第三章 微机的总线与主板
本章主要讲
述微机总线的概
念、主板结构、
芯片组、常见主
板,BIOS等。
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本章学习的重点及要求
?总线
? 功能、定义和分类，总线的三个组成部分。
? 掌握 ISA,PCI和 AGP总线的规格和特点。
?芯片组
? 芯片组 (南桥和北桥 )的基本功能。
? 掌握 Intel的常用芯片组的基本特点。
?主机板
? 构成和各部分的功能。
? 了解主板的技术术语和特点。
? 掌握主板上各个设备接口的用途。
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3.1 总线系统
—— 定义和特点
总线的定义：
总线就是各种信号线的集合，是计算机各部件之间传送数
据、地址和控制信息的公共通路。通常根据传送信号的不同
将它们分别称为地址 (address bus)、数据 (data bus)和控制
(Control bus)三大总线。总线是数据总线、地址总线和控制
总线的总称。
总线的特性：
—— 高速：满足 CPU的外部访问要求
—— 标准：使得不同的设备可以和计算机主机系统连接
—— 公共：全部外部设备共同使用
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数据总线 双向 —— 传送的内容
? CPU取指令时 —— 用于传送指令代码
? CPU访问存储器时 —— 用于传送数据
? I/O操作时 —— 用于传送外部数据
? 产生中断时 —— 用于传送中断向量
地址总线 单向 —— 传送的地点
? 存储器访问 —— 传送存储器地址
? I/O访问 —— 传送 I/O地址
控制总线 —— 传送的方向和内容定义
传送的是 CPU和其它控制芯片发出的各种控制信号：
? 读 /写 (W/R)、存储器或 I/O口访问 (M/IO)
? 中断请求,DMA请求,DMA应答等
? 时钟、复位等。
3.1 总线系统
—— 三总线的作用
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总线工作过程举例
一个简化的存储器读周期 —— 如取指令、取操作数
3.1 总线系统
—— 时序举例
时钟
地址总线，输出存储器物理
地址，通过总线传送到存储器
控制总线中的 存储器读 信号有
效，其他控制信号无效
数据总线，存储器输出的数据
到数据总线
地址有效
数据
一个完整的总线周期
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?片内总线
在 CPU内部, 寄存器之间和算术逻辑部件 ALU与控制部
件之间传输数据所用的总线称为片内总线 (芯片内部的总
线 )。
?系统总线 (前端总线 )
一般为 CPU与存储器 (L2 Cache)、芯片组之间的连接总
线。是 CPU的数据、指令等传输通道，也是 I/O总线的过
度总线。
?I/O总线
主机与外部设备之间的连接总线。微机目前使用的 I/O总
线主要是 PCI和 ISA。
?其他符合总线概念的数据通道
包括 USB,SCSI等。
3.1 总线系统
—— 分类
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系统总线
I/O总线
RAM
控制器
（含在芯片组内）
控制器
（含在芯片组内）
L2
Cache
I/O设 备
驱动器
键盘
鼠标
适配器等
CPU
3.1 总线系统
—— 微机总线之间的关系
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?总线位宽
总线宽度指的是可以同时发
送的数据位数。位宽越宽则总线
每秒数据传输率越大。
?总线时钟频率
总线的工作时钟频率以 MHz
为单位，工作频率越高则总线工
作速度越快。
?总线带宽
带宽实质上指的是给定时间内可以发送的最大数据量，
即我们常说的每秒钟传送多少 MB的最大稳态数据传输率。
总线带宽 =总线的位宽 × 总线的工作时钟频率。
3.1.1 总线的主要参数
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系统总线 —— 又称前端总线 (FSB,Front Side Bus)，目
前用于连接 CPU与 RAM (一般是 L2-Cache)。在主板上系统
总线是主干，其它总线是其支干。
?系统总线的时钟频率
系统总线的设计频率一般取决于当时 RAM的速度。
以 400M的 Pentium II 为例：当时的存储器采用的是
PC100的 SDRAM，使用 Intel 440 芯片组,
3.1.2 系统总线
Pentium II
400MHz
X4
100
MHz
时钟
总线接口
Intel 440
芯片组 (北桥 )
PC100
SDRAM
100MHz
系统总线
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3.1.2 系统总线
—— 早期 CPU的系统总线
Intel 386 32位16~25
Intel 486 32位25~100
Pentium 64位77~200
16~25
25~50
60~66
Pentium II 64位233~450 66~100
Pentium III 64位450~733 100~133
CPU 系统总线位宽CPU主频 系统总线频率
由于 CPU速度的发展高于存储器速度的发展,从 Intel
80486开始,CPU采用倍频技术。 Pentium 4 之前系统总线
频率和 CPU外频相同。
从 Pentium 4 开始，系统总线频率高于 CPU外频。
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3.1.2 系统总线
—— P4使用的芯片组支持的系统总线频率
FSB Intel芯片组
400MHz 845,845D/GL
533MHz 845E/G/GE/PE/GV,865P,910GL
800MHz 848P,865PE/G/GV 875P,915P/G/GV,925X,945,955
1066MHz 925XE945,955
P4 CPU
Pentium 4
1.3~2.6GHz
Pentium 4 A,B系列
2.3~2.8GHz
Pentium 4 C,E,
F(64位 )系列
2.4~3.6GHz
Pentium 4 E,
F(64位 )系列
3~3.73GHz
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?I/O总线的作用,I/O总线用于 CPU 与存储器之外的其它部
件的连接,微机主要 I/O设备如显卡、硬盘 /光盘存储设备、
网卡与主机系统的数据交换都是通过 I/O总线完成的。
?I/O总线的特点,I/O总线 在传输速度上要比系统总线低得
多，与 CPU速度、系统总线速度无关。
