认识计算机主板及其常见故障
2015-02-25 16:59:59 
阿炯
台式机主板：就是平常大部分场合所提到的应用于PC的主板，板型是ATX或Micro ATX结构，使用普通的机箱电源，采用的是台式机芯片组，只支持单CPU，内存最大能支持到4GB，而且一般都不支持ECC内存。存储设备接口也是采用IDE或SATA接口，某些高档产品会支持RAID。显卡接口多半都是采用PCIE-X16，某些高档产品也会采用AGP Pro接口以支持某些高能耗的高档显卡。扩展接口也比较丰富，有多个USB 3/0/2.0/1.1,IEEE1394,COM,LPT,IrDA等接口以满足用户的不同需求。扩展插槽的类型和数量也比较多，有多个PCI,CNR,AMR等插槽适应用户的需求。如果有整合的网卡芯片，也是单10/100/1000Mbps或高档的千兆网卡。在价格方面，即有大量的几百元的入门级或主流产品，也有一二千元的高档货以满足不同用户的需求，生产厂商和品牌也非常多，市场上常见的就有几十种之多。较为知名的品牌有华硕、技嘉、微星、升技等台湾厂家生产的主板。本站收集了一些主流的主板厂家。
主板芯片组：芯片组(Chipset)是主板的核心组成部分,如果说中央处理器(CPU)是整个电脑系统的心脏，那么芯片组将是整个身体的躯干。在电脑界称设计芯片组的厂家为Core Logic，Core的中文意义是核心或中心，光由字面的意义就足以看出其重要性。对于主板而言，芯片组几乎决定了这块主板的功能，进而影响到整个电脑系统性能的发挥，芯片组是主板的灵魂。芯片组性能的优劣，决定了主板性能的好坏与级别的高低。这是因为目前CPU的型号与种类繁多、功能特点不一，芯片组若不能与CPU良好地协同工作，将严重地影响计算机的整体性能甚至不能正常工作。
芯片生产厂家：到目前为止，能够生产芯片组的厂家无非就是Intel(美国)、VIA(中国台湾)、SiS(中国台湾)、ALi(中国台湾)、AMD(美国)、nVidia(美国)、ATI(加拿大)、Server Works(美国)等几家，其中以Intel和VIA的芯片组最为常见。在台式机的Intel平台上，Intel自家的芯片组占有最大的市场份额，而且产品线齐全，高中低端以及整合型产品都有，VIA、SIS、ALI和最新加入的ATi几家加起来都只能占有比较小的市场份额，而且主要是在中低端和整合领域；在AMD平台上，AMD自身通常是扮演一个开路先锋的角色，产品少，市场份额也很小，而VIA却占有AMD平台芯片组最大的市场份额，但现在却收到后起之秀nVidia的强劲挑战，后者凭借其nForce2芯片组的强大性能，成为AMD平台最优秀的芯片组产品，进而从VIA手里夺得了许多市场份额，而 SIS与ALi依旧是扮演配角，主要也是在中低端和整合领域。笔记本方面，Intel平台具有绝对的优势，所以Intel的笔记本芯片组也占据了最大的市场分额，其它厂家都只能扮演配角以及为市场份额极小的AMD平台设计产品。
在选购整机尤其是有特定功能的计算机时，首先就必须确定适合自己的芯片组，这基本上能决定电脑的整体性能。建议按照具体应用的需求来决定主板芯片组产品，不一定要最新最好性能最强大，只要能满足自己的需要就行，以免增大自己的采购成本和运行维护成本，以及造成系统性能的浪费。
前端总线频率
总线是将信息以一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的一组传输线。通俗的说，就是多个部件间的公共连线，用于在各个部件之间传输信息。人们常常以 MHz表示的速度来描述总线频率。总线的种类很多，前端总线的英文名字是Front Side Bus，通常用FSB表示，是将CPU连接到北桥芯片的总线。计算机的前端总线频率是由CPU和北桥芯片共同决定的。
