主板 “城市”建设一日游
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一、主板的类型
从IBM公司1981年推出的一台IBM PC电脑以来，主板的设计形式经历了XT主板、AT主板、ATX主板几个阶段。
XT主板包括PC主板、XT主板两种类型。它们主要用于采用8088、8086处理器的电脑，目前已经淘汰。
AT主板包括AT标准主板、Baby-AT主板、mini-AT主板、Micro-AT主板4种类型。它们主要用于采用8086~Pentium Ⅱ处理器的电脑，目前也已经淘汰。
1995年7月英特尔公司推出ATX主板设计规范，最新设计规范为1998年12月更新的ATX2.03版。它定义了主板尺寸、主板安装孔位置、主板部件位置及形式、主板接口位置及色彩、机箱设计规范、电源设计规范等内容，目前市场上的电脑都遵循这个设计规范。
ATX主板类型有ATX标准主板、Micro-ATX主板(微ATX型)、Flex-ATX(灵巧ATX型)主板3种类型。标准主板尺寸大，扩充性能好，主要用于中高档台式机，Micro-ATX主板、Flex-ATX尺寸较小，主要用于家庭小型廉价电脑。ATX主板主要用于采用Pentium Ⅱ~Pentium 4处理器的电脑。
其他的主板形式还有LPX(Low PROfile瘦身型)主板，目前已经淘汰。NLX主板是一种侧面插卡的主板，它常见于一些国外品牌电脑之中。它的优点是连线极少，容易维护，缺点是散热不好，国内电脑很少使用这种结构。All-in-one(一体化)主板，常见于一些廉价电脑中。这些主板往往将显卡、声卡、网卡等集成在上面。它的优点是价格便宜，故障率低，缺点是性能不高，升级困难。WTX主板主要用于服务器主机或大型工作站主机。目前，ATX主板是市场上的主流。
二、ATX主板的基本组成
让我们以一块Intel845芯片组主板为例，来看看主板的“城市风貌”吧(（图1）)。
主板看起来零件密密麻麻，像一个迷宫，其实对主板可以用“1-3-5-7”的规则作简要描述。主板包括有：1个CPU插座，3大芯片(北桥芯片、南桥芯片、自检引导芯片BIOS)，5大总线(前端系统总线FSB、内存总线、图形总线AGP、数据交换总线Hub、外设总线PCI)，7大接口(集成驱动电子设备接口IDE、软盘控制器接口FDD、通用串行设备接口USB、通信网络接口CNR、以太网接口LAN、音频接口AC’97、超级输入输出接口SIO)。怎么样，这个“城市”是不是非常有条理。
三、主板上的主要芯片
1.北桥芯片MCH(内存控制中心)
在CPU插座的左方是一个内存控制芯片，也称为北桥芯片。一般在上面覆盖了一块铝质散热片。（图2）为没有安装散热片的北桥芯片。
北桥芯片的主要功能是数据传输与信号控制。北桥芯片一方面要通过前端总线与CPU进行信号交换，另一方面还要与内存、AGP显卡、南桥芯片进行信号传输，因此北桥芯片处理数据量大，容易造成系统带宽瓶颈。该芯片性能的好坏将严重影响系统运行效率，因此它是主板设计的核心芯片。(（图3）)
芯片组性能的好坏决定了系统的基本性能，测试表明，同一个芯片组的主板，它们性能相差不多。当然由于设计、选材、工艺的不同，它们的质量相差较大。因此北桥芯片组是主板这个“城市”的标志性建筑。
2.南桥芯片ICH2(输入输出控制中心)
南桥芯片主要负责外部设备的数据处理与传输，它包含BIOS数据处理、PCI总线数据处理、DMA控制、外设控制、日期时钟控制、IDE设备控制、AC’97音频处理、CNR通信和网络接口控制、USB控制等。
3.BIOS芯片FWH(固件控制中心)
