主機板架構簡介

1、主機板架構簡介,Steven YuCMMSG R&D2005.03.16,直觀的主板架構圖,,,,,,,266MB/s,,1.06GB/s,3.2GB/s,1.06GB/s,1.6GB/sor2.1GB/s,FlashBIOS,,Hi-Speed USB6 ports, 480Mb/s,,Debug PortLegacy-free support,,,,VGA,,,,,,,,,,,,Mux’edDVO,,LPC

2、I/F,All brand names, trademarks or registered trademarks belongs to their respective companies.,,主機板電路圖中的架構劃分,主板元件之間的連接,,主板元件之間是通過“信號”聯系起來的,“信號” 在主板外觀上指直接表現為：,SMT pad:,元件針腳:,BGA 球:,PCB 走線:,主板架構認識,CPU,,BIOS,,Memory,,ICH4,

3、,SIO,,,,,,,,,MCH,,,,,,,,,,,LAN(NIC),,Audio,,PCI slot,,,,,,,,,,VRD,,IDE,,,,,,主板各功能模塊介紹---晶片組,芯片組（Chipset）：是構成主板電路的核心。一定意義上講，它決定了主板的級別和檔次。它就是“南橋”和“北橋”的統(tǒng)稱，就是把以前復雜的電路和元件最大限度地集成在幾顆芯片內的芯片組。 北橋：就是主板上離CPU最近的一塊芯片，負責與CPU的聯系并控制內存

4、、AGP、PCI數據在北橋內部傳輸。 南橋：主板上的一塊芯片，主要負責I/O接口以及IDE設備的控制等。 GMCH（graphics memory controller hub）：內存控制器中心，負責連接CPU，AGP總線和內存。 ICH（I/O controller hub）：輸入/輸出控制器中心，負責連接PCI總線，IDE設備，I/O設備等。,何謂晶片組?,Chipset feature & Comparison

5、,主板各功能模塊介紹---CPU,CPU(Central Processing Unit:中央處理器）：通常也稱為微處理器。它被人們稱為電腦的心臟。它實際上是一個電子元件，它的內部由幾百萬個晶體管組成的，可分為控制單元、邏輯單元和存儲單元三大部分。其工作原理為：控制單元把輸入的指令調動分配后，送到邏輯單元進行處理再形成數據，然后存儲到儲存器里，最后等著交給應用程序使用。,,主板各功能模塊介紹---CPU,CPU完成一個指令所需的時間稱為

6、運行週期，而一個運行週期，則需要數個時鐘週期才能完成。如果完成一個指令需要5 clocks，且該CPU頻率為500MHz，則指令速度為500/5=100MIPS (百萬個位元組/每秒),主頻：CPU內部的時鐘頻率，是CPU進行運算時的工作頻率。一般來說，主頻越高，一個時鐘周期里完成的指令數也越多，CPU的運算速度也就越快。但由于內部結構不同，并非所有時鐘頻率相同的CPU性能一樣。外頻：即系統(tǒng)總線，CPU與周邊設備傳輸數據的頻率，具體是

7、指CPU到芯片組之間的總線速度。倍頻：原先并沒有倍頻概念，CPU的主頻和系統(tǒng)總線的速度是一樣的，但CPU的速度越來越快，倍頻技術也就應允而生。它可使系統(tǒng)總線工作在相對較低的頻率上，而CPU速度可以通過倍頻來無限提升。那么CPU主頻的計算方式變?yōu)椋褐黝l = 外頻 x 倍頻。也就是倍頻是指CPU和系統(tǒng)總線之間相差的倍數，當外頻不變時，提高倍頻，CPU主頻也就越高。,EX: Pentium4 3.06G的FSB為533MHZ,主頻是3060

8、MHZ,其外頻為133MHZ, 倍頻係數為3060/133=23,EX: Pentium III 800/100,主頻是800MHZ,外頻是100MHZ, 倍頻係數為800/100=8,主板各功能模塊介紹---Memory,SDRAM， 即 Synchronous DRAM （ 同 步 動 態(tài) 隨 機 存 儲 器 ） ，它 是 同 步 的 ， 也 就 是 其 工 作 速 度 與 系 統(tǒng) 總 線 速 度 是 同 步

