第1阶段 了解计算机主板的结构特点

1.1.1 计算机主板的整体结构

计算机主要是由主机箱、显示器、键盘及鼠标等部分组成的。主机箱的核心部分是主板,是整个计算机系统中的主体电路板,几乎所有的计算机部件都需要通过主板来承载和连接。图1-1为典型主板的实物外形。

从图中可以看出,主板的元器件集成度很高,除了多个超大规模集成芯片和贴片元器件外,还有许多与外设连接的接口、插座及插槽等。主板上包括的主要芯片有北桥芯片、南桥芯片及CPU芯片。这三个芯片是主板最重要的部件可处理计算机中的主要数据信号,任何一个损坏都会造成整个主板不能工作。

CPU芯片安装在CPU芯片插座(插槽)上,通常位于主板的上半部分。由于CPU的耗散功率较大,故在CPU插座(插槽)上一般都单独配有CPU风扇,以降低CPU工作时的温度,防止温度过高而损坏CPU,如图1-2所示。

在主板中,北桥芯片与南桥芯片组成了主板中的芯片组,是联系CPU与外部设备的桥梁和纽带。其性能的优劣决定了主板性能的好坏与级别的高低。

北桥芯片主要负责处理CPU、内存及显卡三者之间的数据交换、数据传输与信息处理；南桥芯片主要支持键盘控制器、USB接口、数据传递方式及高级电源管理。

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在一些主板上还设置有声卡芯片、网卡芯片及电源管理芯片等。其中,声卡芯片也被称为音效芯片,是一个声音处理芯片,主要负责声音的数字处理和数字变换；网卡芯片是主板用来处理网络数据的芯片,主要用来代替网卡；电源管理芯片一般位于CPU附近,主要负责主板上的芯片、CPU等电路的电源分配和监测,为CPU、内存、芯片组等供电。软关机、休眠、唤醒等电源管理功能都是由电源管理芯片实现的,如图1-4所示。

插槽是主板中必不可少的部件,主要包括CPU插槽(插座)、内存插槽、PCI插槽及ISA、PCI-E等板卡扩展插槽等,如图1-5所示。其中,CPU插槽(插座)用于安装计算机的核心部件CPU芯片；内存插槽用于安装内存条,由此主板上设置了两个插槽,以便扩容或升级时使用；扩展插槽则用于安装声卡、视频捕捉卡、网卡等电路组件,用以扩展计算机的功能。

主板中的接口属于数据信号的通道,通过接口与外部设备或是部件进行连接,并实现信息或数据的输入、输出和处理功能。

通常,与外部设备连接的接口被称为I/O(输入/输出的英文缩写)接口,一般集中位于主板的一侧边缘部分,主要有键盘接口、鼠标接口、VGA接口(连接显示器)、并行接口、串行接口、网络连接接口、USB接口、音频接口等,如图1-6(a)所示；还有一些接口位于主板表面,如硬盘接口(IED接口、SATA接口)、ATX电源接口、软驱接口等,如图1-6(b)所示。

主板电源供电接口也叫ATX电源插座,是一个24芯双列插座,用来连接ATX电源,为主板及与主板连接的鼠标、键盘、适配卡等部件进行供电。

IDE接口是40针的双排针插座,主要用于连接IDE设备,如硬盘、光驱等。软驱接口是一个34针的双排针插座,一般标有FDD标志,用来连接软驱。

在主板中还有一些跳线,是指位于主板上用于设置工作状态或外接器件的接线口(或插头座)。其功能是对主板上一些电路的工作状态和工作条件进行设置或调整,如图1-7所示。常用的主要是电源启动信号的输入、电源指示灯的外接、复位开关的接入、硬盘指示灯、扬声器及前置USB、前置风扇等器件的连接。

1.1.2 计算机主板的电路结构

计算机主板不同于其他的电子产品,电路结构复杂,而且在同一个电路中的一些构成器件也比较分散,很不容易进行划分,因此从其实现的功能上可以将主板电路分为开机电路、供电电路(CPU供电电路、接口供电电路、芯片组供电电路、内存供电电路、显卡供电电路)、时钟电路、接口电路、复位电路、BIOS电路及CMOS电路等几个部分。

计算机主板中的这些电路绝不是独立存在的,它们之间相互协调进行信息处理,共同实现主板的整机功能。其各单元电路间的相互关系如图1-8所示。

1.CMOS电路

计算机主板上的CMOS电路被集成在南桥芯片中,主要是用来保存计算机中的CMOS设置信息,并为主板提供一个32.768kHz的实时时钟信号。当主板断电后,CMOS电路在一块纽扣电池(CMOS电池)的供电下仍然正常工作,从而保证CMOS存储器中的信息不会丢失,并保持时间信号的连续性。图1-9为主板中的CMOS电路。

2.开机电路

开机电路是主板中产生电源开机/待机触发信号的电路,控制ATX电源给主板进行供电,使主板开始或停止工作。图1-10为主板中的开机/待机电路。

3.复位电路

主板复位电路主要是由南桥芯片和复位开关构成的。其功能是对计算机进行一次记忆清除处理,将主板上的存储器进行清零,使主板上的电路单元和核心器件进入初始化的状态并重新开始工作。图1-11为主板中的复位电路。

4.主板中的供电电路

计算机主板中的供电电路主要为主板中的各个电路提供工作电压,以满足主板中其他电路的供电需求。由于各部分电路所需的电压值和电流值不相同,所以需要分别供电。计算机主板中的供电电路主要由CPU供电电路、接口供电电路、芯片组供电电路、内存供电电路及显卡供电电路等几部分构成的。图1-12为计算机主板中主要的供电电路部分。

5.时钟电路

主板中的时钟电路通常是由14.318MHz晶体、谐振补偿电容、时钟发生器芯片、电解电容、电感、限流电阻等组成的,如图1-13所示。其功能主要是在计算机启动时提供主振时钟信号,同时在主板正常运行时可以及时提供各种芯片所需要的时钟信号,使主板中各个模块能够协调工作,如为CPU、内存、南桥和北桥、PCI插槽等提供工作时钟。

6.BIOS电路

计算机主板中的BIOS电路与CMOS电路类似,都属于主板中的记忆电路。与CMOS电路不同的是BIOS电路中保存的数据是由厂家设置的,使用者不能够随意修改,如图1-14所示。

由图可知,BIOS电路是由BIOS芯片构成的,是计算机基本的输入/输出系统。其实质是被固化在计算机中的一种程序和检测程序,为主板提供最基本和最直接的硬件控制。

7.接口电路

主板中的接口电路包括键盘/鼠标接口电路、串口接口电路、并口接口电路、USB接口电路、硬盘接口电路、电源接口电路、软驱接口电路、音频接口电路、网卡接口电路等。这些接口电路用于与相应的设备进行连接,一旦损坏也将直接影响计算机的正常工作,因此接口电路也是主板单元电路中不可缺少的部分。图1-15为计算机主板中的接口电路部分。