第3章主板“十二五”職業(yè)教育國(guó)家規(guī)劃教材獲全國(guó)優(yōu)秀暢銷書獎(jiǎng)--國(guó)內(nèi)銷量最多的組裝與維修類書3.1主板的分類3.1主板的分類1．按主板的結(jié)構(gòu)分類ATX：標(biāo)準(zhǔn)型，俗稱大板。MicroATX：緊湊型，俗稱小板。

MiniITX：簡(jiǎn)稱為ITX。2．按主板支持CPU的類型分類每種類型的CPU在接口類型、封裝、主頻、工作電壓等方面都有差異，尤其在速度上差異很大。只有采用與主板相匹配的CPU類型，兩者才能協(xié)調(diào)工作。3．按邏輯控制芯片組分類芯片組（Chipset）是主板上最重要的部件，是主板的靈魂，主板的功能主要取決于芯片組。每推出一種新型的CPU，就會(huì)推出與其配套的主板芯片組。4．按生產(chǎn)廠家分類目前主板芯片組只有Intel、AMD兩個(gè)品牌的產(chǎn)品，但市場(chǎng)上的主板品牌有華碩（ASUS）、技嘉（GIGABYTE）、微星（MSI）、華擎（ASRock）、七彩虹（Colorful）等近十個(gè)。5．按是否為整合型分類整合（AllInOne）主板，即主板上集成了視頻處理等功能。通俗地解釋，就是顯示卡、聲卡、網(wǎng)卡等擴(kuò)展卡都被做到主板上。Intel、AMD芯片組廠商都擁有屬于自己的整合型主板芯片組。隨著技術(shù)的提高，整合型主板應(yīng)用越來越多，已經(jīng)成為主流。3.2主板的組成結(jié)構(gòu)主板的主體是一塊多層的印制電路板，在電路板上包括基本電路系統(tǒng)、各類芯片和接口，以滿足計(jì)算機(jī)的各項(xiàng)功能及用戶的硬件擴(kuò)展需求。3.2.1PCB基板PCB（PrintedCircuitBoard，印制電路板）主要由銅皮（覆銅板）、玻璃纖維，經(jīng)樹脂材料粘合而成。3.2.2CPU插座目前常見的CPU插座有兩類：一類是Intel的LGACPU插座；另一類是AMD的SocketCPU插座。3.2.3主板芯片組芯片組（Chipset）是保證系統(tǒng)正常工作的重要控制模塊。芯片組有單片、兩片結(jié)構(gòu)。