?I/O总线扩展槽,I/O总线还连接到一些特定的插槽上去对
外开放，以便于外部的各种扩展电路板连入系统。这些插
座被称为系统 I/O总线扩展插槽（ System Input/Output
Bus Expanded Slot）。
ISA总线扩展槽 PCI总线扩展槽
3.1.3 I/O总线
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I/O总线的逻辑结构
CPU 北桥 RAM
AGP
南桥
PCIUSB
键盘
PS2
系统总线
（前端总线）
ISA
I/O 总线
EIDE
网
卡
其它适
配器
COM1 COM2 LPT
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8位 ISA→16 位 ISA→EISA→VESA→PCI →PCI Express
? ISA(Industry Standard Architecture)总线,8086CPU开
始使用的总线，速度较低，目前有些主板已不存在 ISA总
线，将逐渐被淘汰。
? EISA(Extended ISA)总线, 扩展工业标准结构, 是 EISA
集团为配合 32位 CPU而设计的总线扩展标准 。 用于
386PC,现今已被淘汰 。
? VESA(Video Electronics Standards Association)总线：
VESA组织设计的一种开放性总线结构 。 32位宽度, 工
作频率是 33MHz,数据传输率为 133MB/S。 用于 486PC，
已经被 PCI代替 。
? PCI(Peripheral Component Interconnect) 总线,从
Pentium开始使用, 目前使用最广泛的高速总线 。
? PCI Express总线,新一代总线标准 。
3.1.3 I/O总线
—— I/O总线的发展过程
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3.1.4 ISA总线
ISA总线标准来源于 IBM PC/AT机主板使用的系统 I/O总
线和扩展插槽，所以也称为 AT总线 (AT Bus),87年成为国
际通用总线标准 ISA (Industry Standard Architecture) 即工
业标准结构总线。
8位 ISA(8086PC/XT) → 16 位 ISA(80286PC/AT)
ISA总线的主要性能指标如下,
? 20/24位地址线可直接寻址的内存容量为 1MB/16MB。
? 8/16位数据线。
? 62/62+36引脚。
? 最高时钟频率 8MHz
? 最大传输速率 16MB/s
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ISA的信号线
数据总线,D0~D15
地址总线,A0~A23
控制总线：
中断请求,IRQ2~IRQ14 外设向 CPU发中断请求
DMA请求,DQR1~DRQ7 外设向 DMAC发出请求
DMA应答,DACK1~DACK7 DMA应答
存储器读,MEMR
存储器写,MEMW
I/O读,IOR 控制从端口读 (执行 IN指令 )
I/O写,IOW 控制向端口写 (执行 OUT指令 )
时钟信号,OSC,SYSCLK
复位信号,RESET
电源,+5V,-5V,+12V,-12V
3.1.4 ISA总线
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PCI (Peripheral Component Interconnect) 即外部设备互
联总线,PCI是专门为 Intel Pentium处理器设计的。有 32位
和 64位 2个版本。
? 32位 PCI,工作时钟是 33MHz，数据传输率为 133MB/S。
? 64位 PCI,工作时钟提高到 66MHz，数据传输率 528MB/S。
PCI的高速性能使之能支持各种高速设备，特别是 3D图形
加速卡。目前 PCI扩展卡已成为微机高速扩展卡的主流，包
括显示卡、声卡、
Modem卡、网卡、
视频卡等。
3.1.5 PCI总线
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PCI总线的特点
? 支持 PnP,(Plug and Play 即插即用 )功能。可以通
过 PCI总线设置中断号、端口地址等。
? 支持线性突发数据传送方式,对存储器的连续区域
的访问时大大提高了总线的数据传 输率。
? 支持总线主控和同步操作,可以由外设接管总线，
CPU在这时可同步操作。
? 数据和地址线复用,地址和数据采用同一组线，分
时复用传输地址和数据，以降低成本。
? PCI时钟独立于 CPU的主频,提高使用的灵活性，
PCI设备也不影响 CPU。
3.1.5 PCI总线
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AGP(Accelerated Graphics Port)是 Intel公司开发的新一
代图形总线标准。它是建立在 PCI基础上专门针对 3D图形处
理而开发的高性能显示专用接口。
基本 AGP采用 32位位宽，基本 AGP时钟为 66MHz时钟。
传输带宽为 266MB/s。
后相继发展到 AGP2X,AGP4X,AGP8X，其传输带宽分
别为 533MB/s,1.066GB/s,2.133GB/s。
3.1.6 AGP
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PCI Express是一种串行总
线，设备和设备采用点对点
传输，也就是说连接在 PCI
Express总线上的各个设备单
独享有一条总线的所有带宽，
这样就避免了各个设备之间
为争夺总线带宽所导致的系
统性能下降。
PCI Express—— 下一代总线标准
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ISA 16
带宽
MB/S
8086时代为 8位,286时代扩展为 16位
EISA 33 386时代 ISA不能满足显示卡等高速外设
VESA 133 486时代的更高速度总线
PCI 133 Pentium时代的全新总线标准，早期的南北桥连接通道 (i430,…, i440)
IHA 553 取代 PCI成为连接南北桥的通道标准 (i810、i815,…, i875)
AGP 266~2133 PCI速度不能满足要求，同时为减轻 PCI的负荷
PCI
Express
500~
16000
新一代总线标准，将取代 PCI,AGP和 IHA。
从 i915开始采用新的南北桥连接标准。
需求标准
PC机高速通道的发展史
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3.2 主板的控制芯片组
芯片组 (Chipset) 就是与对应的 CPU相配合的一组系统
