主板相关资讯Word文件下载.docx

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CPU-CentralProcessingUnit中央處理器

CPU是電腦的心臟.負責所有的運算及命令.CPU會發出命令去抓取指令.然後根據指令的內容去動作.例如作兩筆資料的加減.在CPU內部運算時均在所謂的Register暫存器裡.然後再把結果存到記憶體.而一串的指令就是程式了.不管是作業系統,應用程式對CPU來說均是一連串的指令.CPU忠實的執行每一個指令來達到程式所想要達到的目的.

以CPU內部暫存器和資料匯流排的大小來分類有:

8Bits:

如Intel的8080和Motorola的6800.

16Bits:

如Intel的8086,80286和Motorola的68000,68010.

32Bits:

如Intel的80386,80486,Pentium,PentiumII和Motorola的68020,68030,68040.

64Bits:

如Digital的Alpha和Intel的下一代CPUMerced.

愈大表示其每次存取的資料量愈多.其處理速度就愈快.能力就愈強.64BitsCPU就比16BitsCPU快了四倍.

以CPU指令的運作方式來分類可分為:

RISC:

簡單指令集.一個指令只需一個CPUCycle即可完成.如此指令只能很簡單.可能需要較多的指令來完成一件工作.如Digital的Alpha和MIPS的RXX00CPU.

CISC:

複雜指令集.一個指令可能需要多個CPUCycle才可完成.如此指令可以很複雜而由CPU來完成.如Intel的CPU均是.

Address定址能力:

CPU可存取位址的大小.定址能力愈大表示可存取的位址愈多.表示此CPU的能力愈強.愈有彈性.定址的大小一般可由位址匯流排來決定.例如若有32條位址線表示定址範圍可由2的32次方算得4GBytes.目前CPU的位址線由32到64條均有.

指令集:

指可讓CPU看得懂的命令.每個廠商所提供的指令均不同.除非是相容性的CPU.因CPU只看得懂0和1.所以指令集是一些碼.稱為機械碼.非常難記.所以指令又以一些較易記的符號來表示.例如88=MOV.88為機械碼.MOV為符號.這個指令是把資料移到一個暫存器上.而以這些符號所寫成的程式即稱為組合語言.組合語言是一低階的語言較適合和硬體非常有關的程式.如驅動程式.BIOS等.而一般程式均使用較高階的語言如BASIC,C,C++等.寫完後再由Compiler編譯器轉換成可執行的機械碼.

Power電源:

CPU電源的大小會直接影響耗電量.所以CPU的發展一直往低電壓方向進行.從5V到一點多伏.例如ARM的CPU可由乾電池來維持長時間的運作.Clock速度:

外頻-系統以此速度供給CPU及其他系統晶片.從近幾年的33MHz到133MHz.

內頻-CPU內部運作的速度由外頻增頻而來.例如X4.表示內頻為外頻的四倍.若外頻的速度為66MHz則此內頻則為66.66X4=266MHz.目前CPU的內頻速度一直在增加.在2000年時應可看到內頻為1000MHz（1GHz）的CPU產品.

為了增加CPU的執行效能各廠商發展出很多技術.例如

多個運算單元同時進行運算.

管線功能-讓指令或資料同時多筆準備好.

預先存取功能-當程式或資料還沒有執行到便預先取得並存於CPU內.

預測功能-預測程式會執行的路徑預先把資料先取回來.

多媒體功能-把一些以往由專屬多媒體晶片的功能加入CPU.例如Intel的MMX. 

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PentiumII

PentiumII是Intel新一代的微處理機.並改變以往的包裝方式變成卡匣式.如下圖:

Slot1是由Intel所發展出來給PentiumII之CPU用的.下圖即是Slot1的插槽.而PentiumII是一塊卡片.透過Slot1和主機板連接.

242pinSlot1

因PentiumII是以卡片的方式所以必須要以下圖之固定裝置來固定在板子上.

（取材自Foxconn網站）

因PentiumII會發出很大的熱量所以還需裝上主動式散熱器以幫助CPU散熱.

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PentiumIII

（取材自Intel網站）

Intel公司繼PentiumII之後又一新作.功能有:

速度從450MHz起.

整合512KB的L2cache.

100MHz系統外頻.

新增加70了StreamingSIMD（SingleInstructionMultipleData）指令.

16KBL1cache.

