电脑主机板的工作原理介绍.doc

1、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

2、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

3、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;KM400

4、A;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

5、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

6、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TVoutDIMMUSB2.01394LANPCI1PCI2PCI3PCI5VGAAGPIDESATAAC97BIOSK/B MouseFDDCOM 口GAME 口 LPT 口PCI4BUSPCI BUS3（图一）41.2.2 中心架构体系PCI EXPRESS X1ATA-133SATA 150USB2.0 BUS（图二）CPUAMD K8 Athlon 64 9

7、39 POWRESUPPLY VCOREDDR SLOT 4PcsNFORCE4-4 CHIPSET K804PBGA 740PINPCI EXPRESS X162PCI-EX14 SATA PORT10 PORT USB2.02 IDE3 PCI SLOTGBIT LAN PHY10/100/1GAC97 7.1 CODECRJ-45AUDIOLPC SUPER I/OITE 87124MBFLASH ROMPS/2 K/B MOUSEHARDWAREMONITERFLOPPY PSRSLLELPORTSEARIAL PORTFAN CONTROLL5第二章 电脑主机板各模块的工作原理2.1

8、 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

9、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（

10、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

11、场效应管电感线圈电解电容基准电压振荡62.2 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;Socket478;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,CP

12、U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(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

13、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:南 桥AGP 图形处理内存插槽VGA 接口PCIETV-OUTCPU时钟控制北 桥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

14、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.内存AC97I/O IC南桥次时钟IC主时钟控制ICPCI ECPU北桥AGPPCI BUSBIOSPCI1PCI2PCI3PCI4PCI51394LAN2.4.2 时

15、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 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,

16、24MHZ 或 100MHZ 工作时钟频率.(9) 输出 AC97IC 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.(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9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

17、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