电脑主机板工作原理简介

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。

1.2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; in tel82845G; intel82865PE; intel875P; intel915P; intel925P; intel955.Intel南桥系列有Intel82801BA；Intel82801AA；Intel82801DB；Intel82801EB；Intel828 01FR；IntelICH7R等。

VIA北桥系列有:P4M266;PM800;PT890;PT890PRO;PT894;PT894pro;KT133;KT600;KM 400A;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. 1.2.1南北桥架构体系CPU北桥南桥I/OCPU 核心 供电电压时钟控制TV －out DIMMUSB2.01394LAN PCI ×1PCI ×2PCI ×3 PCI ×5VGA AGPIDE S －ATA AC ′97BIOS K/B MouseFDDCOM 口GAME 口 LPT 口PCI ×4BUSPCI BUS1.2.2 中心架构体系PCI EXPRESS X1A TA-133 SATA 150USB2.0 BUS（图二）CPUAMD K8 Athlon 64 939POWRE SUPPL Y VCOREDDR SLOT 4PcsNFORCE4-4 CHIPSET K804 PBGA 740PINPCI EXPRESS X162PCI-EX1 4 SA TA PORT10 PORT USB2.0 2 IDE3 PCI SLOTGBIT LAN PHY 10/100/1GAC97 7.1 CODECRJ-45AUDIOLPC SUPER I/OITE 87124MBFLASH ROMPS/2 K/B MOUSEHARDWARE MONITERFLOPPYPSRSLLEL PORTSEARIAL PORTFAN CONTROLL第二章 电脑主机板各模块的工作原理2.1 CPU 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-VID4 5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 （Pulse width Modulation ） 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CP U 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2.2 CPU Socket 的分类及CPU 接口的主要信号2.2.1 常见的CPU Socket 主要有以下几种:Slot1;slot2;Socket7;Socket370;Socket423;So cket478;Lga775;Socket754; Socket939; Socket940等2.2.2 CPU Socket 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.2.2.3 CPU 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.2.3北桥模块的工作原理北桥的英文简称为GMCH(Graphics Memory Controi Hub)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:输入电压输出电压南 桥AGP 图形处理内存插槽VGA 接口 PCIETV-OUT CPU时钟控制北 桥电压转换场效应管基准电压2. 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 (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PCI BUS 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)内存 AC ’97I/O IC南桥次时钟主 时 钟控 制 ICPCI ECPU 北桥 AGPPCI BUSBIOSPCI1PCI2 PCI3PCI4PCI51394LAN(10) 输出PCIE 设备需要的100MHZ 时钟频率.(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.2.5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 .168PIN SDRAM 内存为 3.3V ,184PIN DDRI 是2.5-2.7V,240PIN DDRII 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2.6 AGP图形显示模块的工作原理AGP的英文全称是(Accelerated Graphics Port),中文意思是图形加速处理端口.AGP的前身是PCI BUS,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,AGP2.0,AGP3.0;AGP1.0规范由INTEL 与1996年7月发布,它以33MHZ的PCI2.1规范为基础进行了扩充和改进,它的工作频率为66MHZ,工作电压为3.3V,分为1X和2X模式,数据传输带宽分别为266MB/S和533MB/S;1998年5月11日公布了AGP 2.0规范,工作频率仍旧是66MHZ,工作电压是1.8V,工作模式为4X,它的数据传输带宽达到1066MB/S,数据传输能力大大提高.与此同时,它还发布了AGP PRO规范,该规范定义了一种比AGP 4X接口略长的接口,它兼容了AGP4X,不过AGP PRO没有得到广泛的运用,只在一些高档服务器主机板上使用.AGP3.0规范即AGP 8X模式,它的传输带宽为2.1GB/S,工作频率仍旧是66MHZ.2.6.1 AGP图形显示模块的方框图在AGP发展的同时,为了兼顾消费者的利益,AGP规范的各种插槽一般是向下兼容,即4X 插槽兼容2X插槽,8X插槽兼容4X插槽,但8X插槽不兼容2X插槽.即8X的显示卡不能插到2X 的卡槽上,不然会因电压过高烧坏显卡或损坏主机板.AGP插槽上的主要信号有:供电,复位,时钟,地址,数据信号.AGP1X,2X的供电电压为3.3V,4X的为1.8V,8X的为1.5V.AGP4X和AGP8X的复位信号在AGP卡槽的位置为A7.是在开机的瞬间给AGP显示卡提供一个复位信号,是AGP卡与置零等待工作的状态.AGP的时钟频率在AGP 1X,2X,4X,8X规范中都为66MHZ,固定不变,其位置为B7.它的地址,数据信号直接与北桥内部的AGP工作模块相连,供寻址与传输数据用.2.7南桥模块的工作原理南桥又名ICH(INPUT/OUTPUT CONTROL HUB)主要提供对K/B MOUSE(键盘鼠标控制器),RTC(实时钟控制器),USB(通用串行总线),UTRA DMA33/66/100/133 EIDE 数据传输方式和ACPI(高级电源管理)等I/O 设备的支持.南桥主要的作用就是传输数据和管理外围接口设备.2.7.1 以下是南桥的连接方框图2.7.2 南桥的供电一般有3组:一组是CPU 的核心供电电压,它直接取自CPU 的核心供电电路;二组是南桥的主供电电压,现在较主流的南桥的南桥的主供电电压为 2.5V;三组是南桥RTC 实时钟供电电压,所有的主板都采用了电池和电源供电电路,它们都为3.3V.2.8 I/O 接口的模块的工作原理北桥芯片控制模块 AGP 总线插槽 复位 时钟 北桥南桥芯片RTC 电路 AC ’97模块 S-ATA I/O 接口 供电 IDE 模块 USB 模块 PCI BUS 时钟 BIOS 供电电压2.8.1 I/接口的连接方框图I/O 的英文全称是INPUT/OUTPUT SYSTEM,即输入/输出系统的意思. 常见的I/O 生产厂商有VIA.WINBOARD;ITE 等. 常见的I/O 芯片名称是:W83627HF;W83697HF;W83877HF;W83977,IT8705F,IT8711F;IT8712F,LPC47M172; LPC47B272等.2.8.2 I /O 接口芯片主要用来控制一些I/O 接口功能设备的正常运行.分担南桥所管理的一些外围设备，减轻南桥的工作负荷，使南桥有更多时间处理其他数据请求，加速计算机运行。