA介面中，速率將增加一倍。Parallel ATA Serial ATA 頻寬頻寬100/133MB/Secs150/300/600MB/Secs工作電壓工作電壓5V250mVPin腳腳數數407排線長度限制排線長度限制18inch(45.72cm)1meter(100cm)排線排線寬薄、窄機構通風性機構通風性差佳點對點傳輸點對點傳輸否是SMBUS SMBUS 最早是由 Intel公司提出來的. 現在由 SBS管理維護這一個規格. 此規格是用 Philips 的 I2C簡化而來. SMbus 是由兩條訊號所組成的一種匯流排. 是為了在系統上較慢速的裝置及電源管理裝置之間的溝通使用. 使系統可取得這些裝置的製造廠商,型號,一些控制資訊,錯誤訊息及狀態. 這兩條訊號為 SMBCLK 和 SMBDATA. 這和 I2C 上的 Clock(SCL) 和 Data(SDA) 是一樣的. THANK YOU !
