电脑硬件入门知识全解：主板篇

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               电脑硬件入门知识全解：主板篇主板的组成依次为：
　　电源回路,北桥芯片,S-ATA1(2),I/O地址,前端总线,南桥芯片,硬件错误侦测,板载声卡,板载声卡，CNR,主板结构BTX和ATX,硬件监控,主板结构,硬盘接口,显示芯片,BIOS,CMOS,电容!
　　电源回路：电源回路是主板中的一个重要组成部分，其作用是对主机电源输送过来的电流进行电压的转换，将电压变换至CPU所能接受的内核电压值，使CPU正常工作，以及对主机电源输送过来的电流进行整形和过滤，滤除各种杂波和干扰信号以保证电脑的稳定工作。电源回路的主要部分一般都位于主板CPU插槽附近。
　　北桥芯片：就是主板上离CPU最近的一块芯片，负责与CPU的联系并控制内存，作用是在处理器与PCI总线、DRAM、AGP和L2高速缓存之间建立通信接口。北桥芯片提供对CPU类型，主频，内存的类型，内存的最大容量，PCI/AGP插槽等设备的支持。北桥起到的作用非常明显，在电脑中起着主导的作用，所以人们习惯的称为主桥（Host Bridge）。
　　S-ATA Ⅰ：Serial ATA也就是串行ATA，它与目前广泛采用的ATA/100或ATA/133等接口最根本的不同在于，以前硬盘所有的ATA接口类型都是采用并行方式进行数据通信，因而统称并行ATA。而Serial ATA，顾名思义，也就是采用串行方式（Serial ATA采用"序列式"的结构，把若干位（bit）数据打包，然后采用比并行式更高的速度（高50%），把数据分组形式传输至主机的方式）进行数据传输。
　　S-ATA Ⅱ ：S-ATA Ⅱ技术产品将突破SATA技术面临的一些局限，其中最主要一点是对原本相对较低性能的提高，其次则是可靠性的改善。 SATA2.0的规格特征：
　　 1）支持NCQ(Native Command Queue,本机命令队列). 由于磁道捕捉时间和转速的改善和优化，硬盘可更有效的进行信息捕捉/读/写数据。同时，由于硬盘读写头更加有效的转动，也使机械部件之间的磨损减少，增加了硬盘的寿命。 　　 2）SATA 2.0可将性能/带宽提升至300MB/秒，性能上的飞跃使SATA 2.0成为企业工作站和入门级服务器性价比最好的选择。
　　PNP：就是即插即用，对于许多PC用户而言，如果需要为你的PC增加一些新的功能，比如欣赏CD唱盘、看VCD影碟、收发传真等等，那么就得为你的PC机增加一些新的设备，如声卡、CD-ROM、MPEG硬件解压卡、FAX/MODEM传真卡等一系列新设备，通常而言，安装新设备的过程为：
（1） 按照所购买设备的说明来设置开关和跳线。
（2） 正确地将新设备按规定的要求插入主板扩展槽中。
（3） 安装随新设备所配的驱动程序。
（4） 重新引导系统。
　　然后，你很有可能得花费大量 的时间和精力来处理安装过程中所出现的种种问题。比如手工改变设备的开关或跳线，跟踪CONFIG。SYS文件以解决内部驻留程序的冲突等等。原因在于一台PC机至少有一个或者多个总线设备（BUS DEVICE），而多个总线设备则有可能共享相同的系统总线（SYSTEM BUS），于是这就不可避免地产生硬件资源上的冲突。轻者是新安装的设备无法使用或系统无法启动，严重的话就会导致系统的崩溃。怎样去解决这个问题？人们希望系统应该能提供对底层硬件资源包括IRQ（中断请求）、I/O（输入/输出）端口、DMA（直接内存存取）通道以及内容等的智能管理能力，免除用户因安装新的硬件设备而带来的烦恼。
　　随着微软推出WINDOWS 95/98，它也宣传了WINDOWS95/98为用户提供的底层硬件资源的智能管理能力，即WINDOWS95/98具有即插即用（PNP：Plug and Play）的功能，由此即插即用才为人们广泛重视。
　　即插即用这个概念很久以前就已被提出，它的标准则始于几种洞庭湖的解决PC硬件配置问题的方案，其中包括IBM的微通道总线以及COMPAQ公司在EISA（扩展标准工业系统总线）上的不懈努力。MICROSOFT制订即插即用的规范的时间从1991年才开始，促使MICROSOFT发展即插即用是APPLE公司在其广告中宣称MICROSOFT WINDOWS系统列在易于配置和使用方面远远比不上APPLE公司的MAC OS操作系统，APPLE公司的MACINTOSH微机上修改系统的设置简单到你只需插入或拔出扩展卡，机器就可以在其SYSTEM系列操作系统下很好地工作，从而省去了再设置开关、跳线或分配系统资源的烦恼，可以说是现阶段下完全的即插即用。传说固然归于传说，然而归根结底的原因还是因为技术的进步使得MICROSFT欲垄断个人PC机的操作系统。而欲使系统在易于使用上有一个飞跃，那么它就必须解决多个总线设备共享系统总线时所带来的系统底层资源的分配和再分配问题。MICROSFOT 同INTEL和COMPAQ的结盟促使其在1993年以后相继颂了即插即用的规范，包括其他总线类型如ISA、EISA、PCMCIA、PCI、VESA 以及SCSI等，但是就现阶段而言，完全意义上的即插即用恐怕还需要一段时间才能够进一步完善。
