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计算机主板介绍1．ATXATX主板，如图4.1所示，由Intel公司在2019年推出，用来取代过去的AT主板，它是目前最常见的主板结构。ATX主板最大尺寸为12英寸×9.6英寸（305mm×244mm），明确规定了主板上各部件的位置和高度限制、螺丝孔位，只

要是ATX主板其尺寸与元件布局都相差不多。图4.1ATX主板结构2．MicroATX2019年，Intel公司推出了新的MicroATX主板，如图4.2所示，用它来降低主板制造成本和对电源的需求。MicroATX是从ATX主板修改而来的，主板长度缩减，变成正方形的9.6英寸×9.6英寸（24

4mm×244mm）。MicroATX主板孔位、高度限制与ATX相同，可使用ATX或SFX电源，但PCI扩展槽和其他接口相对减少了，所以MicroATX主板俗称“小板”。图4.2MicroATX主板结构3．FlexATX

为了满足市场对计算机成本降低的需求及计算机的小型化，2019年，Intel公司根据MicroATX制订出更小的主板规格FlexATX，如图4.3所示。FlexATX主板的尺寸为9.0英寸×7.5英寸（229mm×191mm）。它比MicroATX

主板面积小1/3左右，使机箱的布局更为紧凑。图4.3FlexATX主板结构4．BTXBTX是Intel公司推出的新型主板架构BalancedTechnologyeXtended的简称，BTX主板能够在不牺牲性能

的前提下做到体积最小，但目前仍未广泛使用。图4.4为BTX主板结构。图4.4BTX主板结构BTX主板具有如下特点：根据板型宽度的不同分为标准BTX（325.12mm），MicroBTX（264.16mm）、PicoBTX（203.20mm）。支持Low-p

rofile，即窄板设计，系统结构更加紧凑。针对散热和气流的运动，对主板的线路布局进行了优化设计。主板的安装更加简便，机械性能经过最优化设计。支持ATX12V、SFX12V、CFX12V和LFX12

V等多种电源规范。主板提供插座和插槽承载部件，通过接口连接设备。ATX主板的插座、插槽和接口如图4.5所示。图4.5ATX主板的插座、插槽和接口1．主机设备的连接（1）CPU插座CPU接口有针脚式、引脚式、卡式及触

点式等，现在市场上的CPU接口大多是针脚式和触点式。主流的CPU接口主要有Intel系列CPU使用的LGA775/1366和Socket478/479，AMD系列CPU使用的SocketAM3、SocketAM2/AM2+、Socket940、Socket939、Socket754和Socke

tA。对应这些CPU接口类型，主板上设计有不同的CPU插座，不同类型的CPU不能混插。如图4.6所示，LGA775（SocketT）是IntelCore2Duo（酷睿2双核）和Quad（酷睿2四核）及较早的PentiumD、PentiumEE系列处理器的接口，用触点连接方式代替针脚式接

口。（a）（b）（c）图4.6IntelCPU插槽Socket478（a）、LGA775（b）和LGA1366（c）如图4.7所示，SocketAM2是AMD公司在2019年发布的支持双通道DDR2内存的AMD

64位桌面CPU的接口标准，虽然同样具有940根针脚，但SocketAM2与原有的Socket940在针脚定义及针脚排列都不相同，并不互相兼容。目前采用SocketAM2接口的有低端的Sempron、中端的Athlon64、高端的Athlon64X2及Athlon64FX

等AMD桌面CPU。AM2+接口则在AM2的基础上增加了对HyperTransport3.0和分隔电源层的支持，主要支持AMD羿龙CPU，与AM2相互兼容，但如果AM2+CPU安装到AM2接口则功能会受到限制。SocketAM3是AMD羿龙II系列CPU使用的接口，AM3C

PU开始全面兼容DDR3内存，SocketAM3向下兼容SocketAM2+和SocketAM2，但是SocketAM2/AM2+不能兼容SocketAM3CPU。（a）（b）（c）（d）图4.7AMDCPU插槽Socket754（a）、Socket940（b