控制集成电路，它们集成了早期主板上的几十片 Intel专用
集成电路的功能和不断增加的新功能。它集成了：
?系统总线接口，用于连接 CPU和存储器；
? PC机必须的通用接口和专用接口；
?中断控制、定时器,DMA控制等计算机必须的控制电路；
?常用的外部设备，网卡、声卡等；
? I/O总线。
典型的芯片组是由南桥和
北桥两个 IC构成，北桥芯片
连接着主机 (CPU和内存等 )，
南桥芯片连接着各种接口
(驱动器、串并口和总线接
口等 )。
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3.2.1 芯片组功能综述
北桥
南北桥结构芯片组
南桥
外部存储器
CPU
存储器
其他输入输出设备
连
接
总
线
系统总线
显示器
AGP
AGP显卡
EIDE
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芯片组确定计算机的各方面的性能：
? 系统总线速度；
? 存储器标准、最大容量和速度；
? 各种 通用接口和专用接口的功能、性能指标；
? 嵌入的声音、显示、网络等电路；
? 其他集成功能，如电源管理、防病毒等。
主流芯片组是 Intel的 i系列：
? Pentium MMX i430芯片组
? Pentium Ⅱ i440芯片组
? Pentium Ⅲ i810/i815/i820芯片组
? Pentium 4 i845/i850/i848/i865/i875芯片组
? Pentium 4 i915/i920/i925芯片组
? Pentium D i945/955芯片组
3.2.1 芯片组功能综述
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?前端总线频率,CPU与芯片组之间的传送频率，一般为 CPU的外频。
?存储器支持,(存储器 见教材 5.4)
?SDRAM：同步动态存储器,64位,PC100,PC133
?DDR SDRAM：双倍速 SDRAM,速度一般比 SDRAM快一倍
?RDRAM,RambusDRAM，成本较高
?硬盘 接口,
?UDMA/33,DMA方式传送时速率为 33MB/s
?UDMA/66,DMA方式传送时速率为 66MB/s
?ATA-100,DMA方式传送时速率为 100MB/s
?Serial-ATA：最新的串行 ATA接口
?RAID,(Redundant Array of Independent Disks:容错式独立磁盘阵列 )
通过多个磁盘驱动器的协同来实现 高性能 或 高安全性 的技术。有多个
版本,RAID 0/1/2一般用于 PC,RAID 3/4/5通常用于服务器。有 IDE
RAID和 SATA RAID。
芯片组主要技术术语
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?AGP,支持的 AGP端口的速率。目前有 AGP,AGP2X,AGP4X
和 AGP8X几种，其中 AGP8X最新。
?AC’97规范,Intel于 1996年发布了 AC’97标准，它把声卡中成本
最高的 DSP(数字信号处理器 )给去掉了，而通过特别编写驱动程序
让 CPU来负责信号处理，它工作时需要占用一部分 CPU资源。目前
大多数芯片组支持 AC’97。
?USB支持,通用串行接口 。目前芯片组都支持 USB，提供 2-8个
USB接口，有 1.1和 2.0两个版本。
?I/O总线,早期的 P4微机一般是 PCI和 ISA共存，目前大多数主板
没有 ISA总线，最新的总线标准是 PCI Express，将取代 PCI和 AGP。
?CSA（通信流架构,Communication Streaming
Architecture）
千兆以太网（ GbE）
芯片组主要技术术语
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应用于 Pentium 4的 intel系列芯片组举例
i845E i848P i865PE i875P
CPU P 4 P 4 P 4 P 4
超线程 X Y Y Y
前端总线 533M 800M 800M 800M
存储器 2GB 2GB 2GB 4GB
DDR266 DDR400 DDR400X2 DDR400X2
ATA接口 ATA100 ATA100 ATA100 ATA100
SerialATA X 2 2 2
AGP AGP4X AGP8X AGP8X AGP8X
AC’97 6通道 6通道 6通道 6通道
USB 6X2.0 8X2.0 8X2.0 8X2.0
I/O总线 133M PCI 133M PCI 133M PCI 133M PCI
目前使用的芯片组主要指标
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目前使用的芯片组主要指标
—— Intel 865芯片组结构
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925X 915P 915G
处理器 LGA775 Pentium4 LGA775 Pentium4/Celeron D LGA775 Pentium4/Celeron D
FSB频率 800MHz 800 / 533 MHz 800 / 533 MHz
超线程技术 支持 支持 支持
内存最大容量 4GB 4GB 4GB
内存种类 DDRII-400/533 DDR400,DDRII-400/533 DDR400,DDRII-400/533
内存模式 单或双通道 单或双通道 单或双通道
显卡接口 PCI Express x16 PCI Express x16 PCI Express x16
PCI Express 4个 PCI-E 1x 4个 PCI-E 1x 4个 PCI-E 1x
PCI 6个 PCI 6 PCI 6个 PCI
磁盘控制器 1个 ATA-1004个 SATA-150 1个 ATA-1004个 SATA-150 1个 ATA-1004个 SATA-150
USB 8个 USB 2.0 8个 USB 2.0 8个 USB 2.0
网络接口 100MBit MAC 100MBit MAC 100MBit MAC
支持音效 HD Audio 24 Bit、192 kHz,AC97 2.3 HD Audio 24 Bit、192 kHz,AC97 2.3 HD Audio 24 Bit、192 kHz,AC97 2.3
Intel芯片组 —— i915/i925
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HD Audio（ High Definition Audio，高保真音频）
? AC’97,基本指标是 16bit /48KHz的 信号质量,6声道 。
因此,AC’97电脑音频与一般家用音响的 CD相当 。
Intel芯片组 —— i915/i925