　　MICROSFOT在WINDOWS FOR WORKGROUPS和WINDOWS NT上就已开始尝试一些设备检测和配置方面的试验。在WINDOWS FOR WORKGROUPS中，操作系统可自动检测出视频适配卡、鼠标、键盘及网络适配卡等的类型。
　　WINDOWS NT则更进一步，它可以检测出SCSI设备及其他一些硬件，到了WINDOWS95/98，则几乎可以实现全自动的安装和系统的动态重配置。尽管WINDOWS95不可能对所有旧设备都能正确地识别，甚至有时也会求助于用户，但就即插即用本身而言，这已经是一个真正的飞跃了。现在的WIDNOWSXP在PNP方面又得到进一步的发展。
    I/O地址：这个学过编程的都知道了，I/O地址中I是input的简写，O是output的简写，也就是输入输出地址。每个设备都会有一个专用的I/O地址，用来处理自己的输入输出信息。因此这是绝对不能够重复的。如果这两个资源有了冲突，系统硬件就会工作不正常。
　　前端总线：前端总线是处理器与主板北桥芯片或内存控制集线器之间的数据通道，其频率高低直接影响CPU访问内存的速度；BIOS可看作是一个记忆电脑相关设定的软件，可以通过它调整相关设定。BIOS存储于板卡上一块芯片中，这块芯片的名字叫COMS RAM。但就像ATA与IDE一样，大多人都将它们混为一谈。因为主板直接影响到整个系统的性能、稳定、功能与扩展性，其重要性不言而喻。主板的选购看似简单，其实要注意的东西很多。选购时当留意产品的芯片组、做工用料、功能接口甚至使用简便性，这就要求对主板具备透彻的认识，才能选择到满意的产品。
　　总线是将信息以一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的一组传输线。通俗的说，就是多个部件间的公共连线，用于在各个部件之间传输信息。人们常常以 MHz表示的速度来描述总线频率。总线的种类很多，前端总线的英文名字是Front Side Bus，通常用FSB表示，是将CPU连接到北桥芯片的总线。计算机的前端总线频率是由CPU和北桥芯片共同决定的。 CPU就是通过前端总线（FSB）连接到北桥芯片，进而通过北桥芯片和内存、显卡交换数据。前端总线是CPU和外界交换数据的最主要通道，因此前端总线的数据传输能力对计算机整体性能作用很大，如果没足够快的前端总线，再强的CPU也不能明显提高计算机整体速度。数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率，即数据带宽＝（总线频率×数据位宽）÷8。目前PC机上所能达到的前端总线频率有266MHz、333MHz、400MHz、 533MHz、800MHz甚至更高，前端总线频率越大，代表着CPU与北桥芯片之间的数据传输能力越大，更能充分发挥出CPU的功能。现在的CPU技术发展很快，运算速度提高很快，而足够大的前端总线可以保障有足够的数据供给给CPU，较低的前端总线将无法供给足够的数据给CPU，这样就限制了CPU性能得发挥，成为系统瓶颈。 CPU和北桥芯片间总线的速度，更实质性的表示了CPU和外界数据传输的速度。而外频的概念是建立在数字脉冲信号震荡速度基础之上的，也就是说，100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一万万次，它更多的影响了PIC及其他总线的频率。之所以前端总线与外频这两个概念容易混淆，主要的原因是在以前的很长一段时间里（主要是在Pentium 4出现之前和刚出现Pentium 4时），前端总线频率与外频是相同的，因此往往直接称前端总线为外频，最终造成这样的误会。随着计算机技术的发展，人们发现前端总线频率需要高于外频，因此采用了QDR（Quad Date Rate）技术，或者其他类似的技术实现这个目前。这些技术的原理类似于AGP的2X或者4X，它们使得前端总线的频率成为外频的2倍、4倍甚至更高，从此之后前端总线和外频的区别才开始被人们重视起来。