3.2.4內(nèi)存條插槽內(nèi)存條插槽的作用是安裝內(nèi)存條，一般主板提供1、2或4個(gè)插槽。3.2.5擴(kuò)展插槽擴(kuò)展插槽（Slot）是主板上用于固定擴(kuò)展卡并將其連接到系統(tǒng)總線上的插槽，也叫擴(kuò)展槽、I/O插槽。目前，新出的主板上只有PCI插槽和PCI-E插槽。1．PCI插槽PCI插槽是基于外部設(shè)備互連（PeripheralComponentInterconnect，PCI）局部總線的擴(kuò)展插槽。PCI接口的數(shù)據(jù)寬度為32bit或64bit，工作頻率為33.3MHz，最大數(shù)據(jù)傳輸速率分別為：(33.3MHz32bit)/8≈133MB/s或(33.3MHz64bit)/8≈266MB/s。2．PCIExpress（簡(jiǎn)稱PCI-E、PCIE或PCIe）插槽PCI-E是由Intel公司提出的總線和接口標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)用于取代PCI。3.2.6硬盤接口1．IDE（EIDE、ATA、PATA）接口現(xiàn)在新出的主板都已經(jīng)不提供原生的IDE接口，但個(gè)別主板廠商為照顧老用戶，通過第三方芯片提供支持。IDE接口的最大數(shù)據(jù)傳輸率是100MB/s。IDE接口為40針雙排針插槽。2．SATA接口SerialATA（簡(jiǎn)稱SATA）僅用4根針腳就能完成所有的工作，分別用于連接電源、連接地線、發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)。SATA1.0定義的數(shù)據(jù)傳輸率為1.5Gbit/s，SATA2.0為3.0Gbit/s，SATA3.0為6.0Gbit/s。3．eSATA接口外部串行ATA（ExternalSerialATA，eSATA）是SATA接口的外部擴(kuò)展規(guī)范。換言之，eSATA就是外置版的SATA，它是用來連接外部而非內(nèi)部SATA設(shè)備。4．mSATA接口有些主板提供了mSATA接口，可以把mSATA接口的固態(tài)硬盤（SSD）接在mSATA接口上。安裝固態(tài)硬盤前后的mSATA接口。5．SATAExpress（SATA-E）為了突破SATA3.0的瓶頸，并為以前的SATA設(shè)備提供兼容，SATA組織于2011年制定，并于2013年批準(zhǔn)了一種新的磁盤接口，稱為SATA-E。6．M.2接口（NGFF接口）SSD速度瓶頸不只是臺(tái)式機(jī)的問題，也是筆記本電腦的問題，為了解決SATA3.0的讀寫瓶頸問題，Intel推出了與mSATA接口近似的NGFF接口，也就是主板上的M.2接口。M.2接口有兩種類型：Socket2和Socket3，其中Socket2支持SATA、PCI-Ex2接口。如果采用PCI-E2.0x2通道標(biāo)準(zhǔn)，M.2接口帶寬與SATAExpress一樣是10Gbit/s（1GB/s）。Socket3可支持PCI-E3.0x4通道，理論帶寬可達(dá)32Gbit/s（接近4GB/s）。3.2.7USB接口1．USB接口標(biāo)準(zhǔn)通用串行總線（UniversalSerialBus，USB）是一個(gè)外部總線標(biāo)準(zhǔn)，用于規(guī)范主機(jī)與外部設(shè)備的連接和數(shù)據(jù)傳送。USB有5個(gè)版本，分別為USB1.0、USB1.1、USB2.0、USB3.0和USB3.1。（1）USB2.0接口USB2.0接口分為4種類型：A型、B型、Mini型和后來補(bǔ)充的Micro型接口，每種接口都分插頭和插座兩個(gè)部分。（2）USB3.0接口USB3.0接口分為3種類型：A型、B型和Micro型（目前無MiniUSB3.0標(biāo)準(zhǔn)），每種接口分為插頭和插座。行業(yè)規(guī)定了USB3.0接口的顏色必須為藍(lán)色。（3）USB3.1接口USB3.1是USB3.0的改進(jìn)版本，其改進(jìn)一是將傳輸速率翻倍達(dá)到了10Gbit/s，二是將供電能力提升至最高100W，此外還提供了視音頻數(shù)據(jù)的傳輸通道。USB3.1的速度分Gen1（5Gb/s）和Gen2（10Gbit/s）兩個(gè)版本，所以并非所有Type-C接口就是最大10Gbit/s的版本，也可能只有5Gbit/s的理論帶寬。自Intel100系主板開始，USB3.1接口更名為USB3.1Gen2接口（理論帶寬為10Gbit/s），而USB3.0接口則更名為USB3.1Gen1接口（理論帶寬為5Gbit/s）。是否有意混淆？（3）USB3.2接口2017年9月行業(yè)技術(shù)聯(lián)盟正式公布了USB3.2標(biāo)準(zhǔn)。USB3.0、USB3.1的版本命名都將消失，統(tǒng)一被劃入U(xiǎn)SB3.2的序列，三者分別再次改名叫做USB3.2Gen1、USB3.2Gen2、USB3.2Gen2x2。同時(shí)，它們還各自有一個(gè)市場(chǎng)推廣命名，分別是SuperSpeedUSB、SuperSpeedUSB10Gbps、SuperSpeedUSB20Gbps。USB3.0（又名USB3.1Gen1，現(xiàn)在叫USB3.2Gen1），傳輸速率只有5Gbps，而根據(jù)USB-IF現(xiàn)在的命名邏輯來看，5Gbps對(duì)應(yīng)的應(yīng)該就是Gen1；USB3.1（又名USB3.1Gen2，現(xiàn)在叫USB3.2Gen2），傳輸速率提升到10Gbps，所以10Gbps對(duì)應(yīng)的就是Gen2；最新的USB3.2傳輸速度直接翻倍提升到20Gbps，所以命名為USB3.2Gen2x2。相比之前的標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)單來說就是速率提升一倍，而使用USB3.2主機(jī)連接USB3.2儲(chǔ)存設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)2GB/秒的數(shù)據(jù)傳輸速度。