PentiumIII的SIMD指令表示一個指令內可處理四筆資料.此可大大增進軟體的效率.可用於:

即時MPEG2編碼/解碼.

3D圖形.

AC3Audio.

影像處理.

語音.

PentiumIII和PentiumII 

一樣是插在Slot1上.其包裝方式有二種.

SECC和SECC2..其主要是散熱功能的不同.另外在PentiumIII晶片內部植入了序號.此序號是在晶片生產時植入每一顆均不同.其用意是來作為使用者的身份ID.並可用軟體開啟或關閉此功能.

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MMX-MultiMediaExtension多媒體指令

MMX由Intel於1996所發展出來的.一共增加了57個新的指令.而這些新的指令都是符合多媒體使用.所以就稱為MMX.在新的CPU均增加這項技術.但這也要軟體去使用才可達到它的效能.

MMX 

使用了所謂SingleInstruction,MultipleData（SIMD）的技術.就是以一個指令來執行多個資料.如此可增加非常大的效能.

MMX指令對於多媒體常常要處理的資料作了很好的支援.例如傳利葉轉換,DCT（雜散餘弦轉換）等是MPEG解碼非常重要的運算.以前若不是由硬體來處理就需要佔CPU非常大的時間.而由MMX來運算即可達到非常好的效果.

MMX使MPEG影像解碼,語音辨識,視訊會議系統,影像處理的應用達到可使用CPU本身來完成.

BGA-BallGridArray

BGA為晶片包裝的一種型式.IC晶片固定在一片很薄的PCB上.在此PCB下方植上一顆一顆的錫球.PCB上有銅泊導線連接下方的錫球的上方的晶片.

如此可大大降低傳統的IC包裝方法在IC四方出腳的面積限制.BGA可以達到很高的腳數如一般Chipset常用的352pin.

BGA在腳和腳的距離上也比其他高密度包裝法更寬.如此可提高IC在組裝上的良率所以BGA是IC包裝的新趨勢.

BGA的剖面圖

（取材自Intel的網站）

Chipset-晶片組

Chipset是整個電腦的控制中心.由Chipset連繫CPU和其他週邊設備的運作.Chipset一般來說包含Northbridge和Southbridge. 

Northbridge（北橋）包含:

CPU的介面-Chipset把CPU的訊號轉換成其匯流排的訊號.若是CPU要存取記憶體的資料時.Chipset就必須把CPU的訊號轉成記憶體看得懂的訊號.

記憶體控制器-記憶體需要很複雜的控制線路.完全由Chipset來完成.包含對記憶體的讀,寫,刷新（refresh）.

PCI介面-對PCIBUS所有的控制均由Chipset來完成.

AGP介面-對AGP的存取也由Chipset來完成.

L2Cache介面-對L2Cache的控制.讀,寫,和L1Cache的資料保持一致性的線路.和Miss時資料的回寫.PentiumII己把L2Cache介面整合進去了.

Southbridge（南橋）包含:

ISA介面-把PCI的訊號轉成ISA的訊號.

XBus介面-對BIOS,RTC的存取.

IDE介面-對硬碟機和光碟機的存取.

USB控制器-USB的運作一般均被整合進來.

有些Chipset整合更多週邊.例如VGA,SuperIO.但有些CPU卻把Chipset整合進去.隨著科技的進步整合的動作會更多.intel現生產之HUB介面之晶片組與上述之架構又略有不同.

BIOS-BasicInputOutputSystem

BIOS是個人電腦硬體和作業系統之間非常重要的介面.負責開機時硬體的初始設定和測試.以確保硬體可正常工作.當電腦開機後便會先執行一連串指令這些指令依功能可分為:

一開機自我測試（POST,PowerOnSelfTest）:

測試記憶體晶片組,CMOS儲存資料和磁碟機等,硬體若有錯誤則以ErrorMessage告知問題所在.

二系統組態分析:

分析CPU型態,記憶體大小,軟硬碟機數量與型號………等作為其它動作的參考資料.

三載入作業系統:

藉由一小段稱為BootstrapLoader的程式找出作業系統（如DOSWIN98）在硬碟上的位址並載入,之後便將控制權交作業系統,結束開機動作.

此外BIOS還可分為設定程式和服務程式兩部分,前者用來設定系統的功能,組態,使用權等（設定值儲存於CMOS晶片裡）,後者即是一般所稱的中斷服務程式,藉由中斷要求完成硬體的存取動作.