）、SocketAM2（c）和SocketAM3（d）（2）内存插槽主板上的内存插槽用来插入内存。有168-PinDIMM、184-PinDIMM与184-PinRIMM、240-PinDDR2DIMM与240-PinDDR2RIMM几种，分别插入SDRAM、DD

RSDRAM和RDRAM、DDR2SDRAM和DDR2RDRAM类型的内存。其中240-PinDDR2DIMM是目前的主流内存插槽，184-PinDIMM和168-PinDIMM已逐渐退出市场，至于RIMM一般只

在服务器级主板中使用。240-PinDDR3DIMM是最新的DDR3内存插槽。如图4.8所示为DDR、DDR2、DDR3内存插槽。(a)(b)图4.8240-PinDDR2DIMM、DDR3DIMM（a）和

184-PinDIMM插槽（b）2．扩展设备的连接（1）PCI插槽PCI插槽是Intel公司1991年推出的基于PCI局部总线（PeripheralComponentInterconnect，外围组件扩展

接口）的扩展插槽，其颜色一般为乳白色。最早的PCI总线工作在33MHz频率以下，传输带宽达到133MB/s（33MHz×32b/8），基本上满足了当时的需要。PCI总线系统要求有一个PCI控制卡，它必须安装在PCI插槽内。这种插槽是当前主板带有的数量最多的插槽类型，ATX主板一般带有5～6个

PCI插槽，而小一点的MicroATX主板也都带有2～3个PCI插槽。根据实现方式不同，PCI控制器可以与CPU一次交换32位或64位数据，允许智能PCI辅助适配器利用一种总线主控技术与CPU并行地执行任务。PCI允许多路复用技术，即允许多种信号同时存在于总线上。一些老式

主板上还带有ISA（工业标准结构）总线插槽，ISA是美国IBM公司为286计算机制定的工业标准总线，总线宽度是16位，总线频率为8MHz，如图4.9所示，左边最长的插槽为ISA插槽，中间5个相同的白色插槽为PCI插槽。图4.9

ISA插槽和PCI插槽（2）AGP插槽AGP是连接控制芯片和AGP显卡的点对点连接，但习惯上依然称其为AGP总线。AGP总线直接与主板的北桥芯片相连，通过该接口也可让显示芯片与系统内存直接相连，避免了窄带宽的PCI总线形成的系统瓶颈，增加3D图形数据传输速率，同时在显存不足的情况下还可以调用系统

内存。并行性允许CPU访问系统RAM与AGP显卡访问AGP内存同时进行。AGP的标准规格为AGP8×/4×/2×/1×，在AGP2×标准下可以提供的数据传输速率为533MB/s，在8×标准下可以提供2.1GB

/s的传输速率。图4.10为不同传输标准的AGP插槽。(a)(b)(c)图4.10AGP1×/2×（a）、AGP4×（b）和AGP8×（c）（3）PCIExpress插槽PCIExpress简称PCI-E，它的接口根据总

线位宽不同而存在差异，包括×1、×4、×8、×16模式，而×2模式用于内部接口而非插槽模式。PCI-E插模可以从1条通道连接到32条通道，有非常强的伸缩性，以满足不同设备对数据传输带宽的需求。此外，较短的PCI-E卡可以插入较长的PCI-E插槽中使用。PCI-E×1

插槽的250MB/s传输速率已经可以满足主流声效芯片、网卡芯片和存储设备对数据传输带宽的需求，但是远远无法满足图形芯片对数据传输带宽的需求。PCIExpress×16插槽，如图4.11所示，目前基本上取代了AGP插槽成为显卡的接口标准，它提供

5GB/s的带宽（实际可达4GB/s），远远超过AGP8×的2.1GB/s的带宽，所以PCIExpress可以大幅提高中央处理器（CPU）和图形处理器（GPU）之间的数据传输速率。图4.11PCIExpress×16插槽1．内部设备接口（1）主板电源接口和CPU风扇电源接口电源

