主板(main board)又叫母板(mother board),它安装在机箱内,是计算机中最基本的也是最重要的部件之一,如图3.32所示。主板一般为矩形电路板,上面安装了组成计算机的主要电路系统,一般有BIOS芯片、I/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指示灯插接件、扩充插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件等元件。

主板采用了开放式结构。主板上大都有6～15个扩展插槽,供PC机外围设备的控制卡(适配器)插接。通过更换这些插卡,可以对微机的相应子系统进行局部升级,使厂家和用户在配置机型方面有更大的灵活性。总之,主板在整个微机系统中扮演着举足轻重的角色。可以说,主板的类型和档次决定着整个微机系统的类型和档次,主板的性能影响着整个微机系统的性能。

(1)主板结构

图3.32　主板结构

所谓主板结构,就是根据主板上各元器件的布局排列方式、尺寸大小、形状和所使用的电源规格等制定出的通用标准,所有主板厂商都必须遵循。主板结构分为AT、Baby-AT、ATX、Micro ATX、LPX、NLX、Flex ATX、E-ATX、WATX以及BTX等结构。其中,AT和Baby-AT是多年前的老主板结构,已经被淘汰;而LPX、NLX、Flex ATX则是ATX的变种,多见于国外的品牌机,国内尚不多见;E-ATX和W-ATX则多用于服务器/工作站主板;ATX是市场上最常见的主板结构,扩展插槽较多,PCI插槽数量在4～6个,大多数主板都采用此结构;Micro ATX又称Mini ATX,是ATX结构的简化版,就是常说的“小板”,扩展插槽较少,PCI插槽数量在3个或3个以下,多用于品牌机并配备小型机箱;而BTX则是英特尔制定的最新一代主板结构,但尚未流行便被放弃,继续使用ATX。

(2)芯片组

主板的核心是主板芯片组,它决定了主板的规格、性能和大致功能。平常说“865PE主板”,“865PE”指的就是主板芯片组。如果说CPU是整个电脑系统的心脏,那么芯片组将是整个系统的躯干。对于主板而言,芯片组几乎决定了这块主板的功能,进而影响整个电脑系统性能的发挥,芯片组是主板的灵魂。芯片组性能的优劣,决定了主板性能的好坏与级别的高低,这是因为CPU的型号与种类繁多、功能特点不一,芯片组如果不能与CPU良好地协同工作,将严重影响计算机的整体性能,甚至不能正常工作。

1)北桥芯片和南桥芯片

在传统的芯片组构成中,一直沿用南桥芯片与北桥芯片搭配的方式,在主板上可以看到它们的具体位置。一般地,在主板上,可以在CPU插槽附近找到一个散热器,下面的就是北桥芯片。南桥芯片一般离CPU较远,常裸露在PCI插槽旁边,块头比较大的北桥芯片是系统控制芯片,主要负责CPU、内存、显卡三者之间的数据交换,在与南桥芯片组成的芯片组中起主导作用,掌控一些高速设备,如CPU、Host bus等。主板支持什么CPU,支持AGP多少速的显卡,支持何种频率的内存,都是北桥芯片决定的。北桥芯片往往有较高的工作频率,因而发热量颇高的南桥芯片主要决定主板的功能,主板上的各种接口、PS/2鼠标控制、USB控制、PCI总线IDE以及主板上的其他芯片(如集成声卡、集成RAID卡、集成网卡等),都归南桥芯片控制。随着PC架构的不断发展,如今北桥的功能逐渐被CPU所包含,自身结构不断简化甚至在芯片组中也已不复存在。

2)BIOS芯片

BIOS(Basic Input/Output System,基本输入输出系统),全称是ROM-BIOS,是只读存储器基本输入/输出系统的简写。BIOS实际是一组被固化到计算机中为计算机提供最低级最直接的硬件控制的程序,它是连通软件程序和硬件设备之间的枢纽。通俗地说,BIOS是硬件与软件程序之间的一个“转换器”,或者说是接口,负责解决硬件的即时要求,并按软件对硬件的操作要求具体执行。从功能上看,BIOS主要包括两个部分:

