1、第2章 计算机三大配件,计算机三大配件是指主板、CPU、内存。其中主板的作用本章内容2.1 计算机的神经网络 - 主板2.2 计算机的心脏 - CPU2.3 系统沟通的桥梁 - 内存,退出,2.1 主板,2.1.1 主板的结构主板（Main Board）又称为系统板（System Board）或母板（Mother Board），它是微机的核心部件，其性能和质量基本决定了整机的性能和质量。主板上装有多种集成电路，如中央处理器、专用外围芯片组、只读存储器基本输入输出系统ROM BIOS、随机读写存储器RAM等。还有若干个不同标准的系统输入输出总线的扩展插槽和各种标准接口。主板的结构如图2-1所示。
2、,图2-1 主板的构成,2.1.1.1 CPU插座CPU（Central Processing Unit）就是系统的中央处理器，主要功能是执行程序指令、完成各种运算和系统控制功能。它是一块超大规模集成电路，它的内部包含着几十万、几百万或几千万个晶体管。Intel公司的PC机微处理器有Intel 8088、80286、80386、80486、Pentium、Pentium Pro、Pentium MMX、Pentium II、Pentium III、Pentium 4和Pentium D等。与之兼容的CPU主要还有AMD和VIA(Cyrix)的产品。主板上的CPU如图2-2所示。,图2-2 主板
3、上的CPU,CPU插座类型分插槽和插座两大类。插槽型的CPU封装形式：SEPP、SECC、SECC2插座型的CPU封装形式：QFP、PGA、PLGA插座型目前均使用ZIF技术。Socket7 Socket370Slot 1、 Slot 2 Slot ASocket423、Socket478Socket A,新型CPC插座Socket-T(LGA775)与Socket478,Socket478,Intel_mPGA_478_Pentium4_Presscott_Processor,Socket-T,Intel_LGA775_ Pentium4_Processor,新型CPUU插座Socket-T
4、(LGA775)与Socket478,新型CPC插座Socket-T(LGA775)与Socket478,Intel推出Socket T接口的目的： 适合更高频率的CPU 有助于CPU的散热 不用再担心CPU的针脚受损,2.1.1.2 内存插槽专用于扩展内存条。内存条有SIMM(Single In-Line Memory Module)和DIMM (Double In-Line Memory Module)模组之分。SDRAM(Synchronous DRAM)DDR(Double Data Rate)Rambus,双通道内存插槽？,双通道内存技术极其产生背景：随着800MHz前端总线的P4处
5、理器的推出，处理器对内存系统的带宽要求越来越高，内存带宽成为系统最大的瓶颈。为了解决系统中的内存性能瓶颈问题，内存厂商单纯地提高内存的运行频率，这相对于研发新型的内存要容易得多，但是由于晶体管本身的特性和制造技术的制约，内存颗粒的速度不可能无限制地提升。就在这个时候，双通道内存技术应运而生了，它是一种可以有效地提高内存带宽的技术。它最大的优势在于只要更改内存的控制方式，就可以在现有内存的基础上带来内存带宽的提升。双通道内存技术其实就是双通道内存控制技术，能有效地提高内存总带宽，从而适应新的微处理器的数据传输、处理的需要。它的技术核心在于：芯片组(北桥)可以在两个不同的数据通道上分别寻址、读取数
6、据，内存可以达到128位的带宽。双通道DDR有两个64bit内存控制器，双64bit内存体系所提供的带宽等同于一个128bit内存体系所提供的带宽，但是二者所达到效果却是不同的。双通道体系包含了两个独立的、具备互补性的智能内存控制器，两个内存控制器都能够在彼此间零等待时间的情况下同时运作。例如，当控制器B准备进行下一次存取内存的时候，控制器A就在读/写主内存，反之亦然。两个内存控制器的这种互补“天性”可以让有效等待时间缩减50%，双通道技术使内存的带宽翻了一翻。,2.1.1.3 系统I/O总线扩展插槽系统输入输出总线扩展插槽（System Input/Output Bus Expanded S