支撑着主板和其连接设备的运行。主板的电源接口用于连接电源，为主板供电。一般主板上的电源插座为20-Pin如图4.12（a）所示。插座双排设计，这些针脚彼此都套在形状不同的塑胶护框内，且带有方向性，所以不会插错。CPU风扇

接口用来为风扇提供电力，提供主板对风扇的控制信号。一般主板厂商会在主板上安置3-Pin或4-Pin的CPU风扇接口或系统风扇接口（如图4.12（a）、（c）所示），4-Pin风扇接口首先出现在LGA775主板上，可根据CPU传感器测量

的温度来智能调节风扇转速。此接口旁一般标有CPUFAN字样，注意与其他4-Pin接口区别。（a）（b）（c）图4.12主板的20-Pin电源接口（a）和3-Pin（b）、4-Pin（c）风扇接口（2）IDE接口和软驱FDC接口

如图4.13所示，IDE接口用来连接硬盘和光驱等IDE存储设备，主板上IDE接口一般有两个：IDE1和IDE2。在接口边的PCB上标有IDE编号，通常蓝色的IDE接口为IDE1，白色（或黑色）的为IDE2。软驱接口比IDE接口稍短一点。目前市场上的软驱规格统一，所以不必担心型号问题。（

a）（b）图4.13IDE接口（a）和软驱接口（b）（3）SATA和SCSI接口SerialATA即SATA接口是新一代硬盘、光驱接口，其数据传输速率达到150MB/s。SATA接口（如图4.14（a

）所示）采用低电压、点对点设计，减少了能耗，优化了散热效果。此外，它还支持热插拔功能。SCSI接口多用于服务器和高端工作站，目前主流的SCSI接口规范为SCSI80和SCSI160，传输速率分别为80MB/s和160MB/s。SCSI80接口为孔状80线插槽，

如图4.14（b）所示。（a）（b）图4.14SATA接口（a）和SCSI接口（b）2．外部I/O接口如图4.15所示，为主板外部I/O接口一览图。（1）VGA接口整合了显示芯片的主板上具有VGA接口。它是显卡输出模拟信号的接口

，也叫D-Sub接口。VGA接口是应用最广泛的显卡接口类型，多数显卡都带有此接口。图4.15主板外部I/O接口一览（2）DVI接口和HDMI接口DVI（DigitalVisualInterface，数字视频接口）和HDMI（HighDefinitionMultimediaInt

erface，高清晰多媒体接口）是较新的数字视频传输标准接口。DVI接口是近年来随着数字化显示设备发展起来的一种显示接口。HDMI接口提供高达5Gb/s的数据传输带宽，可以传送无压缩的音频信号及高分辨率视频信号，几乎成为目前液晶电视等高

清显示设备的必备接口。（3）3.5mm模拟音频接口和S/PDIF接口3.5mm模拟音频接口（如图4.16所示）主要用于连接耳机、音箱、麦克风等，独立声卡或集成声卡的主板上都有这些接口。它符合PC‘99规格，采用彩色接口，容易辨别。其中蓝色为Speaker接口，红色为Mic接口，绿色为

Line-in接口。Speaker接口连接音箱、耳机等音频输出设备。Mic是麦克风的输入口，主要有两个作用：一是给麦克风提供工作电压，二是把麦克风信号无衰减地提供给放大器。图4.163.5mm模拟音频接口S/PDIF（Sony/PhilipsDigi

talInterfaceFormat）接口是一种数字传输接口，普遍使用光纤和同轴电缆输出，如图4.17所示，它能保持高保真的输出结果。集成了显示芯片的主板上一般有一个S/PDIF输出接口（黄色），有些还有一个S/PDIF输入

接口（红色）。其主要作用是改善音质，提高信噪比，提供更加纯正的听觉效果。支持S/PDIF技术的声卡提供S/PDIFIn、S/PDIFOut接口。如果有数字解码器或带有数字音频解码的音箱，可以使用S/PDIF接口作为数字音

频输出，使用外置的DAC（Digital-AnalogConverter，数字/模拟转换器，简称数模转换器）进行解码，以达到更好的音质。（a）（b）图4.17同轴电缆（a）和S/PDIF接口（b）（4）网卡接口如