? HD Audio,基本指
标是 24bit/96KHz或
24bit/192KHz,8声
道，指标高于 目前最
高音质水平的 DVD-
Audio纯音乐光盘（ 6
声道，每声道
24bit/96KHz） 。
PCI-E总线的主机板 →
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Digital Media Interface
Intel芯片组 —— i925结构
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Intel芯片组 —— i945/i955
—— 2005年 intel最新推出的芯片组
? 全面支持 Intel的双核心处理器,Pentium D和
Pentium Extreme Edition
? 支持 DDR2-667规格的内存
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3.3 主板
主板（ Main Board）又称为系统板（ System
Board）或母板（ Mother Board），它是微机的核
心部件，其性能和质量基本决定了整机的性能和质
量。主板上装有多种集成电路，如中央处理器、专
用外围芯片组、只读存储器基本输入输出系统
ROM BIOS、随机读写存储器 RAM等。还有若干
个不同标准的系统输入输出总线的扩展插槽和各种
标准接口。
7.1声道
音频接口
PCI Express
X16
2个 PCI
Express X1
4个 SATA
硬盘接口
双通道
DDRII
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3.3.1 主板的组成部件
1,印刷电路板
2,CPU插座 (或插槽 )
3,存储器插槽
4,芯片组
5,I/O总线插槽 —— PCI / ISA总线插槽
6,接口
通用接口：串行口、并行口,USB、声音,IDE
专用接口,AGP、软驱接口、键盘、鼠标、网络
电源
7,BIOS芯片
8,CMOS芯片
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印刷电路板
主板所用的印刷电路板
(PCB)是由几层树脂材料粘合在
一起的，内部采用铜箔走线。
一般的 PCB线路板分有四层，
最上和最下的两层是信号层，
中间两层是接地层和电源层。
主信号层
接地层
电源层
辅助信号层
主信号层
接地层
内部信号层
电源层1
电源层2
辅助信号层
( a ) 四层印刷电路板 ( b ) 六层印刷电路板
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CPU插座（或插槽）
Pentium 4
CPU使用的插座
主要有：
Socket423
Socket478
LGA775
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芯片组
Intel 815 VIA PT800 SIS 756
ALi MAGiK 1 AMD 760 nForce 4 Ultra SLI
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总线插槽
PCI总线插槽
AGP插槽
ISA总线插槽
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内存插槽
内存插槽用于插入内存条。目前常见的内存槽有
SDRAM,DDR SDRAM和 RDRAM内存插槽。
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硬盘接口与软驱接口
软驱接口
ATA接口
S-ATA接口
S-ATA连接线
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各种外部设备输入输出端口
外部设备输入输出端口简称 I/O端口，是各种主板接
口的引出端，不必再加接口卡而直接与有关外设相连。目
前主流主板的后侧边沿都有一个并行端口、两个串行端口
(COM1,COM2),USB端口,PS/2鼠标器端口,PS/2键盘
端口。 鼠标接口
键盘接口
COM1U S B 插口
并行口
游戏杆插口
话
筒
音
箱
线路
输入
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电源插座
电源插座主要有 AT电源插座和 ATX电源插座两种，目前
主要采用 20口的 ATX电源插座。
AT电源,是由 P8和 P9两组接口组成，每个接口分别有六个
针脚，支持 +5.0V,+12V,-5V,-12V电压。
ATX电源,ATX电源是 ATX主板配套的电源，主要特点
?软开关；
?增加了在关机状态下能提供 5V供电；
?增加有 3.3V低电压输出。
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BIOS芯片和 CMOS芯片
BIOS (Basic input／ 0utput System)芯片是主板上一
的用于存放程序的只读存储器芯片，用于存放：
?BIOS程序 (基本输入 /输出系统 )，提供最基本、最直接
的硬件控制；
?系统检测和诊断程序；
?系统自举程序。
CMOS芯片是主板上的有小容量存储器的、有专用锂
电池供电的时钟电路。主要功能：
?RTC(Real Time Clock)，实现不间断的电子计时。为
系统提供时间和日期。
?存放系统的硬件设置信息。
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3.3.2 常见主板结构规范
? AT结构,也就是“竖”型板设计，即短边位于机箱后面
板。它最初应用于 IBM PC/AT机上。 AT主板大小为
13× 12英寸。
? Baby AT结构,随着电子元件和控制芯片组集成度的大
幅提高，也相应的推出了尺寸相对较小的 Baby AT主板
结构。 Baby AT大小为 13.5× 8.5英寸。
? ATX结构,是 Intel公司提出的新型主板结构。它的布局
是“横”板设计，就象把 Baby-AT板型放倒了过来，这
样做增加了主板引出端口的空间，使主板可以集成更多
的扩展功能。
? Mini ATX结构,小型的 ATX结构。
? Micro ATX结构,是 Intel公司在 97年提出的主板结构。
主要是通过减少 PCI和 ISA插槽的数量来缩小主板尺寸的。
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习题与思考题
作业,1,2,4,5,8
解释本章出现的名词：
Cache,ISA,PCI,AGP,ACPI,ATA、
Serial ATA,SIS,AMD,IDE,ATX、
SOCKET 478, AC’97, PCI Express,FSB、
RAID,HD Audio