7、lot）是几个做在主板上的标准插座，这些插槽均与主板上的系统I/O总线相连。可以把各种外部设备适配器卡和系统功能扩展卡插入这些插槽，使更多的外设连入系统和不断扩展微机系统功能。这些插槽按不同的总线标准有ISA、EISA、VESA、PCI、AGP和AMR、CNR等。图2-3是总线插槽。,图2-3 系统I/O总线插槽,图2-3 硕泰克SL-NF4-754RL,2.1.1.4 外围芯片组外围芯片组（Chipset）是与各类CPU相配合的系统控制集成电路，它们接受CPU的指令，去控制内存、总线、接口等。芯片组通常分为南桥和北桥两个芯片，北桥芯片连接主机的CPU、内存等，南桥芯片连接总线、接口等。有配合
8、Pentium处理器的芯片组430HX，配合Pentium 处理器的440LX芯片，配合Pentium 处理器的440BX芯片，配合Pentium 4处理器的850、865、875芯片等。图2-4是主板外围芯片组。,图2-4 主板上的外围芯片组,2.1.1.5 ROM主板上还有一类用于构成系统内部存储器的不同集成电路，我们统称为内存芯片。按其特点又可分为只读存储器ROM和随机读写存储器RAM两大类。1ROM BIOSROM BIOS（Read Only Memory Basic Input/Output System）是一个内部“固化”了系统基本输入输出程序BIOS的只读存储器芯片。BIOS程
9、序包括开机后的系统加电自检程序POST（Power On Self Test）、装入引导程序、外部设备（键盘、显示器、磁盘驱动器、打印机和异步通信接口等）驱动程序和时钟（日期和时间）控制程序等。这些程序在开机后由CPU自动顺序执行，使系统进入正常工作状态，以便引导操作系统。PC机的BIOS程序主要有AMI、Phoenix和AWARD等的产品。图2-5是主板上的ROM BIOS芯片。,图2-5 主板上的ROM BIOS,2KB BIOSKB BIOS（KeyBoard BIOS）是键盘专用的微处理器和接口芯片，通常型号为Intel 8042或8742等，见图2-6。系统BIOS程序中的键盘管理程
10、序放在其内部的ROM中，系统通过这个微处理器对键盘进行管理。目前这个KB控制器和接口已集成在芯片组中。,图2-6 主板上的KB BIOS,2.1.1.6 RAMRAM（Random Access Memory）是随机可读写存储器芯片，系统内存主要由这类芯片构成。它的功能是存储（或叫做“加载”）运行着的系统程序、应用程序和用户数据等。主板上的RAM芯片通常有DRAM、SRAM和CMOS RAM三种不同类型。,1DRAM 扩展内存条DRAM（Dynamical RAM）即动态RAM芯片。它的优点是集成度极高、价格便宜。因此用作大容量（64MB/128MB /256MB /512MB ）系统内存。多
11、个DRAM芯片做在称为“内存条”的印刷电路板上，再通过主板上的内存插槽和专用内存总线连接到系统里。图2-7是内存条。,图2-7 主板上的内存,2SRAMSRAM（Statical RAM）即静态RAM芯片。它的优点是读写速度快（十几毫微秒），与CPU相近。它的缺点是集成度低、价格较高。因此，一般以几个SRAM芯片作为小容量（256KB/512KB）高速缓存，即通常所说的外部Cache（External Cache），或叫做L2 Cache（Level 2 Cache）。它的作用是在CPU与主存之间建立一个高速缓冲存储器，以提高内存访问速度和系统整体运行速度。图2-8是Cache存储器。,图2-