北桥芯片负责联系内存、显卡等数据吞吐量最大的部件，并和南桥芯片连接。CPU就是通过前端总线(FSB)连接到北桥芯片，进而通过北桥芯片和内存、显卡交换数据。前端总线是CPU和外界交换数据的最主要通道，因此前端总线的数据传输能力对计算机整体性能作用很大，如果没足够快的前端总线，再强的CPU也不能明显提高计算机整体速度。数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率，即数据带宽＝(总线频率×数据位宽)÷8。目前PC机上所能达到的前端总线频率有266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz几种，前端总线频率越大，代表着CPU与北桥芯片之间的数据传输能力越大，更能充分发挥出CPU的功能。现在的CPU技术发展很快，运算速度提高很快，而足够大的前端总线可以保障有足够的数据供给给CPU，较低的前端总线将无法供给足够的数据给CPU，这样就限制了CPU性能得发挥，成为系统瓶颈。
外频与前端总线频率的区别：前端总线的速度指的是CPU和北桥芯片间总线的速度，更实质性的表示了CPU和外界数据传输的速度。而外频的概念是建立在数字脉冲信号震荡速度基础之上的，也就是说，100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一万万次，它更多的影响了PCI及其他总线的频率。之所以前端总线与外频这两个概念容易混淆，主要的原因是在以前的很长一段时间里(主要是在Pentium 4出现之前和刚出现Pentium 4时)，前端总线频率与外频是相同的，因此往往直接称前端总线为外频，最终造成这样的误会。随着计算机技术的发展，人们发现前端总线频率需要高于外频，因此采用了QDR(Quad Date Rate)技术，或者其他类似的技术实现这个目的。这些技术的原理类似于AGP的2X或者4X，它们使得前端总线的频率成为外频的2倍、4倍甚至更高，从此之后前端总线和外频的区别才开始被人们重视起来。
主板工作流程
1：当ATX电源和接入市电AC220V/50HZ插座上时，ATX电源电路部分，电路开始工作，立刻在ATX第9PIN,输出+5V的待命电压，我们称之为+5VSB电压,同时在第14PIN,输出约2.8V~5V电压，我们称其为+5VPS-0V开机控制电压。
2：当按下机箱外power-on开机按钮或短接{ps-on,pwx-on,pw-sw}触发排针，主板触发电路立刻开始工作，首先将ATX第14PIN, +5VPS-ON电压拉低至0V则ATX电源开始分别输出+3.3V,+5V,-5V,+12V,-12V,供整机使用。
3；大约经过50ms- -500ms,ATX电源内部电源控制IC，一旦侦测到+3.3V,+5V,-5V,+12V,-12V，能够平稳输出，就在ATX电源第8PIN，输出一个约5V的电压信号，为PG信号，PG信号是主板上复位reset信号的源头信号，如果ATX电源侦测到+3.3V,+5V,-5V,+12V,- 12V有对地短路或者漏电情况，则ATX电源立刻启动自我保护切断所有供电。
4；电源调整IC在供电+12V,-12V正常的情况下，以及PG信号正常的情况下，电源IC开始工作，输出两个高频脉冲开关信号去控制一组MOS管导通后为CPU提供核心供电Vcore。
5；同时电源IC会输出另一个控制电压去控制某一个MOS管导通后，输出一个+2.5V的电压，该电压一般是时钟IC的供电组之一，并送给CPU作为参考电压Vtt2.5。
6；时钟IC在供电PG正常的情况下，时钟IC内部的分频电路开始工作，它将14.318M的总频OSC，经过其内部分频放大后，送给主板系统各所需电路。
7；南桥在供电时钟PG正常的情况下，南桥将经过多重逻辑转换而来得PG信号，经内部复位电路加工后送给各所需电路复位。
8：北桥在供电时钟，复位正常情况下，它将南桥送来的复位信号在加工后送给CPU。
9；CPU在V,CLK,RST正常情况下，CPU开始工作。首先CPU开始寻找BIOS内部开机自检程序。沿地址线发出寻址指令CPU－－北桥－－南桥－－BIOS。