图4.18所示，RJ-45接口是最常见、应用最广的一种网卡接口，这主要得益于双绞线以太网应用的普及。因为这种RJ-45接口的网卡一般应用于以双绞线为传输介质的以太网中，它的接口类似于常见的电话接口RJ-11（在计算机中主要用于56KM

odem），但RJ-45是8芯线，而电话线是4芯的（通常用到2芯）。在网卡上还自带状态指示灯，通过指示灯颜色变化可初步判断网卡的工作状态。（a）（b）图4.18RJ-45接口（a）和RJ-11接口（b）（5）鼠标和键盘PS/2接口PS/2接口

是台式机上较常见的一种鼠标和键盘专用的6针圆型接口。但鼠标只使用其中的4针传输数据和供电，其余2个为空脚。PS/2接口的传输速率比COM接口稍快一些，而且是传统ATX主板的标准接口，不支持热插拔。需要注意，在连接PS/2接口鼠标时不能错误地插入键盘PS/2接

口（当然，也不能把PS/2键盘插入鼠标PS/2接口）。标准主板的PS/2接口，鼠标接口为绿色，键盘接口为紫色。另外，也可以从PS/2接口的相对位置来判断：靠近主板PCB的是键盘接口，上方的是鼠标接口。现在新型主板已经完全取

消了PS/2接口，转而采用即插即用的USB接口连接鼠标和键盘。（6）USB接口USB接口标准有两个，分别为USB1.1和USB2.0，它们之间最显著的区别是传输速率的不同。USB2.0是最新的USB设备规范，理论上最高能达到480Mb/s的传输速率；而USB1.1的理

论传输速率仅为12Mb/s。USB设备接口向下兼容，支持USB2.0设备的USB接口同样也支持USBl.1设备。USB接口可以有多种类型，常见的扁口USB为TypeA型，它对应TypeA型的USB插座；方口的

USB为TypeB型；另外手机上常用的一种小口USB，称为miniUSB。如图4.19所示，从左至右依次为8-Pinmysteryplug（插头）、Mini-Bplug、B-typeplug、A-typereceptacle（插座）、A-typeplug。图4.19不同的USB接口（

7）打印机接口并行接口（如图4.20所示）一般用来连接打印机或扫描仪，采用25-Pin的DB-25接头。并口的工作模式主要有三种，主要使用ECP+EPP模式。图4.20并行接口SPP标准工作模式：单向半双工传输，传输速率仅为15Kb/s

，是传统的工作模式。EPP增强型工作模式：双向半双工数据传输，兼容SPP，传输速率可达2Mb/s。ECP扩充型工作模式：双向全双工数据传输，由于采用压缩传输方式，传输图像时比EPP更快。（8）IEEE

1394IEEE1394，别名火线（FireWire）接口（如图4.21所示），是由苹果公司开发的一种串行高速传送接口，支持同步数据传输。它理论上可以将64台设备串接在同一网络上。传输速率有100Mb/s、200Mb/s、400Mb/s和800Mb/s，目前已经有1

.6Gb/s和3.2Gb/s等规格。（a）（b）图4.21IEEE1394a6-Pin（a）与IEEE1394b4-Pin（b）接口（9）串行接口串行接口，简称串口，主要用于串行逐位（bit-by-bit或bitwise）数据传输。常见的有应用于PC的RS-232（使用25-Pin

或9-Pin连接器，如图4.22所示），应用于工业计算机的半双工RS-485与全双工RS-422。（a）（b）图4.22RS-232插头（a）和接口（b）4.3.1主板芯片组1．芯片组的构成按照在主板上排列位置不

同，芯片组通常分为北桥芯片和南桥芯片。北桥芯片对CPU类型和主频、内存类型和最大容量、ISA/PCI/AGP/PCI-E插槽、ECC纠错等提供支持。南桥芯片则对KBC（键盘控制器）、RTC（实时时钟控制器）、USB（通用串行总线）、SATA/IDE数据传输方式和ACPI（高级能源管理）等提供