12、8 SRAM高速缓存芯片,3CMOS RAMCMOS RAM是互补型金属氧化物半导体存储芯片。它的特点是耗电极少，关机后以一个3.6V左右的小型充电电池供电，就可以保证其内部存储的信息不丢失，同时它又是可读写的存储器。用它来存储系统BIOS程序的硬件配置数据，如硬盘类型、软盘驱动器类型、显示模式、内存构成和硬件的特殊工作状态参数等，使得这些信息在关机后不会丢失。如果系统的硬件配置有变化，还可通过“CMOS Setup”程序做相应的改写。图2-9是CMOS芯片。,图2-9 CMOS RAM芯片,2.1.1.7 时钟发生器时钟发生器由晶体振荡器、时钟芯片和相应电路组成。如2-10所示。,图2-10
13、时钟发生器,2.1.1.8 I/O接口I/O接口（I/O Interfaces Ports）的作用是将外部设备与系统连接起来进行数据交换。有通用的串行、并行接口和USB高速串口等，可以连接打印机、扫描仪、数码相机、绘图仪甚至显示器等设备。还有软盘驱动器、光盘驱动器、硬盘、键盘和鼠标等专用接口。图2-11是集成在主板上的各个接口。,图2-11 各种外部设备接口,2.1.1.9 电源插槽计算机的内部硬件中，除光驱、软驱和硬盘外，一般都需要主板提供电源供给。目前计算机普遍使用ATX结构的电源。其特点如下：电源开关设定在主机板上，可以使用软件来实现电脑的开机、关机各类I/O接头（PS/2、串口、并口、
14、IEEE1394、 USB、 音频输入、音频输出）全部集中在主机板的一侧，与主机板呈平行状态电源插槽为20Pin（目前）,可直接得到3V/5V/12V的电压,图2-12 ATX电源插槽,2.1.2 主板的分类PC兼容机主板结构分为AT型、ATX型和NLX型等。1AT主板AT型主板结构来源于以前的IBM PC/AT机主板，如图2-13所示。,图2-13 AT型主板,2ATX主板ATX结构对AT做了许多改进，对各个关键元器件的位置做了合理的调整和规定。将集成在主板上的串并接口、USB接口和PS/2键盘鼠标接口都直接固定安装在主板的后缘。实现了低电压、自动开关机和睡眠等功能,2ATX主板(续)ATX
15、的PC99规范还对主板的省材、方便易用和抗干扰等方面提出了进一步改进。取消ISA总线插槽，采用小型的AMR和CNR升级插槽。 要求接口插座使用彩色。使用免跳线技术。直接在主板上安装蜂鸣器代替PC喇叭。日趋完善的系统温度等监测和控制。ATX主板的外形如图2-16所示。,图2-14 GA-8TX主板照片,3NLX主板NLX（New Low Profile Extension）结构是一种新型主板结构，常常被品牌整机厂商所采用，外形如图2-15。它将强电、系统扩插展槽和设备接口等一些容易损坏的部分与系统母板分开，单独设置在一块竖立的扩展板上，这便提高了主板的可靠性、降低了生产和维护成本。由于扩展板和系
16、统底板相对独立，也为OEM厂商提供了更多的灵活性。,图2-15 NLX型主板,4整合主板 All in One或Some in OneAll in One或Some in One都是主板的整合技术，即主板的多功能集成技术。比如把声卡芯片或显示卡芯片集成到主板上，免去安装声卡和显示卡。典型的整合芯片组是Intel 810，它将AGP显示、音效CODEC控制器和Modem CODEC控制器等都集成到主板上，形成一体化主板，能为用户节省几百元。, AC97AC97（Area Codec 97）即区域编解码器技术，对于声卡和Modem卡，它要求在电路结构上把它们的数字部分和模拟部分分开，以降低电磁串扰
17、和提高性能。 Intel 810和VIA 694等芯片组的南桥芯片中加入了声效功能，通过软件模拟声卡，完成一般声卡上主芯片的功能，而其音频输出交给一块很小的AC97芯片完成，所以在这类主板上看不到有较大的声卡主芯片。, HD AudioHD Audio是High Definition Audio(高保真音频)的缩写，原称Azalia，是Intel与杜比(Dolby)公司合力推出的新一代音频规范。HD Audio的制定是为了取代目前流行的AC97音频规范。与现行的AC97相比，HD Audio具有数据传输带宽大、音频回放精度高、支持多声道阵列麦克风音频输入、CPU的占用率更低和底层驱动程序可以通