10 ；在此寻找过程中(一刹那)，寻址指令一旦到达南桥，就会在PCI bus A34槽位上产生一个波形信号，我们称该信号为桢信号，(用示波器可以看到)
11；一旦CPU寻址指令到达BIOS，就会在BIOS的第22脚上产生一个波形信号，我们称为片选信号CS# ，即使BIOS芯片取下，还可以测到CS#,如果有，还不行，就是BIOS后者外围电路有问题。
12；CPU找到BIOS后立即读取BIOS，内部的开机自检程序，并沿数据线送回CPU执行，BIOS－－南－－北－－CPU这时诊断卡上BIOS灯一直在闪动，数据线出问题，灯闪一下。
13；在整个自检过程中间，可以看到插在PCI槽上数码诊断卡上以十六进制代码反馈而来的各种自检步骤。
14；一旦自检完毕，CPU 就会输出自检报告单在屏幕显示出来。
15；接着BIOS自检程序将控制权移交给操作系统引导程序。
至此表明主板正常
当然也可以这样理解
第一步： 当我们按下电源开关时，电源就开始向主板和其它设备供电，此时电压还不太稳定，主板上的控制芯片组会向CPU发出并保持一个RESET(重置)信号，让 CPU内部自动恢复到初始状态，但CPU在此刻不会马上执行指令。当芯片组检测到电源已经开始稳定供电了(当然从不稳定到稳定的过程只是一瞬间的事情)， 它便撤去RESET信号(如果是手工按下计算机面板上的Reset按钮来重启机器，那么松开该按钮时芯片组就会撤去RESET信号)，CPU马上就从地址 FFFF0H处开始执行指令，从前面的介绍可知，这个地址实际上在系统BIOS的地址范围内，无论是Award BIOS还是AMI BIOS，放在这里的只是一条跳转指令，跳到系统BIOS中真正的启动代码处。
第二步： 系统BIOS的启动代码首先要做的事情就是进行POST(Power－On Self Test，加电后自检)，POST的主要任务是检测系统中一些关键设备是否存在和能否正常工作，例如内存和显卡等设备。由于POST是最早进行的检测过 程，此时显卡还没有初始化，如果系统BIOS在进行POST的过程中发现了一些致命错误，例如没有找到内存或者内存有问题(此时只会检查640K常规内 存)，那么系统BIOS就会直接控制喇叭发声来报告错误，声音的长短和次数代表了错误的类型。在正常情况下，POST过程进行得非常快，我们几乎无法感觉 到它的存在，POST结束之后就会调用其它代码来进行更完整的硬件检测。
第三步： 接下来系统BIOS将查找显卡的BIOS，前面说过，存放显卡BIOS的ROM芯片的起始地址通常设在C0000H处，系统BIOS在这个地方找到显卡 BIOS之后就调用它的初始化代码，由显卡BIOS来初始化显卡，此时多数显卡都会在屏幕上显示出一些初始化信息，介绍生产厂商、图形芯片类型等内容，不 过这个画面几乎是一闪而过。系统BIOS接着会查找其它设备的BIOS程序，找到之后同样要调用这些BIOS内部的初始化代码来初始化相关的设备。
第四步： 查找完所有其它设备的BIOS之后，系统BIOS将显示出它自己的启动画面，其中包括有系统BIOS的类型、序列号和版本号等内容。
第五步： 接着系统BIOS将检测和显示CPU的类型和工作频率，然后开始测试所有的RAM，并同时在屏幕上显示内存测试的进度，我们可以在CMOS设置中自行决定使用简单耗时少或者详细耗时多的测试方式。
第六步： 内存测试通过之后，系统BIOS将开始检测系统中安装的一些标准硬件设备，包括硬盘、CD－ROM、串口、并口、软驱等设备，另外绝大多数较新版本的系统BIOS在这一过程中还要自动检测和设置内存的定时参数、硬盘参数和访问模式等。
第七步： 标准设备检测完毕后，系统BIOS内部的支持即插即用的代码将开始检测和配置系统中安装的即插即用设备，每找到一个设备之后，系统BIOS都会在屏幕上显示出设备的名称和型号等信息，同时为该设备分配中断、DMA通道和I/O端口等资源。
