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X86主板架构及硬件系统介绍By:李军华赵丽2007.9ATX主板系统框图ATX机箱框图名词►HyperthreadingTechnology超线程技术：通过软件的手段模拟出双个逻辑内核进行工作，运行效果尽量接近两个物理核心的性能►FSB:(FrontSideBus)前端总线►GMCH:(GraphicsandMemoryControllerHub)图形和内存控制中心►MCH:(MemoryControllerHub)内存控制中心►ICH:(I/OControllerHub)I/O控制中心►ACPI:(AdvancedConfigurationandPowerInterface)高级配置与电源接口►EthernetMediaAccessControl(MAC)►physicallayer(PHY)GlobalSystemStates系统状态►Applytotheentiresystemandarevisibletotheuser►G0:Working(SystemOperational)工作►G1:Sleeping-nouserthreads,systemlooksoff睡眠►G2/S2-SoftOff软关机–Nousermodeorsystemmodeisrunning–Longlatencytoreturntoworkingstate►S4:NonVolatileSleep(SpecialCase)–Savetofileentiremachinestate►G3:Mechanicaloff(Physicaloffswitch)机械关机SleepingStates睡眠状态►S0:systemWorking系统工作►S1:LowLatencySleepingState–ProcessorContextMaintained►S2:LowLatencySleepingState–ProcessorContextNotMaintained►S3:LowLatencySleepingState–DRAMstillmaintained挂起suspendtoDRAM►S4:Lowestpowerlongestwake-up–DRAMnotmaintained–SavetoFile挂起suspendtodisk磁盘►S5:SoftOffState软关机►S1—S4是4种不同的休眠状态ProcessorPowerStates处理器的状态►C0:Fullpower,instructionsexecute处理器工作►C1:Processorstopped处理器停止►C2:Processorstopped,lesspowerthanC1处理器停止，比c1省电►C3:Processorstopped,cachesignoresnoops处理器停止SystemPowerStatesG3-MechOffLegacyWakeEventC0G0(S0)-WorkingG1-SleepingS4S3S2S1PowerFailureG2(S5)-SoftOffD0D1D2D3ModemD0D1D2D3HDDD0D1D2D3CDROMC1C2C3CPUC0BIOSRoutineACPI超级电源管理---系统状态图ProcessorpowerstatecontrolACPI超级电源管理---处理器状态图CPU►Intel的产品分为台式、移动和服务器三大块，他们的命名方式有点区别，移动的一般会带“M”这个字母，工控机主要用低功耗移动这一快►最新的CPU（Tigerton）有4个内核，多核指的是将多个物理上独立的CPU内核集成在一个基片上，如：PentiumD集成了2个Pentium4的处理器►Intel的超线程技术是一种多核心虚拟的技术，不仅CPU要支持，BIOS和操作系统也要支持，注意win2000不支持HT技术►945GM支持Merom/Yonah处理器，主板支持的处理器不能只看封装，上面的处理器都是移动平台使用的，celeronM370和PentiumM目前我们的945GM主板是不支持的VCORE►VCORE是CPU的核心电源，不同的CPU主频不一样，工作电压也不一样，intel的CPUVCORE有好多标准，945GM平台CPUVCORE的标准叫IMVP6►下面简单介绍一下VCORE的控制原理►CPU输出一组VID值给电源控制芯片►电源控制芯片2相输出►通过反馈电路来控制输出的电压►电压值由VID来确定VCOR电源控制ICVCORE12VUGDG12VUGDG反馈电路VID一相一相北桥►北桥主要集成了内存控制器和显卡。►集成显卡支持TV-Out、LVDS、CRT和SDVO►915系列及之后命名规则：–P是主流版本，无集成显卡，支持当时主流的FSB和内存，支持PCI-EX16插槽。–PL相对于P则是简化版本，在支持的FSB和内存上有所缩水，无集成显卡，但同样支持PCI-EX16。–G是主流的集成显卡芯片组，而且支持PCI-EX16插槽，其余参数与P类似。–GV和GL则是集成显卡的简化版芯片组，并不支持PCI-EX16插槽，其余参数GV则与G相同，GL则有所缩水。–X和XE相对于P则是增强版本，无集成显卡，支持PCI-EX16插槽。–M为Mobile。南桥►INTEL南桥命名规则–INTEL南桥ICH的编号都是82801，–其后的第一个字母代表第几代晶片，如82801Gx就是ICH7系列，第二个字母B为Base、不支持RAID，R代表支持RAID，M表示mobile，–新近的ICH7南桥分为ICH7DE、ICH7DH、ICH7DO三个版本，D是digital,结尾的字母分别代表Enterprise、Home和Office。SUPERIO►SUPERIO集成了键盘鼠标接口，串口，软驱接口，并口以及一些硬件监控的电路BIOS►BIOSBasicInput/OutputSystem，基本输入输出系统,我说的BIOS是指烧写在eeprom中引导系统启动和对硬件作初始化的一段代码。