18、用等特点。HD Audio支持设备感知和接口定义功能。,2.1.3 主板的芯片组芯片组的由来早期的主板除了CPU之外，还有许多专门功能的集成电路，配合CPU构成整个系统，它们包括CPU复位、地址总线控制器、数据总线控制器、中断控制器、DMA控制器、定时器、时钟发生器、浮点运算接口、Cache控制器、各种I/O总线和接口IC等。图2-16是一块IBM-PC机主板，可以看到上面是由许多集成电路组成的。,图2-16 IBM-PC主板,随着系统的改进，性能不断提高，功能不断增强，CPU外围的各个专用IC便逐步集成到几个集成度更高的IC芯片中，我们把多功能的一组芯片称为CPU的外围芯片组。可见外围芯片组
19、（Chipset）就是与对应的CPU相配合的一组系统控制集成电路，它们集成了早期主板上的几十片Intel专用集成电路的功能和不断增加的新功能。典型的芯片组是由南桥和北桥两个IC构成，北桥芯片连接着主机（CPU和内存等），南桥芯片连接着各种接口（驱动器、串并口和总线接口等）。采用了芯片组的计算机系统，性能和功能大大增强，主板结构大大简化，可靠性大大提高。,芯片组伴随着新的CPU推出，与CPU一起决定着计算机系统的基本性能和功能，选择主板时首先要了解它采用的是什么芯片组。图2-17是由Pentium 等CPU和VIA Apollo Pro 133A外围芯片组构成的一个计算机系统，芯片组由VT82C
20、694X北桥控制器和VT82C686A南桥控制器两个芯片组成。,图2-17 VIA Apollo Pro 133A 芯片组的 系统结构,由于主板基本性能和功能是由芯片组决定的，换句话说芯片组决定了主板支持什么和不支持什么，所以了解常用芯片组的基本特点对于硬件维修是十分必要的。在维修更换部件和对系统进行升级前，首先要了解主板采用的芯片组，才能确定选购什么样的部件，如CPU、内存条、硬盘和主板等，才能与系统保留的原部件兼容。否则更换新部件就必然是盲目的，常常带来无法配合的错误。,常用的外围芯片组介绍。1Intel 芯片组2VIA芯片组3Nvidia芯片组4AMD-ATI芯片组5SiS芯片组,Int
21、el芯片组命名规则1从845系列到915系列以前后缀：PE、G、GV、GL、GE、P2915系列及之后后缀：P、PL、G、GV、GL、X3965系列之后前缀：P、G、Q以后面的数字来区分性能,图2-18 Intel 850芯片组,图2-19 Intel 850芯片组的系统结构原理,它支持400MHz的系统总线（FSB）和目前最快的双通道RDRAM内存。支持AGP 4，处理器与内存间提供高达3.2GB/s的数据传输速率，到I/O控制Hub的数据带宽达到266MB/s。双通道的4个RIMM内存槽支持RDRAM内存，如果安装PC-600的RDRAM内存条，内存带宽能达到2.4GB/s，如果安装PC-
22、800的RDRAM内存条，内存带宽能达到3.6GB/s。ICH2芯片支持6个PCI接口、4个USB接口、集成10/100网络功能和双路ATA 100 IDE硬盘接口。Intel主板在Pentium 后期将南桥芯片称为ICH，将北桥芯片称为MCH/GMCH。,北桥 GMCH 南桥 ICH5图2-20 Intel 865芯片组,图2-21 Intel 865G芯片组的系统结构原理,图2-21 Intel G33整合芯片组,1.市场定位：主流中低端整合芯片组(2007年2季度)主要竞争对手：AMD 690G、NVIDIA MCP68、 NVIDIA MCP73 2.主要应用：HTPC（家庭影院个人电