9、的 。記 憶 體 被 定 為 是 PC100 或 PC133 由 其 所 工 作 的 系 統(tǒng) 總 線 為 100MHz 或 133MHz 而 產 生 的 ； 理 論 上 PC100 記 憶 體 具 有 800MBps 的 記 憶 體 子 系 統(tǒng) 帶 寬 。 如 果 記 憶 體 是 PC133 型 的 ， 那 麼 記 憶 體 帶 寬 將 具 有 1.1GBps 或 1100MBps。,DDR SDRAM（ 雙 數 據 速 度 SDRAM

10、 ） ， 這 是 採 用 了 最 新 的 記 憶 體 技 術 而 推 出 的 產 品 。 DDR 記 憶 體 可 提 供 雙 倍 於 SDRAM 的 速 度 ， 這 樣 也 將 帶 來 雙 倍 的 性 能 。 與 SDRAM 一 樣 ， DDR 也 是 與 系 統(tǒng) 總 線 時 鐘 同 步 的 ， 不 同 點 在 於 DDR 在 信 號 的 上 升 沿 與 下 降 沿 時 都 進 行 數 據 處 理 與 傳 輸 ， 而 SDRAM 只 在

11、 信 號 的 上 升 沿 對 讀 取 數 據 ， 因 此 DDR 的 速 度 是 SDRAM 的 雙 倍 。 因 此 133MHz 的 DDR 記 憶 體 其 性 能 就 相 當 於 266MHz 的 SDRAM 記 憶 體 。,DRDRAM (Direct Rambus DRAM)是Rambus公司的專有技術，它與傳統(tǒng)的DRAM的區(qū)別在於引腳定義會隨命令而變，同一組引腳線可以被定義成地址，也可以被定義城控制線，其引腳數僅為正常DRAM

12、的1/3 。此種晶片可以支持400MHZ的外頻，再利用上升沿與下降沿兩次傳輸數據，可以使數據傳輸率達到800MHZ。由於DRDRAM這種內存速度快，發(fā)熱量大，所以在內存經騙上還加有帶金屬鋁的散熱片,目前市場上主流的雙通道DDR,所謂雙通道DDR，簡單來說，就是芯片組可以在兩個不同的數據通道上分別尋址、讀取數據。這兩個相互獨立工作的內存通道是依附于兩個獨立并行工作的，位寬為64-bit的內存控制器下，因此使普通的DDR內存可以達到128

13、-bit的位寬，如果是DDR333的話，雙通道技術可以使其達到DDR667的效果，內存帶寬陡增一倍。 雙通道技術是一種關系到主板芯片組的技術，與內存自身無關，只要廠商在芯片內部整合兩個內存控制器，就可以構成雙通道DDR系統(tǒng)。而主板廠商只需要按照內存通道將DIMM分為Channel 1與Channel 2，用戶也需要成雙成對地插入內存，就如同RDRAM那樣。如果只插單根內存，那么兩個內存控制器中只會工作一個，也就沒有了雙通

14、道的效果。,128M,128M,,,單通道,128M,128M,,雙通道,,主板各功能模塊介紹---Memory,DDR 數據傳輸帶寬=時鐘頻率 (MHZ) X數據總線寬 X 2雙通道DDR 數據傳輸帶寬=時鐘頻率 (MHZ) X數據總線寬 X 2 X2,主板各功能模塊介紹---AGP,AGP（Accelerated Graphics Port）加速圖形端口是Intel為了提高圖形和視頻性能而設計的高帶寬總線規(guī)范，它雖然是基于PCI總

15、線設計，但是在電器特性、邏輯上都獨立于PCI總線。它們有相似的地方也有不同的地方，比如PCI總線可以連接多個PCI設備，而AGP總線僅僅是為了AGP接口的顯卡準備的。通常為棕色，比PCI插槽短一些,此類型的匯流排是 64 bit 的資料寬度，具有高達 66 MHz 的頻率，理論上最高的傳輸速率可以達到 503.54 MB/Sec。而現在使用的 PCI Bus 則是具有 32 bit 資料寬度、33 MHz，最高 125.88 MB/Se

16、c 的效率。兩者比較起來，AGP 的效率是 PCI 的四倍。,AGP Pro,所謂的“AGP Pro”插槽就是“加長型”的AGP插槽,是針對高階桌上型電腦、或專業(yè)繪圖工作站電腦所設計的，其作用只有一個：提供AGP顯示卡更大的供電電源. AGP Pro也已經提出一段時間，其v1.1版規(guī)格于1999年4月提出，而稍后于4個月后又追加一些規(guī)格描述補充，于1999年8月提出v1.1a版。 在原來只有AGP插槽時，只能給AG