第八步： 到这一步为止，所有硬件都已经检测配置完毕了，多数系统BIOS会重新清屏并在屏幕上方显示出一个表格，其中概略地列出了系统中安装的各种标准硬件设备，以及它们使用的资源和一些相关工作参数。
第九步： 接下来系统BIOS将更新ESCD(Extended System Configuration Data，扩展系统配置数据)。ESCD是系统BIOS用来与操作系统交换硬件配置信息的一种手段，这些数据被存放在CMOS(一小块特殊的RAM，由主 板上的电池来供电)之中。通常ESCD数据只在系统硬件配置发生改变后才会更新，所以不是每次启动机器时我们都能够看到“Update ESCD… Success”这样的信息，不过，某些主板的系统BIOS在保存ESCD数据时使用了与Windows 9x不相同的数据格式，于是Windows 9x在它自己的启动过程中会把ESCD数据修改成自己的格式，但在下一次启动机器时，即使硬件配置没有发生改变，系统BIOS也会把ESCD的数据格式改 回来，如此循环，将会导致在每次启动机器时，系统BIOS都要更新一遍ESCD，这就是为什么有些机器在每次启动时都会显示出相关信息的原因。
第十步： ESCD更新完毕后，系统BIOS的启动代码将进行它的最后一项工作，即根据用户指定的启动顺序从软盘、硬盘或光驱启动。以从C盘启动为例，系统BIOS 将读取并执行硬盘上的主引导记录，主引导记录接着从分区表中找到第一个活动分区，然后读取并执行这个活动分区的分区引导记录。
揭开主板省料的秘密
对于主板制造商而言，料件的节省只有围绕较贵的元件进行才能有效降低成本，而主板上CPU供电部分的电解电容与其他料件相比，其价格相对较高，因此成为主板厂商在料件上进行精简的首要对象。厂商如何对它省料？电容省料之后会留下什么隐患？消费者又该怎样判别产品是否省料呢？这些鲜为人知的“行业秘密”，还是请业内专家来为我们逐一揭示和分析吧！
电容又称电容器(Capacitor)。它在电路中起着隔直流、通交流的重要作用。电容根据其在电路中不同位置的不同功能，分为耦合电容、滤波电容、谐振电容、旁路电容等类别。另外，电容也可按照填充材料(电介质)进行分类，如有机介质电容、无机介质电容、电解电容、气体介质电容等等。电路图中一般用大写英文字母“C”来表示电容，下图中框选部分是电容在电路中的符号，C1是指无极性的普通电容，而后面两种则表示有极性的电解电容。
主板的CPU供电部分采用大容量电解电容进行滤波，CPU供电部分采用多相供电，电能被存储在线圈中，然后被释放。这时，电解电容消除电路中的高次谐波，稳定CPU电压的作用就凸现了出来。
由于目前CPU的频率不断提升，随之而来的巨大功耗给主板的CPU供电部分带来了前所未有的挑战。除了在设计上要符合Intel提出来的电源规范外，在电解电容的选择上也更为严格。如果电容容量不足，将影响供电质量，导致CPU发热量增加，从而死机等可靠性问题。
即便电容如此重要，少数厂商为在低价竞争中获取更多利润，总会找到一些让产品在短期内不会暴露缺陷的省料方法。主板上众多的小容量贴片电容，因价格较低一般不会省去，所以省料主要集中在价格较高的大容量电解电容上。
省料方法一：减少电容数量
减少电容数量
主板上的大容量滤波电容集中在12V电压的输入端和供电输出部分。其中，厂商进行省料的重点就在于供电输出部分。输出电路中所采用的一般是耐压值为 6.3V、容量2200μF的电容。根据公式“C＝I/(△V/△t)”，假设某型号CPU的平均电流为60A，△V=50mV，△t=10μS，就可计算出此处对电容总容量的要求为12000μF。如果采用2200μF的电容，最少需要6颗。如果某款主板在这部分只采用了5颗或4颗电容，且总容量达不到 12000μF，就表示该产品在电容数量上“短斤少两”。减少电容数量之后，主板在短期内使用不会出问题，但长期使用后，因为电容滤波效果不好，就容易导致CPU寿命缩短，电脑不稳定，经常自动重启或主板电容爆浆等故障。
相关重要指标 - 容量