23、脑） 3. 整合图形核心：GMA 3100400MHz、两条渲染管线、1.6GP/s的像素填充率；DirectX 9.0C、Shader Model 2.0与OpenGL 1.4；支持HDMI、DVI、HDCP、MEC和ADD2标准,2.1.4 主板的性能参数总线频率倍频与外频CMOS程序设置主板Cache(二级Cache)软跳线和线性调频电压可调温度控制,2.1.5 主板的新技术 - 20052006,1.总线架构的变化 - PCI Express 它是一种串行的点对点连接。每条通道的数据传输率达 2.5Gbit 每秒。时钟信号是嵌入在数据流中的。若同时考虑到 8B/10B 数据编码所带来的
24、额外开销，总的单向吞吐量可达约 250MB 每秒。每条 PCI Express 通道由一个四针差分对组成（每个方向两根针）。,PCI Express 的各通道可以被有效的组合起来。例如，PCI Express 显卡将会使用一种 16 通道的配置，从而达到单向总计 4GB 每秒的吞吐量。因为是双向的，所以 PCI Express 为图形硬件提供了向主存写数据的可能性。,2.芯片组的改变 - i915/i925X英特尔Grantsdale芯片组将被称为i915，同时有很多种规格存在，市场定位取代i865；而Alderwood会被称为i925X，市场定位是取代i875芯片组。,支持LGA775处理器
25、支持双通道DDR2内存支持PCI Express x 16 、 x1 接口支持S-ATA接口集成Azalia音频芯片ICH6W南桥整合无线AP技术GAM900整合图形核心(支持DirectX 9.0),3.总线速度的标志 FSBFSB（Front Side Bus）即前端总线，它是系统的重要局部总线，位于对系统速度影响最大的CPU和内存、CPU和AGP图形接口之间。目前Intel CPU的FSB为外频的4倍。即外频为100MHz,FSB为400MHz（因为CPU与其北桥芯片之间使用QDR（Quad Data Rate，四次数据传输）。而对AMD Athlon XP平台而言，其处理器与北桥芯片的
26、数据传输技术采用DDR（Double Data Rate，双倍数据传输）技术，FSB是外频的2倍。,当Pentium 4的外频为100/133/200MHz，其 FSB分别是？前端总线带宽分别是？, HT总线速度K8处理器通过HyperTransport总线与北桥芯片连接。HT总线是双向串行总线。,AMD8000系列芯片组结构图.,AMD8151虽然AMD8151两端都采用了HyperTransport总线连接，但是A和B两端的HT传输总线的位宽是不同的，A端为双向16位，B端则为双向8位。同时AMD8131还拥有两个PCI-X Bridge(BridgeABridgeB)，独具PCI-X支持
27、；,AMD8151两端HyperTransport总线的最高运行频率也不相同，在A端是800MHz21.6GHz，这样它和CPU间的最大数据传输带宽就是6.4GB/s；而在B端则最高频率仅为400 MHz2800MHz。,K8芯片组特性,4.新功能 免跳线主板所谓免跳线主板，就是没有任何跳线和DIP开关、无须进行设置的主板。这种主板可以由系统BIOS程序自动测试和设置所安装的CPU工作参数、硬盘参数等。 网络和Modem唤醒具备这种功能的主板在组装并安装相应的软件后，可以用网络或Modem从远方对此电脑进行遥控唤醒开机操作，前提是此电脑正处于关机但不断电的“睡眠”状态。, STRSTR（Sus
28、pend To RAM）的意思是“悬挂到内存”，它是一种瞬间开机技术（On Now）。当使系统进入“挂起”状态时，系统的当前状态信息会保存到内存中。再次开机时，立即从内存读取数据恢复到系统挂起前的状态，因此使开机速度只有几秒钟。STR功能是高级配置电源接口ACPI（Advanced Config Power Interface）的一部分，它的实现要求外围芯片组和BIOS都支持ACPI，各个扩展卡都支持STR，还要求采用ATX电源。STR要求采用支持ACPI的操作系统，如Windows 98等，还要求各个硬件的驱动程序和各个应用软件都支持ACPI。,5. 新型ROM BIOSFlash ROM过
