一、印制电路板(PCB)
PCB是所有组件赖以“生存”的基础。它实际是由几层树脂材料粘合在一起的,内部采用铜箔走线,名为“迹线”。一块典型的PCB共有四层,最上和最下的两层叫做“信号层”。中间两层则叫做“接地层”和“电源层”。将接地和电源层放在中间,这样便可更容易地对信号线作出修正。当需要安装双处理器,或者处理器引脚数量超过425根时,就要求主板达到六层。这是由于信号线必须相距足够远的距离,以防止“相互干扰”。六层板可能有三个或四个信号层、一个接地层、以及一个或两个电源层,以提供足够的电力供应。
为使系统正常工作,信号迹线的布局与长度是至关重要的因素。与同一个设备连接的迹线在长度上都必须接近,加之迹线布局有误,信号不易保持完整性。普通的示波器无法测量,只有使用一些更专业的设备对其进行测量。对超频者来说,这一点尤其重要。因为超频后,往往要求主板在标称的规格之外运行。若布局不佳,可靠性及稳定性便会大打折扣。
二、电压调节器
同主板连接的不同组件需要不同的电压。最常用的包括5V(BIOS芯片、实时钟芯片、键盘控制器等)和3V(二级缓存、芯片组、SDRAM芯片等)。而处理器要求的电压可以高达3.5V,也可以低于2V以下。电压调节器主要不是用来防止电压骤升,而是用来得到所期望的稳定电压。主机电源直接向主板提供5V的电压。所以只有部分设备,才需要更改这个电压。电压调节有两个办法,要么使用名为VRM的一种插入模块,要么使用一个电压调节电路(焊接到PCB上的一个集成电路)。如果是老式的奔腾处理器,通常都要用到两个电压调节器――一个提供I/O电压(3.3V),另一个提供处理器内核电压。
由于主板需要支持不同类型的处理器,所以必须支持一定范围内的电压输出。在老主板上,这可以通过跳线实现。新主板则大多能自动侦测电压,在一定程度上保证了安全。许多老用户可能对“双电压CPU”记忆犹新,因为它们的内核电压和I/O电压是不同的。而一些更老的CPU,比如老奔腾和一些比较新的IDT CPU,只要求3.3V或3.5V的电压,它们称作“单电压CPU”。
三、电容
电容其实是保证主板质量的关键环节。可惜的是,许多主板评测文章都没有提到这一点;最多也只提到电容的数量,以及使用的是钽电容,还是铝电容。电容主要用于保证电压和电流的稳定。处理器的耗电量处于极不稳定的状态,可能突然增大,也可能突然减少,特别是在执行了一条HALT(待机)指令,或者恢复至正常工作状态的时候。都由电压调节器和电容对这些变化作出响应。铝电容的缺点在于,随着使用年限的增加,它会快速呈“干涸”趋势,最终失去电容能力。此外,这种电容的准确度不高,易受高温的影响。而钽电容有效地解决了这些问题。挑选电容时,另一个重要的因素是ESR(Equivalent Series Resistance,等效串联电阻)值。通常,需要将几个电容并联,以便有效地保护电路,并保持一个较低的电阻值。电阻越大,消耗的电压越高,发热就越厉害(发热不是主要的,CPU所要求的瞬间大电流才是最重要的。),所以ESR值越低越好。设计电容时,各个电容的排列位置和ESR值是两项非常重要的因素,甚至比制造材料还重要。
四、时钟生成器
任何计算机设备都是以时钟的“滴答”为基本步调工作的。但是,并非每个设备都在“监听”相同的时钟。ISA、PCI、AGP、USB和系统总线分别以不同的速度运行,所以都要求专门的时钟信号。处理器也要求一个专门的时钟信号,同步内存芯片(比如用于L2缓存的SRAM和用于主内存的SDRAM)也要求自己的时钟。时钟生成器可以提供所有这些时钟信号。每种主板芯片组都具备一定的“计时”能力,但却并不提供实际的时钟信号。时钟生成器芯片便是为具体的主板芯片组设计的,用于决定可选的系统时钟范围,以及相关的PCI总线速度。AGP总线的工作速度则不一定要由时钟生成器来决定,440BX芯片组便是这样的一个例子。ISA和USB时钟是固定的,要由时钟芯片来决定。主板厂商会根据选用的是什么芯片组,配备多少个PCI/SDRAM插槽,以及要支持多大范围内的系统总线速度,以此来决定时钟生成器芯片的设计。即使芯片组本身允许不同的PCI分频(1/4,1/2等),时钟生成器芯片也有可能不允许,而且主板厂商也不会采用这种时钟生成器芯片。许多人都奇怪系统和PCI总线速度在不同的主板上为何有不同的实现方法,答案便在于时钟生成器芯片的能力有别。