本章主要讲
述微机总线的概
念、主板结构、
芯片组、常见主
板,BIOS等。
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本章学习的重点及要求
?总线
? 功能、定义和分类，总线的三个组成部分。
? 掌握 ISA,PCI和 AGP总线的规格和特点。
?芯片组
? 芯片组 (南桥和北桥 )的基本功能。
? 掌握 Intel的常用芯片组的基本特点。
?主机板
? 构成和各部分的功能。
? 了解主板的技术术语和特点。
? 掌握主板上各个设备接口的用途。
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3.1 总线系统
—— 定义和特点
总线的定义：
总线就是各种信号线的集合，是计算机各部件之间传送数
据、地址和控制信息的公共通路。通常根据传送信号的不同
将它们分别称为地址 (address bus)、数据 (data bus)和控制
(Control bus)三大总线。总线是数据总线、地址总线和控制
总线的总称。
总线的特性：
—— 高速：满足 CPU的外部访问要求
—— 标准：使得不同的设备可以和计算机主机系统连接
—— 公共：全部外部设备共同使用
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数据总线 双向 —— 传送的内容
? CPU取指令时 —— 用于传送指令代码
? CPU访问存储器时 —— 用于传送数据
? I/O操作时 —— 用于传送外部数据
? 产生中断时 —— 用于传送中断向量
地址总线 单向 —— 传送的地点
? 存储器访问 —— 传送存储器地址
? I/O访问 —— 传送 I/O地址
控制总线 —— 传送的方向和内容定义
传送的是 CPU和其它控制芯片发出的各种控制信号：
? 读 /写 (W/R)、存储器或 I/O口访问 (M/IO)
? 中断请求,DMA请求,DMA应答等
? 时钟、复位等。
3.1 总线系统
—— 三总线的作用
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总线工作过程举例
一个简化的存储器读周期 —— 如取指令、取操作数
3.1 总线系统
—— 时序举例
时钟
地址总线，输出存储器物理
地址，通过总线传送到存储器
控制总线中的 存储器读 信号有
效，其他控制信号无效
数据总线，存储器输出的数据
到数据总线
地址有效
数据
一个完整的总线周期
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?片内总线
在 CPU内部, 寄存器之间和算术逻辑部件 ALU与控制部
件之间传输数据所用的总线称为片内总线 (芯片内部的总
线 )。
?系统总线 (前端总线 )
一般为 CPU与存储器 (L2 Cache)、芯片组之间的连接总
线。是 CPU的数据、指令等传输通道，也是 I/O总线的过
度总线。
?I/O总线
主机与外部设备之间的连接总线。微机目前使用的 I/O总
线主要是 PCI和 ISA。
?其他符合总线概念的数据通道
包括 USB,SCSI等。
3.1 总线系统
—— 分类
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系统总线
I/O总线
RAM
控制器
（含在芯片组内）
控制器
（含在芯片组内）
L2
Cache
I/O设 备
驱动器
键盘
鼠标
适配器等
CPU
3.1 总线系统
—— 微机总线之间的关系
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?总线位宽
总线宽度指的是可以同时发
送的数据位数。位宽越宽则总线
每秒数据传输率越大。
?总线时钟频率
总线的工作时钟频率以 MHz
为单位，工作频率越高则总线工
作速度越快。
?总线带宽
带宽实质上指的是给定时间内可以发送的最大数据量，
即我们常说的每秒钟传送多少 MB的最大稳态数据传输率。
总线带宽 =总线的位宽 × 总线的工作时钟频率。
3.1.1 总线的主要参数
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系统总线 —— 又称前端总线 (FSB,Front Side Bus)，目
前用于连接 CPU与 RAM (一般是 L2-Cache)。在主板上系统
总线是主干，其它总线是其支干。
?系统总线的时钟频率
系统总线的设计频率一般取决于当时 RAM的速度。
以 400M的 Pentium II 为例：当时的存储器采用的是
PC100的 SDRAM，使用 Intel 440 芯片组,
3.1.2 系统总线
Pentium II
400MHz
X4
100
MHz
时钟
总线接口
Intel 440
芯片组 (北桥 )
PC100
SDRAM
100MHz
系统总线
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3.1.2 系统总线
—— 早期 CPU的系统总线
Intel 386 32位16~25
Intel 486 32位25~100
Pentium 64位77~200
16~25
25~50
60~66
Pentium II 64位233~450 66~100
Pentium III 64位450~733 100~133
CPU 系统总线位宽CPU主频 系统总线频率
由于 CPU速度的发展高于存储器速度的发展,从 Intel
80486开始,CPU采用倍频技术。 Pentium 4 之前系统总线
频率和 CPU外频相同。
从 Pentium 4 开始，系统总线频率高于 CPU外频。
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3.1.2 系统总线
—— P4使用的芯片组支持的系统总线频率
FSB Intel芯片组
400MHz 845,845D/GL
533MHz 845E/G/GE/PE/GV,865P,910GL
800MHz 848P,865PE/G/GV 875P,915P/G/GV,925X,945,955
1066MHz 925XE945,955
P4 CPU
Pentium 4
1.3~2.6GHz
Pentium 4 A,B系列
2.3~2.8GHz
Pentium 4 C,E,
F(64位 )系列
2.4~3.6GHz
Pentium 4 E,
F(64位 )系列
3~3.73GHz
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?I/O总线的作用,I/O总线用于 CPU 与存储器之外的其它部
件的连接,微机主要 I/O设备如显卡、硬盘 /光盘存储设备、
网卡与主机系统的数据交换都是通过 I/O总线完成的。
?I/O总线的特点,I/O总线 在传输速度上要比系统总线低得
多，与 CPU速度、系统总线速度无关。