就硬體而言BIOS屬於EEPROM（ElectricallyErasablePROM）具備可程式化重複抹寫功能,而當燒入資料後,BIOS整體即視為韌體介於軟體及硬體之間.現在我們較常用的BIOS有32Pin的DIP型IC封裝`及體積較小的SOJ封裝BIOS現在INTEL810系列晶片組即搭配此種SOJ封裝BIOS.

就廠牌而言各家廠商之操作畫面,操作方法及POSTCode也有不同,如ASUS與SONYOEM機種採用AWARDBIOS,HPOEM機種採用PHOENIXBIOS其它尚有AMI,MicroidResearch等廠牌但較不常見,當維修時便可參考POSTCode確認問題發生點進行維修

在BIOS的SETUPMenu裡.即還未進到作業系統之前可按某一鏈即可進入到設定畫面.在這裡可設定目期,時間,硬體的一些微調值（例如記憶體）,省電的層次,一些週邊設備的設定值和硬碟機的設定.並可設定密碼. 

另BIOS也提供作業系統和硬體之間的介面.當作業系統需要使用到一些硬體的設備時即會透過BIOS來處理.因為每個系統廠商所設計的硬體並不完全一樣.所以需要有自己的BIOS來和作業系統溝通.

EPROM-ErasableProgrammableRead-OnlyMemory

可抹式唯讀記憶體

（取材自AMD）

一種可重複讀寫的非揮發記憶體（亦即電源移除後還保留所寫入的內容）.但要重新寫入時需要先用紫外線作消除的動作.之後才可在EPROM燒錄器上重新燒入新的內容.其外型可明顯看出上方有一玻璃天窗.平常是用不透光的貼紙貼住.以避免不小心被紫外線照射而使資料消失.

EEPROM-

ElectricallyErasableProgrammable

Read-OnlyMemory

電子式可抹唯讀記憶體

一種可重複讀寫的非揮發記憶體（亦即電源移除後還保留所寫入的內容）.以Byte來作為寫入的單位.

EEPROM的介面有:

Parallel-一次讀寫一個Bytes.

Serial-一次讀寫一個Bits.

I2C-只用二個訊號當作介面. 

FlashROM-快閃唯讀記憶體

（取材自Intel）

FlashROM和EEPROM一樣是一種可重複讀寫的非揮發記憶體（亦即電源移除後還保留所寫入的內容）.但FlashROM是以區塊（block）來作為消除和寫入的單位.每個區塊的大小不定.不同的產品有不同的規格.

消除和寫入的電壓可分為二種:

+12V一般用於BootBlock.為一特殊的區塊用於BIOS啟動系統用.當FlashROM其它區塊被破壞時.BootBlock內的程式可利用軟碟機來重建整個FlashROM.以達到保護BIOS不小心被毀的情況.平常並不供應12V給FlashROM以免BootBlock被破壞.當要寫入BootBlock這個區塊時.就要把Jumper調到+12V.

+5V為單一電源FlashROM.只使用5V即可寫入所有的區塊.但加強了寫入的程序.以避免錯誤的寫入造成FlashROM資料的損壞.

一般均提供十萬次以上重複寫入能力.甚至達百萬次.

FlashROM被用於電腦主機板上的BIOS.及PCMCIA上的memoryCard.這是廣泛用於筆記型電腦及數位相機之儲存設備用.也有直接當成硬碟機來使用.及其他有可能需要更新內容的裝備.

PNP-PlugAndPlay即插即用

PNP可讓系統自動設定硬體和週邊設備而不需使用者調整Jumper和額外的軟體設定.讓使用者新增一個設備而馬上可以使用.為了達到這個目的需要硬體,BIOS,作業系統的支援.硬體需要能夠用軟體重新來設定.而BIOS需要能夠分辨不同的硬體並設定資源不互相衝突.例如IO位址,IRQ,DMA等參數.作業系統也需要具備BIOS的上述功能.支援PNP的作業系統有WIN95,WIN98,WNT5.0.而PNP的規格有BIOS,ISA,SCSI,IDE,CD-ROM,LPT,COM,PCMCIA等.各別的規格詳細規定了如何來達到PNP的方法.可至Microsoft的PNP網站取得各個規格. 