USB3.2標(biāo)準(zhǔn)使用Type-C接口，現(xiàn)在越來越多的USBTypeA/B采用Type-C接口。3.2.8Thunderbolt接口1．Thunderbolt1和Thunderbolt2標(biāo)準(zhǔn)Thunderbolt（雷電）技術(shù)由Intel于2011年發(fā)布，通過和Apple公司的技術(shù)合作推向市場(chǎng)，該技術(shù)主要用于連接PC和其他設(shè)備，融合了PCI-E數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和DisplayPort顯示技術(shù)，兩條通道可同時(shí)傳輸這兩種協(xié)議的數(shù)據(jù)。2．Thunderbolt3標(biāo)準(zhǔn)2015年6月Intel公布Thunderbolt3標(biāo)準(zhǔn)，Thunderbolt3與USBType-C統(tǒng)一端口，兼容USB3.1標(biāo)準(zhǔn)，USBType-C設(shè)備可直接插在Thunderbolt3接口上使用。3.2.9BIOS、UEFI單元1．BIOSBIOS全稱是只讀存儲(chǔ)器基本輸入輸出系統(tǒng)（ROMBasicInputOutputSystem，ROMBIOS），它是一組固化到只讀存儲(chǔ)器（ROM）芯片中，為微機(jī)提供最低級(jí)、最直接的硬件控制程序。BIOS中保存的程序主要包括如下幾種。

