微型计算机硬件技术

1. 微型计算机硬件技术 ———主板篇 陈旭清

2. 微型计算机硬件系统结构

3. 中央处理器简介 • 中央处理器简称CPU，也称为微处理器，是微机的核心部件，其主要的性能指标有： • 字长：能直接处理的二进制位数 • 主频：CPU的工作频率，很大程度上决定CPU的运算速度 • 前端总线速度（FSB)：CPU和主板的北桥芯片交换数据的速度 • 外频： 连接CPU和主板北桥芯片的总线的物理频率 • 高速缓存（Cache) • 制造工艺 下面以美国Intel（英特尔）公司的CPU为例，介绍CPU的发展

5. 主板总述 • 主板是整个计算机的中枢，所有部件及外设都是通过它与处理器连接在一起，并进行通信，然后由处理器发出相应的操作指令，执行相应的操作，所以了解的主板结构对每一位学电脑，特别是学电脑维修的人员来说是非常重要的。 • 我们将从以下几个方面对微型计算机的主板进行较为详细的了解： • 主板结构 • 几代流行的主板芯片组技术指标介绍及对比 • 最新的主板技术3GIO，PCI-Express，Intel915/925芯片组介绍 • 主板集成显卡与独立显卡的性能差异分析

6. 主板结构 • 为了便于我们对主板有一个真实的感性认识，现以一块华硕的支持最新的Intel 800MHz FSB主板来介绍 (如图)所示：

7. 主板结构——处理器插座 • 这是用来安装处理器(CPU)的。目前主要有两种处理器架构，即Socket和Slot。前者是在处理器芯片底部四周分布许多插针，通过这些针来与处理器插座接触，(如图2)左边所示的是Socket处理器插座，右边所示是Socket处理器背面图。采用这种处理器架构的主要有Intel奔腾处理器、Socket 7、PⅢ和赛扬处理器的Socket 370、P4处理器的Socket 423和Socket 478；AMD处理器K6-2所用的Socket 7、Athlon系列处理器用的Socket 462、最新Hammer处理器系列处理器也是用Socket架构，目前它可算是一种主流处理器架构，也是未来的发展方向。这么多Socke架构，往往不同的只是插针数及内部电路不同，外观基本一样。它有一个手柄，压下后处理器插针就可以与插座很好的接触。

8. 另一种处理器架构就是Slot架构，它是属于单边接触型，通过金手指与主板处理器插槽接触，在早期的PⅡ、PⅢ处理器中曾用到，Intel把它称之为“Slot 1”。AMD也过这种架构，称之为“Slot A”。

9. 说到处理器，就不能不说处理器的两个基本参数：(1)处理器主频(Frequency),也俗称“处理器速度”(Speed)；(2)前端系统总线(Front System Bus，FSB)。前者是指处理器的实际工作频率，也即运行速度，就是指处理器的主频，如我们常说的2.6G3.0G3.06G等都是指处理器的主频，在一定程度上来说处理器的主频决定了处理器的性能，所以Intel在近两年利用它的处理器架构优势拼命拉开与AMD 差距就是这个原因。但也不是绝对的，处理器的综合性能还受许多因素制约，如缓存大小、总线频率等。 • 　　后者是指处理器总线的工作频率，它与处理器的核心频率相关。因自Intel P4处理器以来，在同一时间内，处理器可以在一个周期内的上升、下降沿各执行2次操作指令，所以它的总线频率就是核心频率的4倍。目前最快的核心频率为200MHz，对应的总线频率就为800MHz。533MH z和400MHz总线的核心频率对应为“166MHz”和“100MHz”。

10. 主板结构——芯片组 • 芯片组是主板的核心，它对主板性能起决定性作用。 • 主板芯片组主要分两部分，分别由一块单独的芯片负责，这两块芯片就是通常所说的南桥（ICH)和北桥(MCH)。 • 通常北桥芯片是离处理器最近的一块芯片，这主要是考虑到北桥芯片与处理器之间的通信最密切，为了提高通信性能而缩短传输距离。南桥芯片离处理器比较远，因为它所连接的I/O总线较多，离处理器远一点有利于布线。

11. 图中的82875P芯片就是北桥芯片，它直接与P4处理器相连；而ICH5芯片则是南桥芯片，它不与处理器直接相连，而是通过Intel的集线器结构(Intel Hub Architecture)与北桥芯片相连。 Intel最新的i875P芯片组结构图