业内常说的电容大小是指电容的容量，容量大小数值由公式“C＝εS/4Πd (其中ε是介电常数；S是两极板相对重叠之间的面积；d是两极板之间的距离)”计算而得，数值越大表示电容所能容纳的电荷越多。
电容的容量以法拉为单位，并以大写英文字幕“F”表示。但是，由于法拉单位太大，普通电子电路中一般以微法(μF)和皮法(pF)为单位。三个单位之间的换算关系为：1F=10^6μF=10^12pF。在电路图中，通常会把μF后面的F省略，简写为μ，如2200μF会被简写为2200μ；而pF通常全部省去，譬如3300pF只标出3300。
相关重要指标 - 额定电压
电容器的额定电压是指在规定的温度范围内，可以持续加在电容器两端的最高电压。在这个额定电压以下，电容都能够正常的工作，所以在设计中通常要考虑使用电容的位置、电容两端电压的大小，选择合适额定电压的电容才能够保证电路的稳定性。如果由于电路某些位置出现问题，导致电容两端电压超过额定电压值，那么这个电容器就很容易被击穿。如果极性接反了，电解电容也将被击穿。
额定电压有固定规格，常见的有6.3V、10V、16V等。通常在CPU供电部分用到的电容分为6.3V和16V两种，前者用于Vcore(CPU核心电压)的滤波电路，因为一般CPU的电压在1.4V到1.75V之间，所以6.3V的电容完全能够胜任。在12V电源输入端，由于12V电压的特殊要求，此处应选用额定电压值高于12V标准值的电容，因此业内普遍在12V电源输入端使用额定电压为16V的电容。
省料方法二：降低电容耐温规格
降低电容耐温规格
厂商降低选用电容规格，其中最常见的是针对耐温值一项进行省料。某些电容的耐温值很高，即使电路整体温度无法控制在较低的范围内，电容也不会因此而无法工作。
不过，一些主板本身设计就存在各种问题，在整体温度偏高的情况下，仍选用耐温值较低的电容，或使用外壳上没有耐温值标注的杂牌电容，那么主板的稳定性肯定会大打折扣。电容的耐温值通常有85℃、105℃等不同规格，从稳定性方面来看，耐温值越大越好。
相关重要指标 - 耐温值
耐温值这一指标对于主板的CPU供电部分非常重要。在电路中，主板的CPU供电部分一般靠近温度很高的CPU，如果通风设计不好，而使电解电容被长期烘烤，电解液会蒸发，最终导致击穿或电容爆浆，而失去电解液的电容也将完全失效。
省料方法三：使用劣质电容
使用劣质电容
目前市面上的品牌电容质量相当不错，如日系的SanYo、Rubycon、Nichcon等，台系的Taicon、OsT、Evercon等。在主板电容的选择上，一线大厂大部分都选择日系产品，二线厂商则多选择台系电容。消费者在选购主板时，应该多注意主板所用电容的品牌。
一线主板厂商多选用SanYo、Rubycon、Nichcon等品牌电容
Taicon、OsT、Evercon等品牌电容多为二线主板厂商使用
我国内地的电容品牌不计其数，价格较低，但质量却参差不齐。虽然它们当中不乏质量较好的产品，但总体质量与日系台系电容相比还有较大距离。对于一些非知名品牌的电容，判断其品质优劣的方法相对复杂一些，因为必须拆开电容进行分辨。首先，需要找到一颗同样品牌和规格的电容(规模稍大的电子城中一般都能买到)，然后用尖嘴钳剥开电容外壳查看其内部铝箔是否和外壳吻合。如果外壳很大，而内部铝箔的尺寸非常小，那么这种电容在品质上就存在问题。其次要看铝箔和电解纸是否卷得足够紧密。最后，还应仔细查看电解液的状态，电解液在常态下应该是无色透明的油状物，但如果电解液发黑或含有杂质，那么这样的电容就一定属于劣质电容。
总结
电容虽小，但它在主板的CPU供电电路中所起的作用却直接影响着用户的正常使用。因此，笔者对消费者的建议是在选购主板时应该将CPU供电电路中所用 电容的品牌、质量、数量作为挑选的参考标准之一，不要因为产品的低价诱惑而被极个别厂商的小伎俩所蒙蔽。而对于那些极个别在主板电容上大做文章的厂商，笔 者则要忠告一句，降低产品成本可以通过减少一些附加功能来实现，但并不能以牺牲产品稳定性为代价。否则，最终将被市场和消费者所抛弃。
