第03章主板与总线new.docx
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第03章主板与总线new
第3章主板与总线
3.1概述
PC机系统最重要的部件是主板（Mainboard），或称为母板（Motherboard），有的公司把主板也称作系统底板（Systemboard）。
它的重要之处在于：
计算机中几乎所有的部件、设备都在它的基础上运行，一旦主板发生故障，整个系统都不可能正常工作。
一块主板主要由以下部分组成：
·电子元器件。
包括芯片组、BIOS芯片、I/O芯片、时钟芯片、串口芯片、门电路芯片、监控芯片、电源控制芯片、三极管、场效应管、二极管、电阻、电容等。
·接口。
包括CPU接口、USB接口、IDE接口、SATA接口、FDD软驱接口、LPT并行接口、COM串行接口、PS/2键盘鼠标接口等，还包括集成声卡、网卡和显卡接口等。
·电路。
包括供电电路、时钟电路、复位电路、开机电路、BIOS电路、接口电路等。
·总线。
包括处理器总线、内存总线、I/O总线、连接器总线、特殊总线等。
主板在加电并收到电源的Power_Good信号后，由时钟电路产生系统复位信号，CPU在复位信号的作用下开始执行BIOS中的POST程序。
POST一旦顺利通过，就开始操作系统的引导及接受用户的任务直至关机。
在计算机的整个运行期间，主板的工作就是在芯片组、时钟、BIOS的统一配合下，完成CPU与内存、内存与外设，外设与外设间的数据传送。
也可以说，主板的作用就是同步、传递数据。
在本章中，将讨论当前主板中的外形规格、芯片组及总线等。
3.2主板外形规格
PC机主板有一些通用的外形规格。
这些外形规格包括主板硬件尺寸大小，它决定了主板适用于哪种类型的机箱。
有些是标准的（意味着所有具有该外形规格的主板是可互换的），而有些则并不够标准，从而不允许互换。
比较通用的PC主板外形规格如下所示：
过时的外形规格
现代的外形规格
XT
ATX
Baby-AT
Micro-ATX
Full-sizeAT
Flex-ATX
LPX
NLX
BTX
Micro-BTX
Pico-BTX
这些年来，随着主板不断发展，从最初的用于IBMXT机的XT主板演化到现今的ATX、BTX主板。
表3-1显示了现代工业标准的外形规格及其推荐用途。
表3-1工业标准的主板外形规格
外形规格
用途
ATX
标准卧式、中型立式及完全立式系统，当今最通用的外形规格，设计也最为灵活；可用低端服务器/工作站；ATX主板最多支持7个扩展插槽
Mini-ATX
比ATX稍小一点的版本，用途与ATX相同；许多自称是ATX的主板实际上都是Mini-ATX主板；Mini-ATX主板最多支持6个扩展插槽
Micro-ATX
中型卧式系统或小型立式系统
Flex-ATX
低端小型卧式或立式系统，用于娱乐和各种应用系统
NLX
卧式或小型立式系统；服务最容易且最快
BTX
高端台式系统
Micro-BTX
主流台式系统
Pico-BTX
迷你准系统
在上表中，我们没有把早期的XT、Baby-AT、Full-sizeAT及LPX的外形规格列入，是因为它们并不是一个严格意义上的外形标准。
它们现在均已被更新、更通用的外形规格所取代，如ATX、BTX等。
新的外形规格实现了真正的标准化，增强了每种类型内部的可交换性。
这意味着ATX主板可以同其他ATX主板互换，BTX可以与其他BTX主板互换，诸如此类。
下面的将介绍几种目前主要的PC机主板外形规格。
3.2.1标准AT
标准（Full-size）AT主板是符合原装IBMAT设计的主板。
长约345mm，宽约300mm。
标准AT主板是从XT主板出发，沿两个方向扩展（见图3-1）而产生的一种新的主板规格，通常这种规格也叫IBM-AT。
这是因为这种规格的主板不光是由IBM设计，而且是首先用在IBM-AT机上。
随后的各兼容机都采纳了这种规格的主板形状。
图3-1IBMAT主板