自診斷程序。

CMOS設(shè)置程序。

系統(tǒng)自舉裝載程序。

I/O設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序和中斷服務(wù)。2．UEFIBIOS統(tǒng)一的可擴(kuò)展固件接口（UnifiedExtensibleFirmwareInterface，UEFI）是一種詳細(xì)描述全新類型接口的標(biāo)準(zhǔn)，是適用于微機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)固件接口，旨在代替BIOS。主板UEFIBIOS的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在更直觀的圖形化設(shè)置界面、更快的開機(jī)速度以及更強(qiáng)的靈活性。而顯卡UEFIBIOS的優(yōu)勢(shì)也同樣出眾，除了進(jìn)一步提升與UEFIBIOS主板的兼容性外還支持最新的Windows8/10快速開機(jī)技術(shù)。Windows8/10快速開機(jī)技術(shù)是Windows8/10系統(tǒng)中最引人注目的一項(xiàng)新技術(shù)，它能將開機(jī)時(shí)間控制在4秒甚至是更短的時(shí)間內(nèi)。而開啟該技術(shù)要求用戶的顯卡與主板必須均支持UEFIBIOS，可見隨著Win8系統(tǒng)和UEFIBIOS主板的不斷普及，顯卡也已經(jīng)步入了UEFIBIOS時(shí)代。因UEFIBIOS顯卡是配合UEFIBIOS主板和Windows8/10操作系統(tǒng)使用的，所以如果用戶的主板未更新至UEFIBIOS版本將可能出現(xiàn)兼容性問題(開機(jī)不顯示/黑屏)。另由于部分UEFIBIOS的數(shù)據(jù)資料，包括Windows8/10快速開機(jī)技術(shù)是在2012年10月才完成設(shè)計(jì)并且導(dǎo)入的，所以此前的UEFIBIOS主板也必須進(jìn)行主板BIOS更新以解決與UEFIBIOS顯卡因沖突導(dǎo)致的不開機(jī)現(xiàn)象。3.2.10主板電源插座主板和插接在主板上的所有配件（CPU、內(nèi)存條、鍵盤、顯示卡等）都通過電源插座供電。3.2.11主板供電單元供電單元是指為CPU、內(nèi)存控制器、集成顯示卡等部件供電的單元，其作用是對(duì)電源輸送來的電流進(jìn)行電壓的轉(zhuǎn)換，對(duì)電流進(jìn)行整形和過濾，濾除各種雜波和干擾信號(hào)，以保證得到穩(wěn)定的電壓和純凈的電流。3.2.12板載聲卡現(xiàn)在板載聲卡已成為主板的標(biāo)準(zhǔn)配置，所有新出的主板都集成了符合AC‘97Rev2.3規(guī)范的音頻編解碼芯片Codec。3.2.13板載網(wǎng)卡芯片主板上集成了具備網(wǎng)卡功能的芯片（10/100/1000Mbit/sFastEthernet控制器）。3.2.14硬件監(jiān)控芯片硬件監(jiān)控芯片的功能主要是對(duì)輸入/輸出接口（如鼠標(biāo)、鍵盤、USB接口等）的控制，以及對(duì)系統(tǒng)監(jiān)控、檢測(cè)（為主板提供CPU電壓偵測(cè)、線性風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制、硬件溫度監(jiān)控等）功能。3.2.15時(shí)鐘發(fā)生器自從IBM公司發(fā)布第一臺(tái)PC以來，主板上就開始使用一個(gè)頻率為14.318MHz的石英晶體振蕩器（簡(jiǎn)稱晶振）來產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率。用晶振與時(shí)鐘發(fā)生器芯片（PPL-IC）組合，構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)鐘發(fā)生器。3.2.16跳線、DIP開關(guān)、插針1．跳線跳線（Jumper）主要用來設(shè)定硬件的工作狀態(tài)，如CPU的核心（內(nèi)核）電壓、外頻和倍頻，主板的資源分配，以及啟用或關(guān)閉某些主板功能等。2．DIP開關(guān)盡管跳線已經(jīng)使硬件設(shè)置變得非常靈活，但是跳線的插拔方式使用起來仍然不太方便。因此，使用DIP開關(guān)，可以更為直觀和容易地設(shè)置硬件的工作狀態(tài)。DIP開關(guān)與普通跳線一樣，只是把小跳線做成了開關(guān)，如圖3-22所示。3．機(jī)箱面板指示燈及控制按鈕插針主板上的插針有很多組，有USB插針、CPU風(fēng)扇插針等，其中最重要的一組是機(jī)箱面板插針，如圖3-23所示。機(jī)箱面板上的電源開關(guān)、重置開關(guān)、電源指示燈、硬盤指示燈等都連接到該插針組上，接頭組的用途見表3-1。3．機(jī)箱面板指示燈及控制按鈕插針主板上的插針有很多組，例如USB插針、CPU風(fēng)扇插針等，其中最重要的一組是機(jī)箱面板插針。3.2.17背板接口1．USB接口2．PS/2接口多數(shù)主板都配有鍵盤和鼠標(biāo)的PS/2接口，靠近主板的紫色口接鍵盤，綠色口接鼠標(biāo)。有些主板只有一個(gè)鍵盤接口插槽；有些主板有一個(gè)鍵盤、鼠標(biāo)通用接口插槽（PS/2Combo接口），插口顏色是紫、綠兩色。3．RJ-45網(wǎng)線接口主板上的板載網(wǎng)絡(luò)接口幾乎都是RJ-45接口，RJ-45是8芯線。RJ-45接口應(yīng)用于以雙絞線為傳輸介質(zhì)的局域網(wǎng)中，網(wǎng)卡上自帶兩個(gè)狀態(tài)指示燈，通過這兩個(gè)指示燈可判斷網(wǎng)卡的工作狀態(tài)。4．無線網(wǎng)絡(luò)外置天線接口對(duì)于板載無線網(wǎng)卡的主板，I/O接口背板上帶有外置天線接口。5．音頻接口目前主板上常見的音頻接口均為3.5mm插孔，有3種：3個(gè)插孔（從上到下的插孔顏色依次為淺藍(lán)色、草綠色、粉紅色），5個(gè)插孔（左側(cè)增加2個(gè)插孔，從上到下的插孔顏色為橙色、黑色），6個(gè)插孔（左側(cè)下方增加1個(gè)灰色插孔）。6．光纖音頻接口（S/PDIF光纖輸出接口）光纖音頻接口（ToshibaLink，TosLink）是日本東芝（TOSHIBA）公司開發(fā)并設(shè)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在視聽器材的背板上有Coaxial標(biāo)識(shí)，TosLink光纖曾大量應(yīng)用在視頻播放機(jī)和組合音響上。7．VGA接口VGA接口是最常見的顯示設(shè)備視頻信號(hào)輸出接口之一，主要連接顯示器，一般為藍(lán)色，有15個(gè)引腳，也稱作D-SUB接口。8．DVI接口DVI接口主要連接LCD等數(shù)字顯示設(shè)備，DVI有兩種，如圖3-44所示，一種是DVI-D，只能接收數(shù)字信號(hào)；另外一種是DVI-I，可同時(shí)兼容模擬和數(shù)字信號(hào)，通過轉(zhuǎn)換接頭可連接到VGA接口上。9．HDMI接口目前的主板和顯示卡上都有高清晰多媒體接口（HighDefinitionMultimediaInterface，HDMI），如圖3-45所示。通過一條HDMI線，可以同時(shí)傳送影音信號(hào)，HDMI1.0接口提供5Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸率，最新發(fā)布的HDMI1.3提供的帶寬為10.2Gbit/s，可以用于傳送無壓縮的音頻信號(hào)和高分辨率視頻信號(hào)。HDMI接口有3種：標(biāo)準(zhǔn)HDMI、MiniHDMI和MicroHDMI。10．DisplayPort（簡(jiǎn)稱DP）接口DisplayPort1.0標(biāo)準(zhǔn)可提供的帶寬高達(dá)10.8Gbit/s。DisplayPort可支持WQXGA+（2560