►BIOS程序很复杂，一般的人或公司是没有实力写出来的，代码的来源主要有2家：AMI和AWARD►Intel主板上的BIOS有2种接口–LPC（LowPinCount）也叫Firmware–SPI►系统启动时从哪个接口开始引导，是由硬件的StripPin来设定►BIOSpostcode是一些诊断代码，BIOS在引导过程中会向80端口发送一些特定的代码，这些代码对调试很有用，调试的时候手上有一张数码卡是很必须的VCC3_3R2931005%LPC_AD0LPC_AD1PLT_RST-6,16,29LPC_AD016,29,32FWH_WP-16FWH_INT-15BIOS1SST49LF004A,PLCC1234567891011121314151617181920212223242526272829303132VPPRST#FGPI3FGPI2FGPI1FGPI0WP#TBL#ID3ID2ID1ID0FWH0FWH1FWH2GNDFWH3RFURFURFURFURFUFWH4INIT#VCCGNDVCCAGNDAICFGPI4CLKVCCR297225%LPC_AD2LPC_AD116,29,32FirmWareHub(FWH)SocketP66DET1C2730.1UF16VVCC3_3FWH_GPI_PDR29210K1%CLK_PCI_FWHLPC_FRAME-R2941K1%LPC_AD316,29,32LPC_FRAME-16,29,32PLT_RST_DLPC_AD216,29,321C2740.1UF16V1C2750.1UF16VLPC_AD3R29610K1%CLK_PCI_FWH18VCC3_3FWH_INIT-FWHR303225%系统时钟►CPU输出BSEL[0：3]告诉北桥和时钟IC其前端总线FSB的频率►CLOCKIC由此产生相应的频率供给CPU和北桥，我们可以查看时钟IC的频率表来核查各路时钟是否正确CPUGMCHCK-410MBSEL0BSEL1BSEL2133MHBSEL[2]FSBFrequencySelect:BSEL[0]LCPUDRIVENRESERVEDRESERVEDBCLKfrequenceLLHL166MCPUHLLHBSEL[1]LLFSAFSBFSC2K2K2KICS954201的频率表ATX电源►早期的AT计算机，插上电源就开机，关机时必须把电源切断►ATX是在AT的基础上发展起来的，可以通过系统主板来控制电源。没开机时ATX电源只有5VSB输出，将PS_ON信号拉底后，主电源就会打开，电源稳定后，输出PWR_OK信号，这个信号电源内部有上拉+5VSUS-5VR51K,5%NC+22UFCE4R31K,5%+3.3V-12VATXPWROK6,12+5V123Q2MMBT3904NC+5VSUS-THERM16,20+5VATXPWROK+12V123Q1MMBT3904R21K,5%CM11UFGNDGNDGNDGNDGND3_3V-12VGNDPS_0N-5V5V5V12V5VSBPW_OKGND5V5V3_3V3_3VCN1ATX1112131415161718192012345678910R40,5%-SUSB6,16-PWRON6,12R14.7K,5%/51K+1000uF/6.3VCE2+1000uF/6.3VCE3NC►注：BTX,以及服务器中用得1U电源，2U电源，以及冗余电源都是从ATX电源发展出来的，他们的电源插座大同小异开机时序（南桥手册中的）①插上ATX电源未开机时系统由SB电源供电②RSMRST复位信号，在SB电源准备好后一段时间内保持有效③RSMRST复位后这几个信号就会依次发出④开机：各路电源输出达到稳定⑤电源稳定后，开机控制逻辑给南桥一个pwrok信号⑥南桥接收到pwrok信号后大约1ms后发出系统复位信号RTC电路►RTC是系统的时实时钟，断电时由电池供电，插上电源和开机之后就由VCC3.3VSB供电，该电路是保持CMOS的一些设定值，包括系统的时钟►图中R197必须是1k1%的电阻，测量其压降可以大致估算出电池的使用寿命►这部分电路的用电量很小，大概是几个毫安1C1911uF10V1C1901uF10VNormalBAT1BATHolderR1971K1%OpenD3RB751V40T1ON12CMOSVCC3_3SBClearCMOSCMOS112RTCRST-ShortVCC_RTCD4RB751V40T1ON12R18922K5%清除CMOS设置的跳冒系统开机电路►系统可以通过南桥来控制开关机----图中蓝色虚线►通常情况是采用SuperI/O来控制----图中红色虚线►开关机电路必须由Standby电源供电HardwareMonitor►SuperI/O通常集成有硬件监控，监控的原理就是将模拟信号变成数字字信号，设计时只要考虑输入信号不要超过其最大值，监控的电压较高时要用电阻分压►在CMOS设置中可以看到硬件监控的信息，如系统和cpu温度，系统电源电压，以及风扇的转速等等按差分信号走ForCPUSocketW83627DHGVref=2.048VTEMP_SENSE_SYSTEM29R11505%TemperatureSensingForCPUH_THERMDA3HM_VREF29R11605%TEMP_SENSE_CHASSIS29CPU_THERMDA29GND_HWMR11310K1%tRT110K1%ForSystem1C1663300PF50VtRT210K1%H_THERMDC3HM_VREF29R11210K1%R11430K5%GND_HWM1C1670.1UF16VR11910K1%VCC1_8_SENSE29R11810K1%R12010K1%VCC1_8R12122.1K1%VCC1_5_SENSE29VCCP_SENSE29R12210K1%VCC12_SE