　　南桥芯片：南桥芯片（South Bridge）是主板芯片组的重要组成部分，一般位于主板上离CPU插槽较远的下方，PCI插槽的附近，这种布局是考虑到它所连接的I/O总线较多，离处理器远一点有利于布线。相对于北桥芯片来说，其数据处理量并不算大，所以南桥芯片一般都没有覆盖散热片。南桥芯片不与处理器直接相连，而是通过一定的方式（不同厂商各种芯片组有所不同，例如英特尔的英特尔Hub Architecture以及SIS的Multi-Threaded"妙渠"）与北桥芯片相连。南桥芯片负责I/O总线之间的通信，如PCI总线、 USB、LAN、ATA、SATA、音频控制器、键盘控制器、实时时钟控制器、高级电源管理等，这些技术一般相对来说比较稳定，所以不同芯片组中可能南桥芯片是一样的，不同的只是北桥芯片。所以现在主板芯片组中北桥芯片的数量要远远多于南桥芯片。例如早期英特尔不同架构的芯片组Socket 7的430TX和Slot 1的440LX其南桥芯片都采用82317AB，而近两年的芯片组845E/845G/845GE/845PE等配置都采用ICH4南桥芯片，但也能搭配 ICH2南桥芯片。更有甚者，有些主板厂家生产的少数产品采用的南北桥是不同芯片组公司的产品，例如以前升技的KG7－RAID主板，北桥采用了AMD 760，南桥则是VIA 686B。 南桥芯片的发展方向主要是集成更多的功能，例如网卡、RAID、IEEE 1394、甚至WI-FI无线网络等等。主板中间靠下的那个较大的芯片，就是主板的南桥芯片
　　 现在市场上的NF4-4X芯片的主板，南北桥芯片已经集合到了一块芯片上。
    硬件错误侦测：由于硬件的安装错误、不兼容或硬件损坏等原因，容易引起的硬件错误，从而导致轻则运行不正常，重则系统无法工作的故障。碰到此类情况，以前只能通过POST自检时的BIOS报警提示音，硬件替换法或通过DEBUG卡来查找故障原因。但这些方法使用起来很不方便，而且对用户的专业知识也要求较高，对普通用户并不适用。
　　针对此问题，现在的主板厂商加如了许多人性化的设计，以方便用户快速，准确地判断故障原因。例如，现在许多主板特别设计了硬件加电自检故障的语言播报功能。以华硕的"POST 播报员"为例，这个功能主要由华邦电子的W83791SD芯片，配合华硕自己设计芯片组合而成。可以监测CPU电压、CPU风扇转速、CPU温度、机壳风扇转速、电源风扇是否失效、机箱入侵警告等。这样就较好地保持了电脑的最佳工作状态。当系统有某个设备出故障时，POST播报员就会用语音提醒该配件出了故障。在硬件侦错报警方面，一些主板大厂都有自己非常独到的设计，譬如微星主板，用四支LED来反映主板的故障所在。而有的主板则干脆引入了早些年的 Debug侦错卡的侦错技术，采用了更为直接的数码管来指出故障所在。另外，许多厂商还为主板设计了AGP保护电路，除了起显卡保护作用之外，保护电路还用一个LED发光二极管来告诉用户故障是否由显卡引起。
　　板载声卡：主板上附带的音效输出芯片，支持独立音效输出，常见为ALC650、CMI9761A。
　　CNR插槽：CNR是继AMR之后作为INTEL的标准扩展接口，其已被闲置了很久，基本见不到CNR的设备出现，AC_Link是专为声音处理和调制解调器开发的非常简单而且有效的协议，它可以允许声音处理部分和调制解调器的数字信号直接从PC传送到CODEC（多媒体数字信号编解码器），再由CODEC将数字信号转换为模拟信号并输出。CNR标准的基本思想是将声音处理和调制解调器的数字电路部分放进PC芯片中，而把模拟电路放在插卡上（CNR声卡的CODEC部分）或者在主板上（主板的声音CODEC部分）。相对于传统的PCI插卡，CNR成本更低，不需要声卡和调制解调器的PCI控制器，而且节省空间，高度集成，可以缩短CPU和CODEC之间的数字信号路径。CNR的作用其实和AMR是一样的，只不过CNR所能提供的功能比较广泛。这是因为CNR所搭配的Intel ICH2(FW82801BA)南桥芯片所整合的功能比ICH1(FW82801AA)更多的关系。所以随着i815E/i815EP主板的日渐普及，在市面上可以看到的CNR卡会愈来愈多，这些种类包括有：音频CNR、调制解调器CNR、LAN CNR、HomePNA CNR、USB Hub CNR等等。HomePNA是ICH2所支持的新功能，可以利用一般的RJ-11电话线来建立起局域网络，虽然最高频宽只有1Mbps(未来会支持 10/100Mbps)，不过这种低配置成本的区域网络倒是非常适合在家庭中使用。家庭局域网是CNR支持的一种重要功能。因为随着网络的逐步深入，家庭对广域网和局域网的需求会日益增加。但由于家庭在电信连接设施方面已具有成型而固定的基础。如果完全采用新的设施要求，那么必架构内进行大量的基础设施建设，而且这种作法也不利于其自身标准的推广应用。所以CNR选择了与RJ-11电话线实现无缝集成，这就为PC的小范围连接提供了经济高效的解决方案。