支持。其中北桥芯片起着主导性的作用，也称主桥（HostBridge）。对照主板的实物图可以看出，北桥位于CPU和内存插槽附近，南桥则靠近各种扩展插槽。注意，在Intel芯片组上，MCH相当于北桥芯片，IC

H相当于南桥芯片。图4.23为典型的主板芯片组结构图。图4.23典型的主板芯片组结构（a）和IntelP35芯片组结构图（b）2．集成显卡的芯片组集成显卡的芯片组是指芯片组集成了显示芯片，如图4.24所示，使用这种芯片组的主板不需另外安装独立显卡就可实现显示功能，以

满足一般的家庭娱乐和商业应用，节省用户购买显卡的开支。集成显卡的芯片组也叫整合型芯片，这样的主板被称为整合型主板。图4.24NVIDIA公司支持IntelCPU的MCP7A主板在北桥中集成了GeForce9400显示芯片3．芯片组和主板的关系一般来说，芯片组提供哪些

功能，主板就会配置相应功能。不过有时主板厂商基于竞争和成本的考虑，还会加上芯片组未提供的功能，也有可能不提供芯片组所提供的部分功能。例如，部分芯片组可支持4GB（甚至更高）的内存容量，不过真正做到主板上时

，必须考虑内存插槽的数量与布线方式。例如，主板可以只搭配3条内存插槽，每个插槽最高支持1GB，此时主板只能支持3GB的总内存。又如，有些主板会提供SerialATA、IDE/SATARAID、IEEE394支持，以及过热保护、快速还原、个性化开机界面等功能，其

中有些是芯片组未提供的功能，是由生产商自行开发配备的，用以提高主板的附加值。1．总线的概念（1）总线宽度。总线宽度（或总线位宽）是指总线每次可传输多少位信息。位宽越大，单位时间传送的信息越多。（2）总线频率。频率的单位是Hz（赫兹），

表示电流或信号每秒变换几次。由于电信号的速度非常快，所以常用到更大的单位——MHz（MegaHz，兆赫兹）、GHz（吉赫兹）。（3）总线带宽。简单地说，总线带宽（Bandwidth）指在单位时间内可以传送的信息总数。我们知道，总线带宽表示一次可

传送的位数，而总线频率则指每秒可以传送多少次。综合两者，有下列公式：总线带宽（Mb/s）=总线频率（MHz）×总线位宽（b）2．总线的分类总线按其相对于CPU或其他芯片的位置可分为内部总线和外部总线。内部总线：在CPU与

寄存器之间、算术逻辑部件ALU与控制部件之间传输数据所用的总线。外部总线：指CPU与内存、ROM与输入/输出设备接口之间进行通信的通路。总线按功能可分为地址、数据和控制总线。地址总线：用来传送地址信息，目前多

采用32位地址线。数据总线：用来传送数据信息，其大小也就是前面提过的“宽度”。控制总线：用来传送各种控制信号，例如，数据从部件A传送至部件B，当传送完毕时，系统会在控制总线中发出一个信号告知部件B。总线按其作用范围划分，主要有

系统总线和局部总线。系统总线：ISA（AT）标准，MCA，EISA，VESA，PCI，AGP。局部总线：VESA，LocalBusPCI（PCI局域总线）。3．几种重要的总线（1）前端总线。前端总线（FSB，FrontSideBus）也称Proces

sorBus、SystemBus或ProcessorSystemBus（PSB），该通道上接CPU、下连北桥芯片，是CPU对外联络的唯一通道。（2）内存总线。顾名思义，内存总线（MemoryBus）是北桥和内存之间的数据传送通道，它一端与北桥芯片连接，另一端连接内

存插槽。（3）PCI总线。它是目前应用最广插槽最多的总线；早期还作为南、北桥芯片的连接总线，目前则独立分离出来，直接连在南桥芯片上。（4）AGP总线和PCI-E总线。AGP总线是提供给视频信息传输的专用通道，一端连接AGP插槽，另一端连接北桥芯片。（5）南/北桥通道。南/北桥通道是专门