工业主板与商业主板的差异
通过市场调查了解到，由于许多终端客户对产品的不了解，目前很多应用都会使用ATX架构的商用主板，但是又往往要忍受其种种弊端：比如寿命短，可靠度低，扩展性差等等。在工业应用中，往往产品的稳定性是第一位的。那下面我们将简单介绍一下工业主板与商用主板的特点。
什么是ATX架构
ATX(AT Extend)结构是Intel公司于1995年7月提出的。属于一种全新的结构设计，其设计能够更好地支持电源管理。ATX是Baby AT和LPX两种架构的综合，它在Baby AT的基础上逆时针旋转了90度，直接提供COM口、LPT口、PS/2鼠标接口和PS/2键盘接口。另外在主板设计上，增加横向宽度，可让将CPU插槽 安放在内存插槽旁边，这样在插长卡时就不会占用CPU的空间，而且内存条的更换也更加方便。
ATX 结构的优点有：一是全面改善了硬件的安装、拆卸和使用；二是支持现有各种多媒体卡和未来的新型设备更加方便；三是全面降低了系统整体造价；四是改善了系统通风设计；五是降低了电磁干扰，机内空间更加简洁。 那我们首先选择一款研为工业主板来跟商业主板做一个简单的对比其实，工业主板与商业主板在对扩展插槽的支持，元器件的使用，生命周期，可靠性等等都有较大的区别。
下面我们将详细介绍下之间的差距。
1．扩展槽的支持
对于商业级主板，往往只能提供4根到最多5根的PCI插槽，其中受制于PCI规范，同时只能使用4根，而且基本对于PCI 4的话，驱动能力有相当大的衰减，因此大多数商用主板仅提供3根PCI槽。而工业级主板，由于其设计用料的工业性，其对PCI插槽的支持可以轻而易举的实 现对5根 PCI的支持，同时不会造成PCI驱动能力的衰减。同时可以支持对高带宽的PCI-X设备。带有ISA插槽，可以实现对工业ISA低速采集卡，数据卡的良 好支持。嵌入GPIO总线，可以实现GPI，GPO功能。
2．使用的元器件：
商业级主板由于追求的产品的时效性，以及本身产品的市场定位，对元器件选择要求上一般只需满足的系统运行要求，和2到3年的使用寿命即可。工业级主板选料 会选用经过长时间，高要求验证元器件，用以保证产品在恶劣条件下高可靠性要求。比如一些如在服务器，以及高端商业主板才出现的固态电容，封闭电感等，在研 为工业级主板中就有大量的使用。
3．生命周期：
由于商业主板市场更新换代的速度相当之快，所以一般的商业级主板只有半年到一年的生命周期。而在工业市场，以研为为例，由于Intel和研为是一个长期的战略伙伴关系，所以研为的工业级主板可以达到一个长达5年的生命周期。
4．产品的可靠性：
由于普通商业级主板的市场定位，其产品一般只会做电子产品需要的CCC认证，长城认证，民用级的电磁兼容认证。工业级主板由于其针对的是工业市场，所以出 于可靠度的需求，在每一款主板在上市前都会做CE EMC，FCC，QA realbility，CCC，震动，落下，等工业级要求测试认证。
5．管理性：
普通商业主板只提供最简单的远程管理(通过连接网络，使用第3方的软件，如REAL VNC，PC ANYWHARE等实现)。而工业级主板除了可以提供类似的远程连接管理外，还可以实现远程无人值守的自动开关机功能。通过内嵌的IPMB，SMNP- 1000模块，可以实现系统实时运行信息的管理、记录、发送功能。
6．用户化：
普通的商业主板一但生产出来就无法再针对市场需求更改，完全无用户化的设计。但在工业领域，许多工业级主板可以灵活的满足一些客户后续的特殊需求。可以实现用户的定制化。更好，更完美配合客户的使用需求环境。
7．存储界面：
普通的商业主板只提供常见的存储界面IDE，SATA。工业级主板可以提供IDE，SATA，SCSI，CF Card等多存储截面要求。
8．保护功能：
此项功能，在普通的商业主板是没有提供的。工业级主板通过特殊设计，可以实现WATCH DOG功能，防浪涌冲击的功能。全力的保证系统在恶劣环境的高稳定性要求。