29、去的主板上都有一个EPROM存储器芯片，用以存放系统BIOS程序。目前的主板改用EEPROM存储器芯片来保存BIOS程序，可以开机直接对BIOS进行升级，以便改进主板的功能。EEPROM存储器称为Flash ROM，通常也称为闪速存储器，简称闪存。,BIOS抗病毒技术99年4月26日发作的CIH病毒，造成许多使用闪存ROM BIOS的主板报废，原因是CIH改写了BIOS程序，使开机后主板的BIOS不能启动系统。为此目前的许多主板都采取了BIOS抗病毒技术，如增加防止写EEPROM芯片的设置跳线，在CMOS Setup中加入了BIOS写保护设置，在BIOS程序中加入抵御CIH病毒的功能，采用双B
30、IOS芯片技术等。,2.1.6 主板上的系统设置开关和跳线主板上分布着许多用于系统硬件设置的跳线（Jumper Pin）和开关（DIP Switch），还有各种连接器（Connector）。这里以GA-6VX7-4X主板为例进行介绍。该主板的元件位置如图2-24所示。图中的SW1和SW2是系统和CPU速度设置开关。,图2-24 GA-6VX7-4X主板结构图,2.1.6.1 CPU主频设置开关1CPU外频设置开关设置CPU的主频就是设置其外频和倍率，而CPU的外频就是系统总线频率。因此，通常都是根据主板支持的总线频率来设置CPU外频，如果外频设置偏高，就有可能造成别的部件（如内存、显示卡等）工
31、作不正常。SW1是系统总线（FSB）速度即CPU外频选择开关组，要根据安装的CPU的不同设置SW1，以便正确选择系统总线速度即CPU外频。SW1的设置如表2-1。,表2-1 SW1的设置,标准的系统总线速度和CPU外频通常为66、100或133MHz，建议均选择“AUTO”，即SW1的设置为“OFF、OFF、OFF、OFF、ON、ON”。,2CPU外频倍率设置开关SW2是CPU外频倍率选择开关组，要根据安装的CPU的主频和已选的外频，选择规定的倍率。SW2的设置如表2-2。表2-2 SW2的设置,2.1.6.2 主板设置跳线1CPU电压调节跳线JP30是CPU电压调节跳线，平时是9-10短路，
32、为标准CPU电压。若将7-8、5-6、3-4、1-2分别短路，则可以将CPU电压分别调高10%、20%、30%、40%。2STR功能跳线和指示灯JP11是STR（Suspend To RAM，悬挂到内存）功能跳线，即开关瞬间开机的功能。它的缺省状态是开路，即关闭STR功能。将其短路时，开启STR功能。JP5是STR状态指示灯插座，应连接机箱面板上的STR指示灯。,3复位CMOS数据跳线主板前缘的JP1是CMOS Reset即清除CMOS中的设置数据的跳线。平时是1-2短路，若将2-3短路，可以清除此前用户设置的CMOS数据，如硬盘类型数据、密码等。4BIOS写禁止跳线JP22是闪存BIOS改写
33、功能开关，缺省状态是1-2开路，即写允许，这时可以改写BIOS程序，即对BIOS进行升级，但也会受到CIH等病毒的破坏。所以平时应当将JP22短路，使闪存处于写禁止状态，只有在升级BIOS时才将JP22开路，升级完成后再将其短路。,5主板内建声卡和网卡功能开关主板后缘的JP20和JP21分别是主板整合声卡和网卡的开关，通常是1-2短路，声卡和网卡有效。如果想安装更高性能的声卡和网卡，就应将2-3短路，关闭主板上的声卡和网卡。6内建AC97和AMR选择跳线JP7、JP8和JP18是主板内部的AC97和AMR功能的选择跳线。AMR（Audio & Modem Riser）是主板上声效和调制解调器的专用升级接口。缺省设置是JP7的1-2短路、JP8的1-2短路和JP18开路，选择AC97。若设置JP7的3-4短路、JP8的1-2短路和JP18开路，则只选择AMR。若设置JP7的1-2短路、JP8的3-4短路和JP18短路，则选择AC97和AMR。,