提供给南桥芯片（SouthBridge）与北桥芯片（NorthBridge）间的“高速总线”，它取代了以往与PCI总线“共用频率”的方式，以应付日益庞大的信息量。4．主板与总线的关系当前的计算机各部件速度不一，若仍然使用同一频率，势必会拖累高速设备，

影响系统性能。利用多种频率，可以让不同速度的部件彼此协调，共同运行。总线是为不同部件服务的，所以不同类型的总线其频率不同。主板如何为不同总线产生合适的频率呢？在主板中有一组时钟脉冲发生器（ClockGenerator，见图4.25），负责

以33.3MHz的频率产生脉冲，并送至各个电子元件。该频率送至各电子元件时，可以根据各自的需要，配合倍频器或除频器来提高或降低频率。倍频器是在每次收到一个信号后，产生数个信号以提高频率；除频器则是每收到数个信号之后，只放出一个信号以降低频率。图4.25时钟脉冲发生

器芯片例如，时钟脉冲发生器通过PCI总线外围设备提供33MHz的时钟信号。其中，前端总线（FSB）与图形加速接口（AGP）总线的时钟频率经北桥时钟倍频后间接获得，如可用4倍频（133MHz）的方式运行。图4.2

6为时钟脉冲发生器给各元件提供不同时钟信号示意图。图4.26时钟脉冲发生器为各元件提供不同的时钟信号1．芯片组芯片组由北桥和南桥组成，它是主板的中枢，不同芯片组厂商生产的南/北桥芯片不同。北桥芯片是主板上离CPU最近的一块芯片，负责与CPU的联

系，并控制内存、AGP、PCI数据在北桥内部传输。由于该芯片一直安放在主板的上部而被命名为北桥芯片。Intel公司从815芯片组开始就已经放弃了南/北桥这种说法，Intel的MCH相当于北桥芯片，它是内

存控制器中心，负责连接CPU、显卡总线和内存。北桥芯片组工作时发热量很大，通常配有散热器，一些高端主板产品还配有风扇或散热管。相对于北桥，南桥芯片位于主板的下部。Intel的ICH芯片相当于南桥芯片，它是输入/输出控制器中心，负责连接PCI总线、IDE/S

ATA设备和I/O设备等。2．BIOS芯片BIOS是计算机开机所执行的第一个程序，负责自检（POST）、载入操作系统和设置CMOS等工作。为了适应不断出现的新硬件的需求，BIOS也必须适时更新，所以

主板普遍使用FlashROM存储BIOS，让用户可以直接使用厂商提供的升级程序来修改内容。计算机自身有许多信息需要保存和更新，如日期、时间、磁盘数量与型号、内存数量等，系统将这些信息存储在某个可读/写RAM芯片上，而这个芯片是以CMOS半导体生产的，因此便称为“CMOS”。（a）（b）图4

.27BIOS芯片（a）和BIOS电池（b）3．SATA控制芯片现在，虽然很多南桥芯片都直接提供了对SATA硬盘的支持，但是还有一些主板的南桥并不支持SATA。因此，这些主板往往会通过集成第三方芯片来提供SATA接口。常见的SATA控制芯片（见图4.28）有SiliconImag

e公司的Sil3114CT176、Sil3112ACT144，SiS公司的SiS180等。SATA控制芯片能提供多个SATA接口，具有RAID功能的SATA控制器可把几个硬盘组成磁盘阵列以提高系统性能和稳定性。图4.28一款Intel975主板集成的SATA控制芯

片4．网络控制芯片网卡已经成为主板的“标配”组件，目前新型主板集成的网卡芯片几乎都是千兆位网卡或100/10Mb/s自适应网卡。Intel芯片组的主板多采用Intel公司自己的网卡芯片（见图4.29），其他主板则多采用Realtek公司或Marvell公司的芯片。图4

.291000/100/10Mb/s自适应网络芯片5．音频控制芯片大部分主板都集成了声卡，而集成声卡少不了音频控制芯片，因此主板上一般都集成了一块音频控制芯片（见图4.30），较新的芯片支持HDAudio规范。图4.30

音频控制芯片