?I/O总线扩展槽,I/O总线还连接到一些特定的插槽上去对
外开放，以便于外部的各种扩展电路板连入系统。这些插
座被称为系统 I/O总线扩展插槽（ System Input/Output
Bus Expanded Slot）。
ISA总线扩展槽 PCI总线扩展槽
3.1.3 I/O总线
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I/O总线的逻辑结构
CPU 北桥 RAM
AGP
南桥
PCIUSB
键盘
PS2
系统总线
（前端总线）
ISA
I/O 总线
EIDE
网
卡
其它适
配器
COM1 COM2 LPT
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8位 ISA→16 位 ISA→EISA→VESA→PCI →PCI Express
? ISA(Industry Standard Architecture)总线,8086CPU开
始使用的总线，速度较低，目前有些主板已不存在 ISA总
线，将逐渐被淘汰。
? EISA(Extended ISA)总线, 扩展工业标准结构, 是 EISA
集团为配合 32位 CPU而设计的总线扩展标准 。 用于
386PC,现今已被淘汰 。
? VESA(Video Electronics Standards Association)总线：
VESA组织设计的一种开放性总线结构 。 32位宽度, 工
作频率是 33MHz,数据传输率为 133MB/S。 用于 486PC，
已经被 PCI代替 。
? PCI(Peripheral Component Interconnect) 总线,从
Pentium开始使用, 目前使用最广泛的高速总线 。
? PCI Express总线,新一代总线标准 。
3.1.3 I/O总线
—— I/O总线的发展过程
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3.1.4 ISA总线
ISA总线标准来源于 IBM PC/AT机主板使用的系统 I/O总
线和扩展插槽，所以也称为 AT总线 (AT Bus),87年成为国
际通用总线标准 ISA (Industry Standard Architecture) 即工
业标准结构总线。
8位 ISA(8086PC/XT) → 16 位 ISA(80286PC/AT)
ISA总线的主要性能指标如下,
? 20/24位地址线可直接寻址的内存容量为 1MB/16MB。
? 8/16位数据线。
? 62/62+36引脚。
? 最高时钟频率 8MHz
? 最大传输速率 16MB/s
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ISA的信号线
数据总线,D0~D15
地址总线,A0~A23
控制总线：
中断请求,IRQ2~IRQ14 外设向 CPU发中断请求
DMA请求,DQR1~DRQ7 外设向 DMAC发出请求
DMA应答,DACK1~DACK7 DMA应答
存储器读,MEMR
存储器写,MEMW
I/O读,IOR 控制从端口读 (执行 IN指令 )
I/O写,IOW 控制向端口写 (执行 OUT指令 )
时钟信号,OSC,SYSCLK
复位信号,RESET
电源,+5V,-5V,+12V,-12V
3.1.4 ISA总线
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PCI (Peripheral Component Interconnect) 即外部设备互
联总线,PCI是专门为 Intel Pentium处理器设计的。有 32位
和 64位 2个版本。
? 32位 PCI,工作时钟是 33MHz，数据传输率为 133MB/S。
? 64位 PCI,工作时钟提高到 66MHz，数据传输率 528MB/S。
PCI的高速性能使之能支持各种高速设备，特别是 3D图形
加速卡。目前 PCI扩展卡已成为微机高速扩展卡的主流，包
括显示卡、声卡、
Modem卡、网卡、
视频卡等。
3.1.5 PCI总线
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PCI总线的特点
? 支持 PnP,(Plug and Play 即插即用 )功能。可以通
过 PCI总线设置中断号、端口地址等。
? 支持线性突发数据传送方式,对存储器的连续区域
的访问时大大提高了总线的数据传 输率。
? 支持总线主控和同步操作,可以由外设接管总线，
CPU在这时可同步操作。
? 数据和地址线复用,地址和数据采用同一组线，分
时复用传输地址和数据，以降低成本。
? PCI时钟独立于 CPU的主频,提高使用的灵活性，
PCI设备也不影响 CPU。
3.1.5 PCI总线
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AGP(Accelerated Graphics Port)是 Intel公司开发的新一
代图形总线标准。它是建立在 PCI基础上专门针对 3D图形处
理而开发的高性能显示专用接口。
基本 AGP采用 32位位宽，基本 AGP时钟为 66MHz时钟。
传输带宽为 266MB/s。
后相继发展到 AGP2X,AGP4X,AGP8X，其传输带宽分
别为 533MB/s,1.066GB/s,2.133GB/s。
3.1.6 AGP
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PCI Express是一种串行总
线，设备和设备采用点对点
传输，也就是说连接在 PCI
Express总线上的各个设备单
独享有一条总线的所有带宽，
这样就避免了各个设备之间
为争夺总线带宽所导致的系
统性能下降。
PCI Express—— 下一代总线标准
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ISA 16
带宽
MB/S
8086时代为 8位,286时代扩展为 16位
EISA 33 386时代 ISA不能满足显示卡等高速外设
VESA 133 486时代的更高速度总线
PCI 133 Pentium时代的全新总线标准，早期的南北桥连接通道 (i430,…, i440)
IHA 553 取代 PCI成为连接南北桥的通道标准 (i810、i815,…, i875)
AGP 266~2133 PCI速度不能满足要求，同时为减轻 PCI的负荷
PCI
Express
500~
16000
新一代总线标准，将取代 PCI,AGP和 IHA。
从 i915开始采用新的南北桥连接标准。
需求标准
PC机高速通道的发展史
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3.2 主板的控制芯片组
芯片组 (Chipset) 就是与对应的 CPU相配合的一组系统
