电脑主机板的工作原理介绍

1电脑主机板的工作原理介绍1.1电脑主机板的组成目前ATX型主机板的结构组成基本相似，主板上的元器件主要有：CPU插座，内存插槽，总线扩展槽，芯片组，软、硬盘接口，外设接口，电源接口,CMOS电池,BIOS芯片等，如下图：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，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。21.2电脑主机板芯片组介绍1.2.1目前主机板芯片厂家主要有:intel,VIA,SIS,nvidia,Ati等.电脑主机板常见的芯片有:intel北桥系列有:intel82810E;intel82815EP;intel82845;intel82845D;intel82845E;intel82845G;intel82865PE;intel875P;intel915P;intel925P;intel955.Intel南桥系列有Intel82801BA；Intel82801AA；Intel82801DB；Intel82801EB；Intel82801FR；IntelICH7R等。VIA北桥系列有:P4M266;PM800;PT890;PT890PRO;PT894;PT894pro;KT133;KT600;KM400A;k8t890;KT890pro等。VIA南桥系列有VIA686A;686B;8233;8233A;8235;8235CE;8237;8237R8251等。SIS系列有:SIS620;SIS645等。nvidia北桥系列有:Nforce2;:Nforce3;Nforce4等。Nvidia南桥系列有:MCP,MCP-T等。Ati北桥系列有:RS350;RS350;RC300L;RS400等。Ati南桥系列有:IXP150;IXP200;IXP250;IXP300;IXP310;IXP400;IXP450;IXP500.等.1.2.2电脑主机板芯片组功能和信号说明芯片组是主机板的灵魂与核心,芯片组性能的优劣,决定了主机板性能的好坏与级别的高低.芯片组一般由两个大的芯片组成,这两个芯片就是人们常说的南桥和北桥.南桥,北桥得名与芯片在主板上的位置,北桥芯片位于CPU插座与AGP插槽的中间,其芯片体型较大,由于其工作强度高,发热量大,因此一般在该芯片的上面覆盖一个散热片或者散热风扇.南桥芯片一般位于主机板的下方,PCI插槽的附近.北桥芯片主要负责联系CPU和控制内存,它提供对CPU类型,主频,内存类型及容量,PCI,AGP插槽等硬件设备的支持.南桥主要负责支持键盘控制器,USB接口,实时钟控制器,数据传递方式和高级电源管理,南桥芯片损坏后的现象也多为不亮,某些外围设备不能用.南北桥损坏后,焊接又比较特殊,取下和焊接都需要专门的BGA拆焊机器.1.2电脑主机板架构体系31.2.1南北桥架构体系（图一）CPU北桥南桥I/OCPU核心供电电压时钟控制TV－outDIMMUSB2.01394LANPCI×1PCI×2PCI×3PCI×5VGAAGPIDES－ATAAC′97BIOSK/BMouseFDDCOM口GAME口LPT口PCI×4BUSPCIBUS41.2.2中心架构体系PCIEXPRESSX1ATA-133SATA150USB2.0BUS（图二）CPUAMDK8Athlon64939POWRESUPPLYVCOREDDRSLOT4PcsNFORCE4-4CHIPSETK804PBGA740PINPCIEXPRESSX162PCI-EX14SATAPORT10PORTUSB2.02IDE3PCISLOTGBITLANPHY10/100/1GAC977.1CODECRJ-45AUDIOLPCSUPERI/OITE87124MBFLASHROMPS/2K/BMOUSEHARDWAREMONITERFLOPPYPSRSLLELPORTSEARIALPORTFANCONTROLL5第二章电脑主机板各模块的工作原理2.1CPU在主机板上的供电电压及电路CPU是计算机的心脏,CPU核心供电电压是CPU稳定工作的基石.随着晶体管的加工工艺的进步,CPU核心工作电电流也越来越大,现在主流CPU的工作电压一般在1.1V-1.8V之间,最大工作电流已达到50A以上.导致了单相供电不能满足CPU这种低电压,大电流的需求,必须设计成多相供电来应付.DC的转换有两种途径(1)线性调节;(2)开关稳压调节.CPU的供电电路一般采取第二种供电模式.它的工作原理如下所示:CPU主供电(Vccp)+5V或+12VVID电压识别电压反馈该电路的工作过程如下:主机板通电后,ATX电源给主电源控制IC提供PG信号和+5V,+12V供电.主电源控制IC启动内部电路自动侦测VID0-VID45个引脚,通过侦测到的这5个引脚对地短路的方式的不同,决定输出多高的电压.主电源控制IC内部根据该电压输出相应的调宽脉冲信号,该信号被从电源IC驱动后出控制开关场效应管的导通,截止时间.+12V电压经电感和电容组成的LC滤波电路后与开关管组成开关电路,从而输出相应的CPU核心工作电压.该电压再经电感和电容组成LC滤波电路后就可以直接提供给CPU使用了.因为主电源控制IC输出的是调宽脉冲来控制电压的输出,所以CPU这种供电电路称为PWM（PulsewidthModulation）电路,其特点是转换效率高,响应速度快.为了保证CPU供电电压的稳定与安全，还在CPU电路上附加了反馈取样电路，有的还采用了过压，过流等保护电路。