BIOS芯片无固定位置，一般处于主板左下方或左上方(（图4）)。BIOS芯片将一些非常重要的软件固化在一个只读存储器芯片(ROM)中，因此也称它为固件。BIOS芯片是系统软件和硬件之间的重要接口，它性能的好坏直接影响到系统软件与硬件的兼容性。不同厂商的主板需要不同的BIOS，它们之间不能够进行互换。但是同一厂商同一系列主板的BIOS，则可以进行软件升级。BIOS的主要功能包括：初始化硬件设备、系统自检、用户子程序调用等。
4.系统时钟发生器芯片CLK
谁在为电脑提供时钟频率呢？在主板的中间位置有个晶振元件，当主板上电后它就会发生电磁振荡，产生一系列高频电子脉冲波，我们用的电子表里也有这个部件。但是这些脉冲还不够精密，与计算机需要的频率还不匹配，因此还需要将这些原始频率输入在晶振元件附近的时钟频率发生器芯片中，对原始频率进行整形和分频，然后分配给计算机需要的各种工作频率。如CPU前端总线频率、内存总线频率、PCI总线频率、系统时钟等都是通过它得来的。时钟发生器和晶振如（图5）所示。
5.超级输入输出接口芯片SIO
超级输入输出芯片(SIO)一般位于主板左下方或者左上方。主要使用的芯片有Winbond、ITE，它为主板上的标准I/O接口提供控制处理功能。这里所说的“超级”是指它集成了PS/2键盘、PS/2鼠标、串口COM、并口LPT接口等处理功能，而这些接口都是计算机中的慢速I/O设备。它们全部位于主板后部右边。它的主要功能包括负责处理从键盘、鼠标、串行接口等设备传输来的串行数据，将它们转换成为并行数据，同时也负责并行接口、软驱接口数据的传输与处理。超级输入输出接口SIO芯片如（图6）所示。
6.AC’97控制芯片
AC’97音频解码芯片一般位于主板左上方(（图7）)。南桥芯片将数字音频信号处理后，AC’97音频解码芯片将数字音频转换成为模拟音频信号输出。为了最大限度地减少模拟信号的干扰，一般将解码芯片安置在主板左上方，并且在解码芯片的周围采用了大容量的滤波电容，这对提高信噪比多少会有一些好处。
虽然这种声卡在声音效果上与专门的声卡没法比，而且还会占用一定的系统资源，但是对于那些对音频效果要求不高的家庭用户或者办公用户来讲已经足够了，而它的价格优势则是那些硬声卡所不能比拟的。
有些主板为了得到更好的音频效果，另外又在主板左上方安装了一个数字音频处理芯片，这样既可以通过AC’97解码芯片输出简单的模拟音频信号，又可以通过数字音频芯片输出高品质的数字音频信号。
四、主板上的主要插座
1.CPU插座
目前主板大部分采用Socket系列CPU插座，Socket插座位于主板右方，属于零拔插力插座(ZIF)，如（图8）。
2.内存总线插座
内存类型不同，内存插座的形式也有所区别。SDRAM内存采用168线的DIMM内存插座，大部分主板上有3条DIMM内存插座。如果只有一根SDRAM内存条，一般可以插在任何一个DIMM插座中。DIMM内存插座在主板中间和左边有两个防反插断口，注意不要插错。（图9）为SDRAM内存168线DIMM插座。
DDR SDRAM内存采用184线DDR DIMM插座，形式与DIMM插座基本相同，但在插座中间只有一个防反插断口。
Rambus内存采用184线RIMM插座，插座中间有两个防反插断口。主板上一般有2组4个RIMM内存插座，空着的内存插座必须插上连接卡，当需要内存升级时，只要将相应的连接卡换成Rambus内存即可。
三种内存插座的比较如（图10）0。
3.AGP图形总线插座
AGP总线插座位于主板中间位置(（图11）1)。它提供显示卡专用的快速数据传输通道。AGP总线是由PCI总线发展而来，主要设计思想是：提高图形总线运行频率、利用主存来做图形纹理数据存储。
4.PCI总线插座
PCI总线插座在主板左方(见（图11）1)，一般主板有5～6个PCI总线插座。PCI总线主要负责外设信号的传输。