标准AT主板规范发布一段时间后，IBM稍微减小了一点标准AT主板的尺寸，众多兼容机厂商将此版本的主板拷贝生产，这就是著名的小AT主板（Baby-AT）。
目前这两种规格的主板形状已不再使用，在这里介绍，只是使大家了解最初主板的一些情况。
图3-2展示了一款典型的Baby-AT主板
图3-2典型的Baby-AT主板
3.2.2ATX
ATX（ATExtended）的中文意思是AT扩展，它外形规格集中了Baby-AT及LPX规格设计中的优点而形成的，同时它还添加了许多新的增强特性。
ATX主板外形规格实质上相当于把Baby-AT主板的机架竖立起来，并将CPU插座的位置、电源的连接形式，及各连接器的位置进行了相应的改变。
这就使遵循ATX外形规格的主板同以前的Baby-AT及LPX设计均不兼容。
因此，为匹配ATX主板，需要不同的机箱和电源。
这些新的机箱及电源是目前应用最为普遍的。
官方ATX规范由Intel于1995年7月发布，且是开放的工业规范。
直至1996年中期，ATX主板才迅速占领市场并在新系统中取代了Baby-AT。
从最初的1.0版本,先后经过了1.1、2.0、2.01、2.02、2.03等版本。
Intel在这些版本中公布了详细的规范，这样其他生产商可以在其系统中使用ATX。
ATX相对于Baby-AT及LPX主板，改进的主要方面有：
·内置双高度外部I/O连接器面板。
主板的后部包括一个堆栈式I/O连接器区域，有156mm宽，44mm高。
这使得外部连接器可以直接定位在主板上且消除了Baby-AT设计中对从内部连接器到机箱背部的缆线的需要。
·单独键控（Singlekeyed）内部电源连接器。
这一更改，免除了Baby-AT系统在更换主板或电源时，进行电源连接时会烧毁主板的隐患。
因为，ATX规格中只需要一个电源到主板的电源连接插头，而在Baby-AT中，有两个电源插头/座。
ATX规范这一单独键控以及罩起来的电源连接器，可以很容易地将它插入且不会发生错误安装。
这个电源连接器还可以为主板提供3.3V电压，从而使ATX主板无需使用易失效的内置稳压器。
ATX规范还另外定义了两个可选的键控电源连接器，分别称为Auxiliary电源连接器（3.3V和5V）以及ATX12V连接器，这是为适应那些需要多个电源的系统而设计的。
·重新布置的CPU及内存。
CPU与内存模块被重新布置，这样它们就不会与任何总线扩展插卡冲突，且可以容易地被升级而无须移去任何已安装的扩展卡。
CPU与内存被重置于电源的旁边，是系统中主要散热风扇――电源风扇的位置。
，可以最大限度的带走CPU产生的热量。
并且由于这个区域比较宽敞，给CPU被动散热提供了足够的空间。
需要指出的是，多数系统的CPU仍然需要使用带有集成风扇的散热器。
Intel和AMD零售处理器时捆绑着高质量的风扇。
这种处理器被称为“盒装”处理器，因为它们在出售时使用盒作为数量的单位。
而出售给计算机生产厂家的处理器是没有原装风扇的。
因为零售用户可能不具备有关温度分析、温度测量和检测等专业知识，通过在处理器中加入一个高性能风扇，Intel和AMD就对盒装处理器提供了散热保障。
专业的计算机生产厂家有能力选择适当的散热器，因而会在保证体系可靠性的同时降低成本。
在使用非盒装处理器时，这种保障由系统销售方提供而非直接由处理器生产商提供。
·重新布置的内部I/O连接器。
软盘及硬盘驱动器的内部I/O连接器被重新布置于驱动器支架旁边且从主板扩展槽及驱动器支架区下部伸出来。
这使得到达驱动器的电缆变得更短，且到达连接器无须移动插卡或驱动器。
·改良的冷却设计。
CPU及内存放置在可以由电源风扇直接冷却的位置，降低了对机箱或CPU风扇的需要。
多数高速系统的CPU和主板仍然需要另外的风扇进行冷却。
注意，ATX规范最初规定，ATX电源风扇是吹入机箱内部而不是向外吹风。
这个反向气流或正压力设计，对机箱加压，并使灰尘及污物变少。