   主板架构BTX：.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。 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；主板的安装将更加简便，机械性能也将经过最优化设计。
　　英特尔在95年1月公布了扩展AT主板结构，即ATX（AT extended）主板标准。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。 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。
　　硬件监控：为了让用户能够了解硬件的工作状态（温度、转速、电压等），主板上通常有一块至两块专门用于监控硬件工作状态的硬件监控芯片。当硬件监控芯片与各种传感元件（电压、温度、转速）配合时，便能在硬件工作状态不正常时，自动采取保护措施或及时调整相应元件的工作参数，以保证电脑中各配件工作在正常状态下。常见的有温度控制芯片和通用硬件监控芯片等等。温度控制芯片：主流芯片可以支持两组以上的温度检测，并在温度超过一定标准的时候自动调整处理器散热风扇的转速，从而降低CPU的温度。超过预设温度时还可以强行自动关机，从而保护电脑系统。常见的温度控制芯片有Analog Devices的ADT7463等等。通用硬件监控芯片：这种芯片通常还整合了超级I/O（输出/输出管理）功能，可以用来监控受监控对象的电压、温度、转速等。对于温度的监控需与温度传感元件配合；对风扇电机转速的监控，则需与CPU或显卡的散热风扇配合。比较常见的硬件监控芯片有华邦公司的W83697HF和W83627HF，SMSC公司的LPC47M172，ITE公司的IT8705F、 IT8703F，ASUS公司的AS99172F（此芯片能同时对三组系统风扇和三组系统温度进行监控）等。
　　由于主板是电脑中各种设备的连接载体，而这些设备的各不相同的，而且主板本身也有芯片组，各种I/O控制芯片，扩展插槽，扩展接口，电源插座等元器件，因此制定一个标准以协调各种设备的关系是必须的。所谓主板结构就是根据主板上各元器件的布局排列方式，尺寸大小，形状，所使用的电源规格等制定出的通用标准，所有主板厂商都必须遵循。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。
　　硬盘接口：硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件，作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据。不同的硬盘接口决定着硬盘与计算机之间的连接速度，在整个系统中，硬盘接口的优劣直接影响着程序运行快慢和系统性能好坏。从整体的角度上，硬盘接口分为IDE、SATA、SCSI和光纤通道四种，IDE接口硬盘多用于家用产品中，也部分应用于服务器，SCSI接口的硬盘则主要应用于服务器市场，而光纤通道只在高端服务器上，价格昂贵。SATA是种新生的硬盘接口类型，还正出于市场普及阶段，在家用市场中有着广泛的前景。在IDE和SCSI的大类别下，又可以分出多种具体的接口类型，又各自拥有不同的技术规范，具备不同的传输速度，比如ATA100和SATA；Ultra160 SCSI和Ultra320 SCSI都代表着一种具体的硬盘接口，各自的速度差异也较大。
　　显示芯片：显示芯片是指主板所板载的显示芯片，有显示芯片的主板不需要独立显卡就能实现普通的显示功能，以满足一般的家庭娱乐和商业应用，节省用户购买显卡的开支。板载显示芯片可以分为两种类型：整合到北桥芯片内部的显示芯片以及板载的独立显示芯片，市场中大多数板载显示芯片的主板都是前者，如常见的865G/845GE主板等；而后者则比较少见，例如精英的"游戏悍将"系列主板，板载SIS的Xabre 200独立显示芯片，并有64MB的独立显存。主板板载显示芯片的历史已经非常悠久了，从较早期VIA的MVP4芯片组到后来英特尔的810系列，815 系列，845GL/845G/845GV/845GE，865G/865GV以及即将推出的910GL/915G/915GL/915GV等芯片组都整合了显示芯片。而英特尔也正是依靠了整合的显示芯片，才占据了图形芯片市场的较大份额。目前各大主板芯片组厂商都有整合显示芯片的主板产品，而所有的主板厂商也都有对应的整合型主板。英特尔平台方面整合芯片组的厂商有英特尔，VIA，SIS，ATI等，AMD平台方面整合芯片组的厂商有 VIA，SIS，NVIDIA等等。