SMbus-SystemManagementBus

SMbus最早是由Intel公司提出來的.現在由SBS管理維護這一個規格.此規格是用Philips的I2C簡化而來.SMbus是由兩條訊號所組成的一種匯流排.是為了在系統上較慢速的裝置及電源管理裝置之間的溝通使用.使系統可取得這些裝置的製造廠商,型號,一些控制資訊,錯誤訊息及狀態.

這兩條訊號為SMBCLK和SMBDATA.這和I2C上的Clock（SCL）和Data（SDA）是一樣的.

（取材自PhilipsI2C）

上圖為一SMbus的架構圖.不同的裝置都接在同一Bus上.在SMbus上只有一個Master.所有的命令均有此Master發出.其他的裝置（Slave）只能接收Master發出的命令或回覆資料給Master.

（取材自SMbus 

規格）

上圖為SMbus開始及結束bus的圖.當SCL為High而SDA由High變Low時表示開始一個SMbus的命令.當SCL為High而SDA由Low變High時表示結束一個SMbus的命令.這二個狀況在Smbus裡是唯一的.在一般傳送資料時均不可能發生.而在一般傳送資料時則是在每一次SCL的上升緣時的SDA狀態來決定.這些資料包含了仲裁,確認,送出資料給那一個裝置及送出的資料.或要取得那一個裝置的資料及由裝置送出的資料.此規格並詳細列出了和I2C不同之處.

AGP-AcceleratedGraphicsPort圖形加速埠

由Intel所主導的3D圖形標準.此標準乃是以PCI的標準為基礎所建立之高效能界面.效率為PCI的四倍.為何要推出AGP.難道PCI的效率不足以擔任3D的傳輸?

因為在3D圖形有一個很重要的功能是貼圖（TEXTUREMAPPING）.經過貼圖後畫面的紋路會變成非常漂亮.但此貼圖需要非常大的傳輸效率.但是PCI的傳輸效率才只有133MB（百萬位元組）.所以才發展出AGP.AGP2X的傳輸效率有533MB（百萬位元組）.以應付大量的資料從memory（記憶體）到AGP之間傳輸.下圖為AGP的方塊圖.左下角的GraphicsAccelerator被移到上方並直接接到AGP上.AGPset為AGPChipset（AGP晶片組）負責CPU到AGP的界面.和Memory（記憶體）到AGP的界面.如此才可避開PCI的瓶頸.

（取材自Intel網站） 

AGP和PCI的比較

AGP 

PCI

32Bits 

32Bits

66Mhz 

33/66Mhz（一般為33Mhz）

132Pin,雙層 

124Pin,單層

Pipelinedrequests,多管線 

Non-pipelined

Address/Data不共同 

Address/Data共同

GTL+-GunningTransceiverLogic+

GTL+是Intel從GTLBus改良而成為PentiumIICPU的介面.GTL+是一電子規格.此規格定出了嚴格的訊號品質.使得在GTL+上可高速的運作.PentiumII的Slot1, 

Slot2就是runGTL+的規格.

如下圖可看出GTL+bus是CPU和Chipset的介面.

（取材自 

Intel文件）

下圖為GTL+訊號的波形

下圖為GTL+的規格

由上列二圖可知GTL+的訊號為1.5V.而GTL+需要一個很穩定的參考電壓Vref為Vtt的三分之二.Vtt為1.5V.所以Vref為1.0V.

Overshoot為訊號由low到high之最高點和Vtt之差值. 

要小於2.5V.

OvershootRingback為訊號由Overshoot之後下降之最低點的值.要在Vref+-250mV之外.

Undershoot為訊號由high到low之最低點和Vss之差值.要小於-0.7V.

UndershootRingback為訊號由Undershoot之後上昇之最高點的值.要在Vref+-250mV之外.

因GTL+為一高速bus.所以在設計上需要特別注意以符合GTL+的規定.否則系統即會出現不穩定的現象.

PCI-PeripheralComponentInterconnect

PCI匯流排由Intel在1993年所發表.是一高速匯流排.支援32bits,33MHz.最後版本可支援至64bits,66MHz.但在PC只支援到32bits,33MHz.

下圖為PCI系統之架構方塊圖.

（取材自PCI規格）

PCIbus和Processor是分開的.PCI是由Chipset所控制.所以PCI可支援不同的CPU.也可支援非Intel相容的CPU.在PCIbus上可掛上支援PCI架構的不同功能IC.例如LAN,SCSI,Graph