五、BIOS和RTC
计算机要想运行一种操作系统,必须使用一个“引导”或“自举”程序。这个程序从一个已知的内存位置载入,并提供访问关键设备的一些信息,以完成操作系统的载入。例如,这个程序必须载入软驱和硬盘的设备信息,以及基本的显示信息。这样一来,等接力棒交到操作系统手中时,才有足够的前提完成后续的装载。
在PC上,这些引导信息保存在一片快闪内存(Flash Memory)芯片中,名为BIOS(基本输入/输出系统),可保存256KB~4MB的数据,在主板出厂时预先录好。以后想升级这些信息,便必须使用专门的程序,用新数据覆盖老数据,我们称之为“BIOS升级”,或者BIOS的“烧录”。PC加电后,首先经历的一个名为“加电自检”(POST)的过程,它可识别出安装了什么处理器、多大内存以及BIOS上定义的各个设备是否都能正常工作。完成后,引导程序会在每个可引导设备的特定位置寻找一系列特定的指令。满足条件的第一套指令会载入内存,并加以执行。如一切通过,这些指令便会完成引导过程,并开始装载操作系统。
要想使BIOS知道自己需要支持哪些设备,必须提供一片特殊的CMOS集成电路,其中包含了由用户指定的参数,在识别出处理器之后读入。这个电路实际是集成到“实时钟”(RTC)芯片内的,后者负责对具体的日期和时间进行跟踪。要想显示出CMOS中的参数,可在加电自检过程中进入一个特殊的菜单。通常按DEL键,便可唤出这个菜单,然后人工修改或输入。作出的改动必须保存下来,以便下次启动时生效。倘若设备设置有误,便可能无法装载操作系统,或者在进入操作系统后,无法访问设备。RTC和CMOS只有在有供电的前提下,才能维持由用户定义的参数。这个电力是由主板上的一个小电池提供的。如电池失效,或断开,CMOS中的数据便会丢失,必须在下次引导的时候重新输入。
六、其他组件
目前,芯片组集成的控制器越来越多。以支持常用的一系列设备,比如键盘、PS/2鼠标和USB设备等等。当然,这样做会增加芯片组的成本,所以除非极其常用的东西,否则仍然需要独立出去,如SCSI控制器等。假如主板厂家想支持一种芯片组本身不支持的设备,便必须增加一个独立的控制器芯片。例如,有些厂家试图在BX主板上提供对UDMA/66硬盘的支持,所以在板上集成了一个单独的IDE控制器。这样一来,便可多支持四个通道和八个设备。比如升技的BE6-Ⅱ。
七、主板制造规格
现在的主板大多采用ATX规格。这是1995年由Intel颁布的一项标准,取代流行了许久、但缺点甚多的AT结构。ATX的新增特性包括:
1.集成I/O连接器――ATX要求将I/O端口集成到主板上,不再从上面“引出”,从而减轻了安装的难度,也提高了可靠性;
2.集成PS/2鼠标接口;
3.驱动器不易挡住主板――ATX主板看起来就像AT主板旋转了90度,所以将整个板子都展现出来了,操作更方便;
4.处理器不再和扩展卡的安装发生冲突――处理器从主板靠近扩展槽的前方位置移到主板的后上部,接近电源。这样一来,用户可以轻松地安装一张全长的扩展卡,不必担心会碰到CPU;
5.电源进行了重大改进――主板集成一个20针电源插座,而AT主板是两个插座靠在一起;
6.散热更佳;
7.3.3V供电――大部分主板不采用ATX电源提供的3.3V电压,而通过电压调节器提供,因为市面上许多ATX电源提供的3.3V不符合规格的要求。
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