控制集成电路，它们集成了早期主板上的几十片 Intel专用
集成电路的功能和不断增加的新功能。它集成了：
?系统总线接口，用于连接 CPU和存储器；
? PC机必须的通用接口和专用接口；
?中断控制、定时器,DMA控制等计算机必须的控制电路；
?常用的外部设备，网卡、声卡等；
? I/O总线。
典型的芯片组是由南桥和
北桥两个 IC构成，北桥芯片
连接着主机 (CPU和内存等 )，
南桥芯片连接着各种接口
(驱动器、串并口和总线接
口等 )。
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3.2.1 芯片组功能综述
北桥
南北桥结构芯片组
南桥
外部存储器
CPU
存储器
其他输入输出设备
连
接
总
线
系统总线
显示器
AGP
AGP显卡
EIDE
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芯片组确定计算机的各方面的性能：
? 系统总线速度；
? 存储器标准、最大容量和速度；
? 各种 通用接口和专用接口的功能、性能指标；
? 嵌入的声音、显示、网络等电路；
? 其他集成功能，如电源管理、防病毒等。
主流芯片组是 Intel的 i系列：
? Pentium MMX i430芯片组
? Pentium Ⅱ i440芯片组
? Pentium Ⅲ i810/i815/i820芯片组
? Pentium 4 i845/i850/i848/i865/i875芯片组
? Pentium 4 i915/i920/i925芯片组
? Pentium D i945/955芯片组
3.2.1 芯片组功能综述
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?前端总线频率,CPU与芯片组之间的传送频率，一般为 CPU的外频。
?存储器支持,(存储器 见教材 5.4)
?SDRAM：同步动态存储器,64位,PC100,PC133
?DDR SDRAM：双倍速 SDRAM,速度一般比 SDRAM快一倍
?RDRAM,RambusDRAM，成本较高
?硬盘 接口,
?UDMA/33,DMA方式传送时速率为 33MB/s
?UDMA/66,DMA方式传送时速率为 66MB/s
?ATA-100,DMA方式传送时速率为 100MB/s
?Serial-ATA：最新的串行 ATA接口
?RAID,(Redundant Array of Independent Disks:容错式独立磁盘阵列 )
通过多个磁盘驱动器的协同来实现 高性能 或 高安全性 的技术。有多个
版本,RAID 0/1/2一般用于 PC,RAID 3/4/5通常用于服务器。有 IDE
RAID和 SATA RAID。
芯片组主要技术术语
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?AGP,支持的 AGP端口的速率。目前有 AGP,AGP2X,AGP4X
和 AGP8X几种，其中 AGP8X最新。
?AC’97规范,Intel于 1996年发布了 AC’97标准，它把声卡中成本
最高的 DSP(数字信号处理器 )给去掉了，而通过特别编写驱动程序
让 CPU来负责信号处理，它工作时需要占用一部分 CPU资源。目前
大多数芯片组支持 AC’97。
?USB支持,通用串行接口 。目前芯片组都支持 USB，提供 2-8个
USB接口，有 1.1和 2.0两个版本。
?I/O总线,早期的 P4微机一般是 PCI和 ISA共存，目前大多数主板
没有 ISA总线，最新的总线标准是 PCI Express，将取代 PCI和 AGP。
?CSA（通信流架构,Communication Streaming
Architecture）
千兆以太网（ GbE）
芯片组主要技术术语
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应用于 Pentium 4的 intel系列芯片组举例
i845E i848P i865PE i875P
CPU P 4 P 4 P 4 P 4
超线程 X Y Y Y
前端总线 533M 800M 800M 800M
存储器 2GB 2GB 2GB 4GB
DDR266 DDR400 DDR400X2 DDR400X2
ATA接口 ATA100 ATA100 ATA100 ATA100
SerialATA X 2 2 2
AGP AGP4X AGP8X AGP8X AGP8X
AC’97 6通道 6通道 6通道 6通道
USB 6X2.0 8X2.0 8X2.0 8X2.0
I/O总线 133M PCI 133M PCI 133M PCI 133M PCI
目前使用的芯片组主要指标
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目前使用的芯片组主要指标
—— Intel 865芯片组结构
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925X 915P 915G
处理器 LGA775 Pentium4 LGA775 Pentium4/Celeron D LGA775 Pentium4/Celeron D
FSB频率 800MHz 800 / 533 MHz 800 / 533 MHz
超线程技术 支持 支持 支持
内存最大容量 4GB 4GB 4GB
内存种类 DDRII-400/533 DDR400,DDRII-400/533 DDR400,DDRII-400/533
内存模式 单或双通道 单或双通道 单或双通道
显卡接口 PCI Express x16 PCI Express x16 PCI Express x16
PCI Express 4个 PCI-E 1x 4个 PCI-E 1x 4个 PCI-E 1x
PCI 6个 PCI 6 PCI 6个 PCI
磁盘控制器 1个 ATA-1004个 SATA-150 1个 ATA-1004个 SATA-150 1个 ATA-1004个 SATA-150
USB 8个 USB 2.0 8个 USB 2.0 8个 USB 2.0
网络接口 100MBit MAC 100MBit MAC 100MBit MAC
支持音效 HD Audio 24 Bit、192 kHz,AC97 2.3 HD Audio 24 Bit、192 kHz,AC97 2.3 HD Audio 24 Bit、192 kHz,AC97 2.3
Intel芯片组 —— i915/i925
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HD Audio（ High Definition Audio，高保真音频）
? AC’97,基本指标是 16bit /48KHz的 信号质量,6声道 。
因此,AC’97电脑音频与一般家用音响的 CD相当 。
Intel芯片组 —— i915/i925