17、P顯示卡提供25W的供電，而使用了AGP Pro插槽后，AGP Pro可以提供50W與110W的供電(含原先AGP所提供的25W)，供電50W的稱為AGP Pro50，供電110W的稱為AGPPro110。,主板各功能模塊介紹---PCI,PCI (Peripheral Component Interconnect:外部設備互連）：一個連接外部、內部設備的I/O總線。屬于局部總線，是由PCI集團90年代推出的總線結構。,主板各功能模

18、塊介紹---PCI,PCI Express： 是第三代I/O體系結構，ISA和PCI分別為第一代和第二代體系結構。作為一種高速串行I/O互連，PCI Express開始即可提供每秒2.5G的速率。它支持多種寬度(數據“通道”從1到32)，并能夠擴充到銅線的極限。PCI Express將統(tǒng)一針對臺式電腦、移動式電腦、服務器、通信平臺、工作站和嵌入設備的I/O體系結構，并兼容PCI和USB連接類型。 現在已顯得老邁的PC

19、I是一個連接外部、內部設備的I/O總線，與90年代誕生，對于現在越來越多、越來越快的I/O操作已經有些力不從心了。這在幾年前就表現了出來。高性能的顯卡在五年前就襯托出PCI總線的蒼白，并宣告了AGP的誕生。在90年代末，服務器和工作站中的高速硬盤和網絡適配器就轉移到了66Mz/64位PCI總線上，現在更是用上了PCI-X和PCI 2.0。目前南橋和北橋之間的互連也比PCI總線要快的多，Intel的800系列芯片組使用的就是HubLink

20、互連。目前的芯片組集成了EIDE、USB（或是USB 2.0）以及10/100網卡，而不再通過PCI總線。我們的系統(tǒng)機箱里實際上是一個互連的大雜燴。為了更大的帶寬需求加上如今的PCI瓶頸，業(yè)界需要一個標準化的高速的PCI技術來取代老的。,,,,PCI-E,PCI-X,PCI,主板各功能模塊介紹----ATA&SATA,IDE.EIDE接口：IDE(Integrated Device Electronics)：一種磁盤驅動器的接口

21、類型，也稱為ATA(Advanced Technology Attachment)接口。是由Compag和Conner共同開發(fā)并由Western Digital公司生產的控制器接口，現已作為一種接口標準被廣泛的應用。它最多可連接兩個IDE接口設備，控制線和數據線合用一根40芯的扁平電纜與硬盤接口卡連接。ATA接口發(fā)展到今，細分可以分成ATA-1（IDE）、ATA-2（EIDE Enhanced IDE/Fast ATA）、ATA-3（

22、FastATA-2）、Ultra ATA、Ultra ATA/33、Ultra ATA/66、Ultra ATA/100及Serial ATA。,Parallel ATA規(guī)范數據傳輸率,主板各功能模塊介紹---ATA&SATA,技術特征 第一代 第二代 第三代 近似速度(8B) 1.2GBits/s

23、 2.4GBits/s 4.8GBits/s 近似速度(10B) 1.5GBits/s 3.0GBits/s 6.0GBits/s 估計推介日期 2001年年中 2004年年中 2007年年中 接口組件 連接電纜

24、 (0-1米) 與第一代一樣 未定,可能會所有更新,Serial ATA中文直譯過來也就是串行ATA，它與目前廣泛采用的ATA/100或ATA/133等接口最根本的不同在于，以前硬盤所有的ATA接口類型都是采用并行方式進行數據通信，因而統(tǒng)稱并行ATA。而Serial ATA，顧名思義，也就是采用串行方式進行數據傳輸,主板各功能模塊介紹---ATA&SATA,Parallel ATA V

25、s. Serial ATA,主板各功能模塊介紹---SATA,主板各功能模塊介紹 --- DVI,DVI (Digital Visual Interface) 是一種連接顯卡系統(tǒng)和顯示設備的標準，特別是純數碼顯示設備，比如LCD等。由數字顯示工作組 (DDWG) 開發(fā)，可提供計算設備（例如圖形卡）與顯示設備之間的低成本連接，同時也是用于數字臺式計算機顯示器和投影儀的標準連接器。數字圖像信息就會被直接傳送到顯示設備上，由于沒有D/A和A/