9．工作温度：
普通的商用主板基本只能使用在5度~38度之间的外环境之中，是相当之娇气的。工业级主板可以在0度~60度之间稳定的工作。
从以上种种可以清晰了解到，工业级主板虽然也是使用常见的ATX架构，但是他从设计，用料，生产，制造都是针对工业时常而生，保证工业系统的正常，高可靠性。相信在工业领域与人们生活越来越相关时，工业PC也将越来越多代替商业PC的应用。
主板的结构和工作原理
主板故障盘点及解决方案
主板维修常识及总结精华
计算机主板维修实用技术.杨斌.孙景轩
华为硬件工程师手册
主板芯片组：芯片组(Chipset)是主板的核心组成部分,如果说中央处理器(CPU)是整个电脑系统的心脏，那么芯片组将是整个身体的躯干。在电脑界称设计芯片组的厂家为Core Logic，Core的中文意义是核心或中心，光由字面的意义就足以看出其重要性。对于主板而言，芯片组几乎决定了这块主板的功能，进而影响到整个电脑系统性能的发挥，芯片组是主板的灵魂。芯片组性能的优劣，决定了主板性能的好坏与级别的高低。这是因为目前CPU的型号与种类繁多、功能特点不一，芯片组若不能与CPU良好地协同工作，将严重地影响计算机的整体性能甚至不能正常工作。
芯片生产厂家：到目前为止，能够生产芯片组的厂家无非就是Intel(美国)、VIA(中国台湾)、SiS(中国台湾)、ALi(中国台湾)、AMD(美国)、nVidia(美国)、ATI(加拿大)、Server Works(美国)等几家，其中以Intel和VIA的芯片组最为常见。在台式机的Intel平台上，Intel自家的芯片组占有最大的市场份额，而且产品线齐全，高中低端以及整合型产品都有，VIA、SIS、ALI和最新加入的ATi几家加起来都只能占有比较小的市场份额，而且主要是在中低端和整合领域；在AMD平台上，AMD自身通常是扮演一个开路先锋的角色，产品少，市场份额也很小，而VIA却占有AMD平台芯片组最大的市场份额，但现在却收到后起之秀nVidia的强劲挑战，后者凭借其nForce2芯片组的强大性能，成为AMD平台最优秀的芯片组产品，进而从VIA手里夺得了许多市场份额，而 SIS与ALi依旧是扮演配角，主要也是在中低端和整合领域。笔记本方面，Intel平台具有绝对的优势，所以Intel的笔记本芯片组也占据了最大的市场分额，其它厂家都只能扮演配角以及为市场份额极小的AMD平台设计产品。
在选购整机尤其是有特定功能的计算机时，首先就必须确定适合自己的芯片组，这基本上能决定电脑的整体性能。建议按照具体应用的需求来决定主板芯片组产品，不一定要最新最好性能最强大，只要能满足自己的需要就行，以免增大自己的采购成本和运行维护成本，以及造成系统性能的浪费。
前端总线频率
总线是将信息以一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的一组传输线。通俗的说，就是多个部件间的公共连线，用于在各个部件之间传输信息。人们常常以 MHz表示的速度来描述总线频率。总线的种类很多，前端总线的英文名字是Front Side Bus，通常用FSB表示，是将CPU连接到北桥芯片的总线。计算机的前端总线频率是由CPU和北桥芯片共同决定的。
北桥芯片负责联系内存、显卡等数据吞吐量最大的部件，并和南桥芯片连接。CPU就是通过前端总线(FSB)连接到北桥芯片，进而通过北桥芯片和内存、显卡交换数据。前端总线是CPU和外界交换数据的最主要通道，因此前端总线的数据传输能力对计算机整体性能作用很大，如果没足够快的前端总线，再强的CPU也不能明显提高计算机整体速度。数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率，即数据带宽＝(总线频率×数据位宽)÷8。目前PC机上所能达到的前端总线频率有266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz几种，前端总线频率越大，代表着CPU与北桥芯片之间的数据传输能力越大，更能充分发挥出CPU的功能。现在的CPU技术发展很快，运算速度提高很快，而足够大的前端总线可以保障有足够的数据供给给CPU，较低的前端总线将无法供给足够的数据给CPU，这样就限制了CPU性能得发挥，成为系统瓶颈。