①自检和初始化,负责启动电脑

加电自检(Power on Self Test,POST),用于电脑刚接通电源时对硬件部分的检测,检查电脑是否良好;初始化,包括创建中断向量、设置寄存器,以及对一些外部设备进行初始化和检测等,其中很重要的一部分是BIOS设置,主要是对硬件设置的一些参数,当电脑启动时会读取这些参数,并与实际硬件设置进行比较,如果不符合,会影响系统的启动;引导程序,用于引导DOS或其他操作系统。BIOS先从软盘或硬盘的开始扇区读取引导记录,如果没有找到,则会在显示器上显示没有引导设备,如果找到引导记录会把电脑的控制权转给引导记录,由引导记录把操作系统装入电脑,在电脑启动成功后,BIOS的这部分任务就完成了。(www.daowen.com)

②程序服务处理和硬件中断处理

这两部分是两个独立的内容,但在使用上密切相关。程序服务处理程序主要是为应用程序和操作系统服务,这些服务主要与输入输出设备有关,例如读磁盘、文件输出到打印机等。为了完成这些操作,BIOS必须直接与计算机的I/O设备打交道,它通过端口发出命令,向各种外部设备传送数据以及从它们那里接收数据,使程序能够脱离具体的硬件操作,而硬件中断处理则分别处理PC机硬件的需求,因此,这两部分分别为软件和硬件服务,组合到一起使计算机系统正常运行。

3)扩展槽

主板上的扩展插槽又称为“总线插槽”,是主机通过系统总线与外部设备联系的通道,用作外设接口电路的适配卡都插在扩展槽内。

4)主要接口

①硬盘接口:硬盘接口可分为IDE接口和SATA接口。在型号老些的主板上,多集成两个IDE口,通常IDE接口都位于PCI插槽下方,从空间上则垂直于内存插槽(也有横向的)。而新型主板上,IDE接口大多缩减,甚至没有,代之以SATA接口。

②软驱接口:连接软驱所用,多位于IDE接口旁,比IDE接口略短一些,因为它是34针的,所以数据线也略窄一些。

③COM接口(串口):大多数主板都提供了两个COM接口,分别为COM1和COM2,作用是连接串行鼠标和外置Modem等设备。COM1接口的I/O地址是03F8h-03FFh,中断号是IRQ4;COM2接口的I/O地址是02F8h-02FFh,中断号是IRQ3。

④PS/2接口:PS/2接口的功能比较单一,仅能用于连接键盘和鼠标。一般情况下,鼠标的接口为绿色、键盘的接口为紫色。PS/2接口的传输速率比COM接口稍快一些,但这么多年使用之后,绝大多数主板依然配备该接口,但支持该接口的鼠标和键盘越来越少,大部分外设厂商也不再推出基于该接口的外设产品,更多的是推出USB接口的外设产品。不过值得一提的是,由于该接口使用非常广泛,因此很多使用者即使在使用USB时也更愿意通过PS/2-USB转接器插到PS/2上使用,外加键盘鼠标每一代产品的寿命都非常长,接口依然使用效率极高,但在不久的将来,被USB接口完全取代的可能性极高。

⑤USB接口:USB接口是如今最为流行的接口,最大可以支持127个外设,并且可以独立供电,其应用非常广泛。USB接口可以从主板上获得500 mA的电流,支持热拔插,真正做到了即插即用。一个USB接口可同时支持高速和低速USB外设的访问,由一条四芯电缆连接,其中两条是正负电源,另外两条是数据传输线。高速外设的传输速率为12 Mb/s,低速外设的传输速率为1.5 Mb/s。USB 3.0已经在主板中出现和普及。

⑥LPT接口(并口):一般用来连接打印机或扫描仪。其默认的中断号是IRQ7,采用25脚的DB-25接头。

⑦MIDI接口:声卡的MIDI接口和游戏杆接口是共用的。接口中的两个针脚用来传送MIDI信号,可连接各种MIDI设备。

⑧SATA接口:SATA的全称是Serial Advanced Technology Attachment(串行高级技术附件),一种基于行业标准的串行硬件驱动器接口,是由Intel、IBM、Dell、APT、Maxtor和Seagate公司共同提出的硬盘接口规范,在IDF Fall 2001大会上,Seagate宣布了Serial ATA 1.0标准,正式宣告了SATA规范的确立。SATA规范将硬盘的外部传输速率理论值提高到了150 MB/s,比PATA标准ATA/100高出50%,比ATA/133也要高出约13%,而随着未来后续版本的发展,SATA接口的速率还可扩展到2X和4X(300 MB/s和600 MB/s)。从其发展计划来看,未来的SATA也将通过提升时钟频率来提高接口传输速率,让硬盘也能够超频。