1600）、QXGA（2048

1536）等分辨率及30/36bit（每原色10/12bit）的色深，充足的帶寬保證了今后大尺寸顯示設(shè)備對(duì)更高分辨率的需求。DisplayPort接口有3種：DP、Mini-DP和Micro-DP。11．eSATA接口ExternalSATA簡(jiǎn)稱eSATA或E-SATA，是外置式SATA2.0規(guī)范的延伸，用來連接外部的SATA設(shè)備。12．串行接口串行（COM）接口簡(jiǎn)稱串口，是采用串行通信協(xié)議的擴(kuò)展接口，常用于連接鼠標(biāo)、外置Modem、寫字板等低速設(shè)備。串口的數(shù)據(jù)傳輸率是115～230kbit/s。目前，新出的主板已取消了串口。13．并行接口并行（PRN、LPT）接口簡(jiǎn)稱并口，是采用并行通信協(xié)議的擴(kuò)展接口。3.3主板芯片組主板芯片組（Chipset）是主板的核心部件，起著協(xié)調(diào)和控制數(shù)據(jù)在CPU、內(nèi)存和各部件之間傳輸?shù)淖饔?，一塊主板的功能、性能和技術(shù)特性都是由主板芯片組的特性來決定的。3.3.1主板芯片組的概念芯片組按芯片數(shù)量可分為單芯片組和南、北橋芯片組；按是否整合顯示卡，分為整合芯片組和非整合芯片組。芯片組也可以集成顯示卡、聲卡和網(wǎng)卡等部件。1．北橋芯片（NorthBridgeChipset）北橋芯片是主板芯片組中起主導(dǎo)作用的組成部分，也稱為主橋（HostBridge），一般位于CPU插槽和PCI-E插槽之間。北橋芯片負(fù)責(zé)與CPU的聯(lián)系，并控制內(nèi)存、PCI-E數(shù)據(jù)在北橋內(nèi)部傳輸，提供對(duì)CPU的類型、主頻、HT或QPI、DMI總線頻率、內(nèi)存的類型和最大容量、PCI-E插槽等的支持，整合型芯片組的北橋芯片還集成了顯示卡核心。2．南橋芯片（SouthBridgeChipset）南橋芯片負(fù)責(zé)低速I/O總線之間的通信，如PCI總線、PCI-E