12. 主板结构——内存插槽 • 内存插槽是用来插入内存的，它也是采用金手指接触法与内存条的金手指接触。目前主要有两种内存，一种是168线的SD内存，也就是说它有168个与插槽接触点，两面各84个金手指接触点；另一种就是现在主流的DDR内存，它是184线的。因为结构及电气性能(主要是指电压)都不同，所以两者不能通用。

13. 主板结构——PCI和AGP插槽 • 目前的主要内置板卡基本上都是采用PCI总线接口的，所以在主板当中插槽最多的肯定就是PCI，如图1所示主板中标注为“13”的就是PCI插槽，它通常采用乳白色。在这块主板中有5条PCI插槽，通常最少也有3条。原来一些计算机中还保留有ISA插槽，但随着ISA接口的外设日趋淘汰，现在新的主板上基本上都没有ISA插槽，ISA插槽通常采用黑色，它比PCI接口插槽要长些

14. 在目前来说采用PCI总线接口的板卡主要有声卡、网卡、内置Modem、内置ADSL Modem等，以前的显卡也主要是PCI接口的。要注意同一主板上这么多PCI插槽，都是通用的，可以随便选择一个未用的插上声卡、网卡或者内置Modem板卡，不过最好间距均衡一些，以便更好地散热。 • 　　说到PCI，就不能不说AGP总线接口了，它是专门从PCI接口中分离出来的，主要针对图形显示方面进行优化，专门用于图形显示卡。所以现在的显卡基本上都是AGP接口的。AGP卡又称“图形加速卡”。 • AGP标准也经过了几年的发展，从最初的AGP 1.0、AGP2.0 ，发展到现在的AGP 3.0，如果按倍速来区分的话，主要经历了AGP 1X、AGP 2X、AGP 4X、AGP PRO，目前最新片版本就是AGP 3.0，即AGP 8X。AGP 8X的传输速率可达到2.1GB/s，是AGP 4X传输速度的两倍。AGP插槽在如图1中的位置就是“12”。AGP插槽通常都是棕色(以上三种接口用不同颜色区分的目的就是为了便于用户识别)，还有一点需要注意的是它不与PCI、ISA插槽处于同一水平位置，而是内进一些，这使得PCI、ISA卡不可能插得进去当然AGP插槽结构也与PCI、ISA完全不同，根本不可能插错的。

15. 主板结构——硬盘接口 • 硬盘接口是用来与硬盘进行连接的。目前主要有两种完全不同的硬盘接口标准，一种就是传统的并行ATA标准，也称IDE接口。另一种是最新的串行ATA，又称为“SATA”。两者的最根本区别当然还是传输速率，并行ATA的最新版本为ATA133，它的传输数据为133MB/s，而SATA的第一版SATA 1.0的传输速率就可达到150MB/s，据说第二版、第三版传输速率分别可达到300MB/s、600MB/s，是传统并行ATA所无法达到的。 • 　　并行ATA自ATA 66版后就开始采用80芯40线的数据线，而串行SATA只需要15芯4线即可。数据线数量可大减少，这样一则更加有利于标准的继续发展，再则数据线减少后功耗自然就降下来了，同时还大大方便安装等。如图1所示“15”为传统并行ATA，即IDE接口，“16”所示的是串行SATA接口。如图9所示就是图1中相应部位的放大图。从放大图中可以更清楚地看清楚两种硬盘接口结构。

16. 说到硬盘接口，顺便也介绍一下软驱接口，因为现在来说软驱仍是计算机的基本配置之一，尽管目前来说软驱是越来越少人用说到硬盘接口，顺便也介绍一下软驱接口，因为现在来说软驱仍是计算机的基本配置之一，尽管目前来说软驱是越来越少人用

17. 主板结构——电源接口 电源有两种： AT电源 ATX ATX与AT结构电源的最明显区别就是ATX电源在关机后，主板上的其中一路5V电源是不会断开的，除非拨了电源插头。这样的好处就是方便了远程唤醒之类的远程开机操作，通过软件就可以使得整个计算机在电源开机着凉的情况下开启系统，另外还增加3.3V低电压输出。目前的P4电源还有一个特别之处就是它不仅是采用ATX电源，而且还提供了一个4线12V电源。