反馈取样电路主要是为了保证CPU电压的稳定，它主要通过CPU的额定电压相比较，过高则减少调宽脉冲的脉冲平顶，过低则增加调宽脉冲的脉冲平顶来调整开关场效应管的导通，截止时间，达到恒压的目的。过流，过压电路主要是为了保护CPU在电流过大或电压过高时，不被损坏而设计的。在电脑主机板上CPU的核心工作电压一般除了提供给CPU外，还会提供给主机板的北桥和南桥两个部分。CPU电源管理芯片场效应管电感线圈电解电容基准电压振荡62.2CPUSocket的分类及CPU接口的主要信号2.2.1常见的CPUSocket主要有以下几种:Slot1;slot2;Socket7;Socket370;Socket423;Socket478;Lga775;Socket754;Socket939;Socket940等2.2.2CPUSocket主要是与主机板的PCB连接的CPU接口,它有以下几种信号及其作用:供电,复位,时钟,控制信号,地址信号,数据信号等.2.2.3CPU的复位信号是在CPU工作之前给CPU置零的一种电压信号,没有该信号,CPU就不能正常启动工作了,一般该信号在开机的瞬间有一个电平从低到高的变化.2.2.4时钟控制信号是控制整台计算机正常有序工作的前提,没有该信号,计算机就没有指令,会动作错乱,没有规律,或者根本不听指挥.2.2.5地址信号是CPU对数据进行处理和调用并寻找该数据的依据,,2.2.6数据信号就是CPU要处理和调用并寻找该数据的依据资料.2.2.7控制信号是控制CPU按照用户意图进行工作的指令.72.3北桥模块的工作原理北桥的英文简称为GMCH(GraphicsMemoryControiHub)j即图象,内存控制集线器,它的主要作用是与CPU,内存条,南桥,AGP显示卡等进行数据交换,是一个数据传输通道.北桥的连接方框图是:2.3.2北桥与各连接模块的关系及关键信号北桥的供电电压一般有两组或三组,一组由CPU的供电电压提供,它直接取自CPU核心电压;一组是AGP模块的供电电压,它是给AGP模块工作时提供的供电电压.一组是本身的供电电压,一般为1.5V左右.如下图:输入电压输出电压基准电压南桥AGP图形处理内存插槽VGA接口PCIETV-OUTCPU时钟控制北桥电压转换场效应管82.4时钟控制模块的工作原理2.4.1时钟控制的工作方框图时钟控制IC输出的各种频率是由14.318MHZ晶振提供的基准振荡频率进行分频和倍频得到的,然后传送到主机板上的各个设备,让各个设备可以正常地运行.现时钟生产厂商有如下几种:RTM,ICS,CY等.主机板时钟常见的型号有:(1)ICS系列:950213AF,93725AF,950228BF,952607EF等.(2)其它系列:W211BH;W83194BR,RTM560;RTM360等.注:只有VIA的芯片组才会用次时钟IC为内存提供时钟信号,其它的都好似由北桥为内存提供时钟信号.2.4.2时钟控制的主要信号(1)CPU的频率:随CPU外频的不同输出不同的频率,如:100MHZ,133MHZ,166MHZ,200MHZ等.(2)14.318MHZ晶振:输出基准14.318MHZ频率.(3)北桥控制时钟IC正常工作.与时钟IC相互关联的关系.(4)输出AGP图形卡需要的66MHZ时钟频率.(5)一般情况下输出33MHZ的PCIBUS时钟.(6)输出南桥需要的33MHZ,24MHZ时钟和控制USB的48MHZ的专用时钟频率.(7)输出BIOS需要的33MHZ的工作时钟.(8)输出I/O需要的33MHZ,24MHZ或100MHZ工作时钟频率.(9)输出AC’97IC需要的24.576MHZ时钟(有的则不需要时钟控制IC供给,由自身24.576MHZ晶振提供)(10)输出PCIE设备需要的100MHZ时钟频率.内存AC’97I/OIC南桥次时钟IC主时钟控制ICPCIECPU北桥AGPPCIBUSBIOSPCI1PCI2PCI3PCI4PCI51394LAN9(11)输出内存需要的时钟,依据芯片组不同,内存不同输出不同的工作时钟频率,一般VIA芯片组是由次时钟IC提供时钟频率的.102.5内存模块的工作原理2.5.1内存模块的连接方框图地址线数据线时钟线图3-4内存工作模快的连接方框图2.5.2内存的供电电压,供电电路及主要信号内存的电压有两种,一种是内存的主供电电压,它的电压与CPU一样,也是越来越低,如30PIN与72PIN内存供电电压为+5V.168PINSDRAM内存为3.3V,184PINDDRI是2.5-2.7V,240PINDDRII则下降为1.8V左右.它的另一种电压是VTT电压,该电压为内存主供电电压的一半,主要作用是提升电压,用来稳定信号.内存插槽上的主要的信号有:如DDR内存的主要引脚定义如下:(1)RAS:行地址选通；(2)PDO:存在检验位.；(3)IOE:写允许；(4)CAS:列地址选通；(5)ADDRESS:地址信号线；(6)BSO:块选择；(7)CLOCK:时钟控制信号；(8)PDQ:奇偶校验数据位.；(9)DATA:数据信号线.主流DDRI的数据线连接图如下:VTT电压上图是内存插槽和内存条的实物图现在一般主流的DDRI的内存插槽上面都会有6个时钟信号,它们的引脚分别是A16,A17,A75,A76,B45,B46(16,17;75,76;137,138),复位信号脚为A10.北桥芯片内存插槽模组内存供电从时钟IC电阻内存插槽电阻北桥芯片112.6AGP图形显示模块的工作原理AGP的英文全称是(AcceleratedGraphicsPort),中文意思是图形加速处理端口.AGP的前身是PCIBUS,AGP显示卡直接与北桥进行数据处理与传输,大大提高了图形显示的效果与速度.AGP的发展大致经历了3个阶段,即AGP1.0,AGP