1或

4、USB、LAN、ATA、SATA、音頻控制器、鍵盤控制器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘控制器、高級(jí)電源管理等。由于這些設(shè)備的速度都比較慢，所以將它們分離出來讓南橋芯片控制，這樣北橋高速部分就不會(huì)受到低速設(shè)備的影響，可以全速運(yùn)行。3.3.2主板系統(tǒng)總線總線是將數(shù)據(jù)從一個(gè)部件傳輸?shù)搅硪粋€(gè)或多個(gè)部件的一組傳輸線，有多種總線類型。1．前端總線（FrontSideBus，F(xiàn)SB）前端總線是CPU與主板北橋芯片之間連接的通道，前端總線也稱為CPU總線，是PC系統(tǒng)中最快的總線，也是芯片組與主板的核心。這條總線主要由CPU使用，用來與高速緩存、主存和北橋之間傳送信息。2．超級(jí)傳輸通道（HyperTransport，HT）總線AMDAthlon64、Athlon64X2、AthlonII、PhenomII等處理器，都在CPU內(nèi)部集成有內(nèi)存控制器，這樣就取消了前端總線。2003年AMD推出了HT總線來完成CPU與主板北橋芯片組之間的連接。HT作為AMD主板CPU上廣為應(yīng)用的一種端到端總線技術(shù)，它可在內(nèi)存控制器、磁盤控制器以及PCI-E總線控制器之間提供更高的數(shù)據(jù)傳輸帶寬。3．快速智能互連（QuickPathInterconnect，QPI）總線CPU集成內(nèi)存控制器后，Intel把CPU與主板北橋芯片組之間的連接總線命名為QPI（與AMD的HT總線相似）。QPI將取代FSB，成為Intel新一代CPU的總線，QDI為串行的點(diǎn)到點(diǎn)連接技術(shù)，也可以用于多處理器之間的互連。4．直接媒體接口（DirectMediaInterface，DMI）總線從Intel第一代Corei系列處理器開始，已將內(nèi)存控制器和PCI-E控制器集成到CPU，即以往主板北橋芯片組的大部分功能都集成到CPU內(nèi)部，在與外部接口設(shè)備進(jìn)行連接的時(shí)候，需要有一條簡(jiǎn)潔快速的通道，就是DMI總線。3.3.3主流主板芯片組目前研發(fā)PC主板芯片組的廠家主要是Intel、AMD兩家公司，各自不同的芯片組規(guī)格僅適合各自的平臺(tái)。下面介紹Intel和AMD兩大架構(gòu)的主流芯片組。1．Intel芯片組（1）Intel芯片組的命名Intel芯片組的命名延續(xù)了過去的規(guī)則，X代表至尊，Z代表高端，H為主流，B為低端，Q為面向商務(wù)品牌機(jī)市場(chǎng)，同時(shí)數(shù)字越大則定位越高。B系列（如B360、B250）屬于入門級(jí)產(chǎn)品，不具備超頻和多卡互聯(lián)的功能，同時(shí)接口及插槽數(shù)量也相對(duì)要少一些。H系列（如H370、H170）比B系列略微高端一些，可以支持多卡互聯(lián)，接口及插槽數(shù)量有所增長(zhǎng)。Z系列（如Z370、Z270）除了具備H系列的特點(diǎn)支持，還能夠?qū)PU進(jìn)行超頻，并且接口和插槽數(shù)量也非常豐富。X系列（如X99、X299）支持至尊系列高端處理器，同時(shí)具備Z系列的各項(xiàng)功能。Q系列（Q370、Q270）針對(duì)商務(wù)品牌機(jī)市場(chǎng)，不對(duì)零售市場(chǎng)銷售。（2）Intel500系列芯片組2021年3月Intel第十一代RocketLake-S的第十一代酷睿臺(tái)式機(jī)處理器上市，與該處理器配套的主板芯片組是500系列，包括Z590、B560、H510等芯片組。Intel500系芯片組原