5.CNR通信网络接口插座
CNR(通信网络接口)插座在主板左上角边上。它有两个作用：一是配置CNR接口声卡，让电脑具有6声道环绕声效果；二是配置CNR接口网卡，可以连接专用的家庭电话网络(Phone PNA，1/10Mbps)，或10/100Mbps的以太网卡；或者配置Modem卡，让电脑具备因特网连接功能。
6.IDE设备接口插座
目前大部分主板提供一个ATA100的IDE1接口和一个ATA33的IDE2接口(（图11）1)。ATA100的IDE1接口一般在主板下方，多为蓝色插座，采用40针80线的接口形式，数据传输率为100MB/s，主要用于连接主引导硬盘。ATA33的IDE2接口采用40针40线的接口形式，多为白色插座，数据传输率为33MB/s，主要用于连接光驱。
五、主板上的线路
主板上的线路由三种类型组成：信号线、电源线、地线(（图12）2)。信号线又包括：数据线、地址线、控制线。信号线最细，电源线宽度中等，地线往往是成块的。
主板的布线对系统性能和稳定性有很大影响。大多数信号线都布置在主板元件层。好的布线应该均匀整齐，线路转弯角度应大于135度。当大量高频信号线整齐均匀布线时，线路之间会产生干扰信号。为了避免这些干扰，一些主板对信号线分为上下两层，并且呈90度十字形分布，最大限度地减少了干扰。主板上的信号线应当均匀光滑，没有锯齿现象，这样可以减少信号线之间的杂波干扰。用手指轻轻抚摸主板上的信号线，看是否有足够的厚度，如果信号线太细太薄，容易造成高频信号线的局部发热和干扰。
大量平行布线会影响信号的稳定性，蛇形布线可以减少线路中产生的感应电流(（图13）3)。蛇形布线的另一个目的是使信号线之间的距离相等，避免时钟信号不同步，从而影响高频电路的稳定性。例如主板上北桥芯片到CPU插座之间就采用了蛇形布线方式。
主板上的芯片、电子元件、总线插座等外设都需要直流电源，因此主板电源线路的设计非常重要。电源线应当尽可能绕过重要的信号线，避免产生电磁干扰。好的主板各个部分都有各自的电源滤波大电容，而各部分不同的高频信号通过电源电路相互耦合，提高信噪比和信号的稳定性。
地线的面积是越大越好，大面积接地也可以减少电磁干扰，当然也有细小的地线。例如一些主板在内存插座与北桥芯片之间，在信号线之间夹上地线，大大提高了信号的抗干扰能力。主板的表面涂了一层很薄的绝缘漆，这样可以避免信号线路之间的短路，并可防止线路的氧化。
六、主板的主要元件
1.PCB电路板
主板采用印刷电路板(PCB)制造，它是在一种绝缘材料上采用电子印刷工艺制成的。市场上有4层PCB主板和6层PCB主板(（图14）4为PCB主板信号分布图)。用6层PCB板设计的主板，稳定性大大提高，也不容易变形。
主板上有很多细小的孔，目的是在线路或元件之间形成障碍，使线路或元件不能相连。这些连通孔应尽量小和少，因为每一个连通孔与线路成90度的直角，在高频电路中都相当于电感元件，过多的连通孔无疑会增加对线路的干扰。
2.电子元件
主板上很多贴片电容主要是为了消除信号干扰而设计的(如（图15）5、（图16）6)。大型的电解电容主要用于稳定主板局部电压。贴片电容的多少，是影响系统稳定性的关键因素。
贴片电阻的主要作用是提高信号的驱动能力。
在主板上还有一些绕有铜线的磁环，它们是一种电感元件，称为扼流圈，主要用于局部电压调节。扼流圈、开关管集成电路、电解电容往往在一起进行电压调制稳定工作。
3.主板跳线
在主板上还有一些跳线插座，它们的作用主要是进行主板硬件配置(（图17）7)。如：CPU电压调整、CMOS密码清除等。还有一些跳线插座是用来连接主机面板的电源灯、硬盘灯、喇叭、电源开关、复位按键等接线的。(（图18）8)