18. 主板结构——外设接口 • 计算机中的外设都是通过主板进行连接的，所以在一块主板中会存在各种各样的外设接口，如键盘、鼠标接口，打印机接口、USB接口和IEEE 1394火线接口、网线接口，以及音视频输出/输入接口等。

19. CPU周围电容的功能 • USB1.0/1.1与USB2.0 • 5.1声道的音效输出 • 并行硬盘(ATA)与串行硬盘(SATA)

20. 几代流行的主板芯片组技术指标介绍及对比 • 以下将以Intel的芯片组为例：介绍各种芯片组的技术规范和特点 • i815 • i845PE • i865G/i865PE • i855GM

21. 主板芯片组——i815

22. 主板芯片组——i845

23. 主板芯片组——i865

25. 主板芯片组——i855GM

26. 什么是迅驰(Centrino)，迅驰是一种CPU吗? • 什么是超线程(HT)技术，为什么要使用超线程？ • 什么是双通道？

27. 最新的主板技术3GIO，PCI-Express，Intel915/925芯片组介绍最新的主板技术3GIO，PCI-Express，Intel915/925芯片组介绍 • 3GIO：第三代I/O总线技术，由Intel开发的第三代I/O总线技术3GIO注定将会象PCI曾经取得的辉煌那样对整个业界产生深远的影响。 • 目前，PCI架构主要存在以下问题： • 最高只能提供133MB/sec带宽 • 工作频率只有33MHz，速度远远落后于系统其它组件 • 存在IRQ共享问题 • 只能支持有限数量的设备 • 无法连接外部设备 • 可以说，3GIO很好的解决了以上所有问题，同时为用户提供了许多非常实用和有价值的功能。

28. 2002年4月17日，AWG(Arpahoe Work Group，由COMPAQ、Dell、hp、IBM、Intel、Microsoft等公司组成)宣布代号为3GIO 1.0的规范已经顺利完成，并已经移交给PCI-SIG审核，同时，3GIO也已经更名为PCI Express。 • PCI Express (PCIe) • 如同显卡接口标准从PCI向AGP转变的过程一样，PCI Express也带来很多新的特性，但同时并不兼容现有的AGP标准。PCIe的出现弥补了高端显卡领域图像数据高速传输标准缺乏的空白，从某种意义上说，PCIe对总线标准来说具有革命性的意义，因为实际上，自从486计算机以来，系统总线标准并没有进行过本质上的变革。 • 根据众多的资料，我们总结出PCIe带来的一下优点: 更低的指令执行成本 每个数据交换针脚拥有更高的带宽 可通过升级提升性能 点对点传输架构

29. 此项标准的重点是点对点传输架构和可测量性。传统的PCI总线标准本质上类似于网络标准中的共享协议，其理论上拥有133MB/s(33Mhz * 32 bits * 1 byte/8bits )的带宽，而这些带宽又要被所有的PCI设备所共同分享。这个标准在一开始非常适用，但是随着各种新设备的出现，这一点点带宽已经不够众多设备来分享了。更有甚者，现在的千兆以太网卡单独需要的带宽就要比整个PCI总线所能够提供的带宽还要多。而你的系统中可能还需要声卡，视频采集卡等等设备。所有这些设备都像饿虎扑食一般的扑向只有区区133 MB/s带宽的PCI总线，竞争之激烈可想而知，而各设备性能之受限也不难想象。而在PCI Express架构标准中，每一个设备单独占用带宽和处理器及内存交换数据，这样就不会发生资源利用冲突。此外，x1 slot可以提供单向250MB/s（双向500 Mb/s）的数据传输速率，这个速度达到了传统PCI总线全部速率的3.75倍之多。

31. PCI Express 应用—Intel915

32. 主板集成显卡与独立显卡的性能差异分析 • 光有屏幕是不能够显示电脑的数据的。电脑和屏幕之间沟通的接口，就是 “显示卡”。电脑将要显示在屏幕上的数据（内存中），传送到显示卡上，显示卡将数据转换成屏幕可以显示的信号，然后再将信号传送到屏幕上显示出来。因此从内存到显卡的数据量非常大。采用集成显卡与独立显卡相比有三个大的不足： • 集成显卡的GPU一般比主流独立显卡的GPU落后1到2代 • 集成显卡的GPU使用主内存要比显卡上的显示内存慢的多 • GPU要和CPU争用系统总线，从而极大地降低了系统性能