26、D轉換過程，避免了圖像細節(jié)的丟失，從而保證計算機生成的圖像真實和完整性，而且D/D的數字信號直接傳輸，減少了與模擬信號的轉換周折，使液晶響應的速度也更快，更流暢 他將是VGA的取代者。,主板各功能模塊介紹---DVI,主板各功能模塊介紹--- USB,USB是英文Universal Serial Bus的縮寫，中文含義是“通用串行總線”。它是一種應用在PC領域的新型接口技術。早在1995年，就已經有PC機帶有USB接

27、口了，但由于缺乏軟件及硬件設備的支持，這些PC機的USB接口都閑置未用。1998年后，隨著微軟在Windows 98中內置了對USB接口的支持模塊，加上USB設備的日漸增多，USB接口才逐步走進了實用階段。,主板各功能模塊介紹---IEEE 1394,IEEE1394 是一種高速序列匯流排的定義標準。 起源于Apple1986年命名的 FireWire，1995年由IEEE 發(fā)佈，稱為IEEE1394，Sony及TI 再次宣佈另

28、一種規(guī)格為IEEE 1394a ，Sony稱它為 i.Link，以上所有的名稱皆代表同一樣技術，不過以 IEEE1394 (或僅 1394) 這個名稱較為常用。 IEEE1394 提供隨插即用的功能，其連接線有6芯線，其中包擴2條電源線和兩對雙絞線，當系統(tǒng)設備斷電或損壞時，整個網絡可以運作，能保持結構完整，IEEE1394設備不需外接電源，自身可提供40伏特(VOLT)1.5安培的電流,適用於消費性電子聲訊 / 視訊 (A/V)

29、 產品、儲存週邊及可攜式裝置。 配置 1394 的電腦將可提供: 1.高速通訊。該標準的IEEE-1394A規(guī)範可支持100、200、400Mbps的速率。隨著標準的不斷發(fā)展，下一代規(guī)範IEEE-1394B將可支持高於800Mbps/1.2Gbps/3.2Gbps的速率 2.自我組態(tài)定址。使用者不需要設定位址切換。不會發(fā)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,主板各功能模塊介紹---IEEE

30、1394,傳輸介面的效能與周邊搭配比較表,雖然現在已經有新的IEEE 1394b規(guī)格，傳輸速度是每秒1GB，但是IEEE 1394b的晶片成本較高，目前只有一家在做（TI，德州儀器），加上各大資訊廠商對IEEE 1394的行銷方式並不相同，例如在Mac上它叫Firewire，在SONY的產品上叫iLINK，加上現在的USB 2.0速度較快，成本又較便宜，造成IEEE 1394無法獲得晶片組廠商青睞，將逐漸被USB 2.0取代。,主板各功

31、能模塊介紹--- AC’97,1996年6月，以Intel為首的五個PC廠商Intel、Creative Labs、NS、Analog Device與Yamaha共同提出了Audio Codec’97（簡稱AC’97，意為“音效多媒體數字信號編／解碼器”）的規(guī)格標準。最大的創(chuàng)新就是“雙芯片”結構，使ADC（Analog－to－Digital Conversion，模擬轉數字）與 DAC（Digital－to－Analog Convers

32、ion，數字轉模擬）的轉換盡可能地脫離系統(tǒng)，這樣就可以避免大部分數字/模擬信號轉換時所產生的雜波，從而得到較好的音效品質。AC '97是Audio Codec '97的縮寫，它所定義的是一種在主流PC中實現音頻特性的方法，后來又擴展了實現Modem的功能。AC '97利用核心芯片組的功能和外圍的模擬設備共同實現音頻卡/Modem的功能。目前主要有三種AC '97設備： Audio Codec，通?？s寫

33、為AC '97或AC； Modem Codec，通?？s寫為MC '97或MC； Audio/Modem合成Codec，通?？s寫為AMC '97或AMC。,主板各功能模塊介紹--- AC’97,人們常常把AC’97作為聲卡的代名詞，其實這完全是個認識上的誤區(qū)。目前所有的聲卡都支持了AC’97。并不是單純地特指主板上集成的軟聲卡。而AC’97軟聲卡就是另一個概念了。它只是一片基于AC’97的CODEC芯片，不含數