最近，ATX规范修改为允许更为普通的、标准的气流，即通过使风扇向外吹使得机箱为负压力。
由于规范在技术上允许这两种气流方向，且因为反向气流中制冷的总体效率有一定丢失，多数电源生产商提供带标准气流风扇（即向外吹风的风扇）的电源，被称为负压力设计。
·制造成本的降低。
图3-2显示了新的ATX系统的布局特点。
扩展槽同主板的较短的边平行，且不会同CPU、内存、I/O连接器插座冲突（参见图3-3）。
除了标准ATX规格，Intel还指定了一种Mini-ATX设计，它是一个规格上完全兼容的子系列且可以匹配相同的机箱。
图3-3ATX规格结构主板与机箱
·标准ATX主板尺寸为305mm×244mm。
·Mini-ATX主板尺寸为284mm×208mm。
实际完全采用Mini-ATX尺寸的主板并不多，大多数的只是将标准ATX主板的深度减短，并没有对宽度进行改变。
图3-4展示了一款典型的ATX主板。
图3-5展示了典型的ATX主板外部I/O连接器面板的情况。
图3-4典型的ATX主板
图3-5典型的ATX主板外部I/O连接器面板
目前，ATX主板各部件的布局基本固定，但外部I/O连接器的配置有许多变化，我们会看到某些系统不再具有两个串行接口，甚至PS/2鼠标和键盘接口，取也而代之的是IEEE-1394接口、网络接口、DVI显示接口、SP/DIF接口以及eSATA接口等等。
图3-6就展示了这样一款配置相对独特的ATX主板外部I/O连接器面板。
图3-6配置独特的ATX主板外部I/O连接器面板
3.2.3Micro-ATX
Micro-ATX主板外形规格由Intel在1997年12月推出，它是ATX用于较小的廉价系统的改进产品。
同标准ATX相比，其较小的尺寸使得系统可以使用较小的机箱、主板与电源，从而降低了系统的整体费用。
Micro-ATX外形规格也向后同ATX外形规格兼容且可以用于标准ATX机箱中。
当然，Micro-ATX的机箱并不与标准ATX主板兼容。
它的一点不足是，较小的尺寸会限制以后的系统升级。
Micro-ATX同标准ATX或Mini-ATX的区别如下：
·主板宽度尺寸为244mm，小于标准ATX主板的305mm和Mini-ATX主板的284mm。
·较少的I/O总线扩展槽（最多4个，多数仅3个）。
·电源功率减少（符合SFX规范）。
Micro-ATX主板的最大尺寸只有244mm×244mm，而标准ATX主板为305mm×244mm，Mini-ATX尺寸为284mm×208mm。
图3-7展示了一款典型的Micro-ATX主板
图3-7典型的micro-ATX主板
Micro-ATX系统使用一种新的、更小外形规格的SFX电源。
SFX电源尺寸很小，使在机箱位置的选择上更灵活并使系统可以更小，从而降低总体耗电。
尽管可以使用这种较小的SFX电源，但对于更快、配置更完整的系统来说，它缺少足够的电源输出。
现在，多数系统都需要大量电源，并且SFX电源与标准ATX电源连接器是一致的，因此，Micro-ATX也支持标准的ATX电源。
3.2.4Flex-ATX
1993年3月，Intel继Micro-ATX规范之后又公布了Flex-ATX。
这为主板增加了一个新的、更小的ATX外形规格变种。
Flex-ATX的更小设计是为了允许新PC设计中的变化，尤其是极廉价的、小型的、面向消费者的应用类型系统。
Flex-ATX定义的主板尺寸仅为229mm×191mm，是ATX主板族系中最小的。
除了较小的尺寸之外，Flex-ATX外形规格同Micro-ATX外形规格相比另一个重要区别是Flex-ATX只支持插座式处理器。
这意味着Flex-ATX主板不支持Slot1、Slot2或SlotA之类的处理器插槽。
由于Intel和AMD在其最新的设计的处理器中都使用插座式接口，所以与插槽式处理器的兼容性损失不是太大。
除了尺寸较小以及要求插
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