? HD Audio,基本指
标是 24bit/96KHz或
24bit/192KHz,8声
道，指标高于 目前最
高音质水平的 DVD-
Audio纯音乐光盘（ 6
声道，每声道
24bit/96KHz） 。
PCI-E总线的主机板 →
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Digital Media Interface
Intel芯片组 —— i925结构
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Intel芯片组 —— i945/i955
—— 2005年 intel最新推出的芯片组
? 全面支持 Intel的双核心处理器,Pentium D和
Pentium Extreme Edition
? 支持 DDR2-667规格的内存
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3.3 主板
主板（ Main Board）又称为系统板（ System
Board）或母板（ Mother Board），它是微机的核
心部件，其性能和质量基本决定了整机的性能和质
量。主板上装有多种集成电路，如中央处理器、专
用外围芯片组、只读存储器基本输入输出系统
ROM BIOS、随机读写存储器 RAM等。还有若干
个不同标准的系统输入输出总线的扩展插槽和各种
标准接口。
7.1声道
音频接口
PCI Express
X16
2个 PCI
Express X1
4个 SATA
硬盘接口
双通道
DDRII
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3.3.1 主板的组成部件
1,印刷电路板
2,CPU插座 (或插槽 )
3,存储器插槽
4,芯片组
5,I/O总线插槽 —— PCI / ISA总线插槽
6,接口
通用接口：串行口、并行口,USB、声音,IDE
专用接口,AGP、软驱接口、键盘、鼠标、网络
电源
7,BIOS芯片
8,CMOS芯片
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印刷电路板
主板所用的印刷电路板
(PCB)是由几层树脂材料粘合在
一起的，内部采用铜箔走线。
一般的 PCB线路板分有四层，
最上和最下的两层是信号层，
中间两层是接地层和电源层。
主信号层
接地层
电源层
辅助信号层
主信号层
接地层
内部信号层
电源层1
电源层2
辅助信号层
( a ) 四层印刷电路板 ( b ) 六层印刷电路板
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CPU插座（或插槽）
Pentium 4
CPU使用的插座
主要有：
Socket423
Socket478
LGA775
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芯片组
Intel 815 VIA PT800 SIS 756
ALi MAGiK 1 AMD 760 nForce 4 Ultra SLI
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总线插槽
PCI总线插槽
AGP插槽
ISA总线插槽
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内存插槽
内存插槽用于插入内存条。目前常见的内存槽有
SDRAM,DDR SDRAM和 RDRAM内存插槽。
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硬盘接口与软驱接口
软驱接口
ATA接口
S-ATA接口
S-ATA连接线
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各种外部设备输入输出端口
外部设备输入输出端口简称 I/O端口，是各种主板接
口的引出端，不必再加接口卡而直接与有关外设相连。目
前主流主板的后侧边沿都有一个并行端口、两个串行端口
(COM1,COM2),USB端口,PS/2鼠标器端口,PS/2键盘
端口。 鼠标接口
键盘接口
COM1U S B 插口
并行口
游戏杆插口
话
筒
音
箱
线路
输入
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电源插座
电源插座主要有 AT电源插座和 ATX电源插座两种，目前
主要采用 20口的 ATX电源插座。
AT电源,是由 P8和 P9两组接口组成，每个接口分别有六个
针脚，支持 +5.0V,+12V,-5V,-12V电压。
ATX电源,ATX电源是 ATX主板配套的电源，主要特点
?软开关；
?增加了在关机状态下能提供 5V供电；
?增加有 3.3V低电压输出。
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BIOS芯片和 CMOS芯片
BIOS (Basic input／ 0utput System)芯片是主板上一
的用于存放程序的只读存储器芯片，用于存放：
?BIOS程序 (基本输入 /输出系统 )，提供最基本、最直接
的硬件控制；
?系统检测和诊断程序；
?系统自举程序。
CMOS芯片是主板上的有小容量存储器的、有专用锂
电池供电的时钟电路。主要功能：
?RTC(Real Time Clock)，实现不间断的电子计时。为
系统提供时间和日期。
?存放系统的硬件设置信息。
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3.3.2 常见主板结构规范
? AT结构,也就是“竖”型板设计，即短边位于机箱后面
板。它最初应用于 IBM PC/AT机上。 AT主板大小为
13× 12英寸。
? Baby AT结构,随着电子元件和控制芯片组集成度的大
幅提高，也相应的推出了尺寸相对较小的 Baby AT主板
结构。 Baby AT大小为 13.5× 8.5英寸。
? ATX结构,是 Intel公司提出的新型主板结构。它的布局
是“横”板设计，就象把 Baby-AT板型放倒了过来，这
样做增加了主板引出端口的空间，使主板可以集成更多
的扩展功能。
? Mini ATX结构,小型的 ATX结构。
? Micro ATX结构,是 Intel公司在 97年提出的主板结构。
主要是通过减少 PCI和 ISA插槽的数量来缩小主板尺寸的。
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习题与思考题
作业,1,2,4,5,8
解释本章出现的名词：
Cache,ISA,PCI,AGP,ACPI,ATA、
Serial ATA,SIS,AMD,IDE,ATX、
SOCKET 478, AC’97, PCI Express,FSB、
RAID,HD Audio