外频与前端总线频率的区别：前端总线的速度指的是CPU和北桥芯片间总线的速度，更实质性的表示了CPU和外界数据传输的速度。而外频的概念是建立在数字脉冲信号震荡速度基础之上的，也就是说，100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一万万次，它更多的影响了PCI及其他总线的频率。之所以前端总线与外频这两个概念容易混淆，主要的原因是在以前的很长一段时间里(主要是在Pentium 4出现之前和刚出现Pentium 4时)，前端总线频率与外频是相同的，因此往往直接称前端总线为外频，最终造成这样的误会。随着计算机技术的发展，人们发现前端总线频率需要高于外频，因此采用了QDR(Quad Date Rate)技术，或者其他类似的技术实现这个目的。这些技术的原理类似于AGP的2X或者4X，它们使得前端总线的频率成为外频的2倍、4倍甚至更高，从此之后前端总线和外频的区别才开始被人们重视起来。
主板工作流程
1：当ATX电源和接入市电AC220V/50HZ插座上时，ATX电源电路部分，电路开始工作，立刻在ATX第9PIN,输出+5V的待命电压，我们称之为+5VSB电压,同时在第14PIN,输出约2.8V~5V电压，我们称其为+5VPS-0V开机控制电压。
2：当按下机箱外power-on开机按钮或短接{ps-on,pwx-on,pw-sw}触发排针，主板触发电路立刻开始工作，首先将ATX第14PIN, +5VPS-ON电压拉低至0V则ATX电源开始分别输出+3.3V,+5V,-5V,+12V,-12V,供整机使用。
3；大约经过50ms- -500ms,ATX电源内部电源控制IC，一旦侦测到+3.3V,+5V,-5V,+12V,-12V，能够平稳输出，就在ATX电源第8PIN，输出一个约5V的电压信号，为PG信号，PG信号是主板上复位reset信号的源头信号，如果ATX电源侦测到+3.3V,+5V,-5V,+12V,- 12V有对地短路或者漏电情况，则ATX电源立刻启动自我保护切断所有供电。
4；电源调整IC在供电+12V,-12V正常的情况下，以及PG信号正常的情况下，电源IC开始工作，输出两个高频脉冲开关信号去控制一组MOS管导通后为CPU提供核心供电Vcore。
5；同时电源IC会输出另一个控制电压去控制某一个MOS管导通后，输出一个+2.5V的电压，该电压一般是时钟IC的供电组之一，并送给CPU作为参考电压Vtt2.5。
6；时钟IC在供电PG正常的情况下，时钟IC内部的分频电路开始工作，它将14.318M的总频OSC，经过其内部分频放大后，送给主板系统各所需电路。
7；南桥在供电时钟PG正常的情况下，南桥将经过多重逻辑转换而来得PG信号，经内部复位电路加工后送给各所需电路复位。
8：北桥在供电时钟，复位正常情况下，它将南桥送来的复位信号在加工后送给CPU。
9；CPU在V,CLK,RST正常情况下，CPU开始工作。首先CPU开始寻找BIOS内部开机自检程序。沿地址线发出寻址指令CPU－－北桥－－南桥－－BIOS。
10 ；在此寻找过程中(一刹那)，寻址指令一旦到达南桥，就会在PCI bus A34槽位上产生一个波形信号，我们称该信号为桢信号，(用示波器可以看到)
11；一旦CPU寻址指令到达BIOS，就会在BIOS的第22脚上产生一个波形信号，我们称为片选信号CS# ，即使BIOS芯片取下，还可以测到CS#,如果有，还不行，就是BIOS后者外围电路有问题。
12；CPU找到BIOS后立即读取BIOS，内部的开机自检程序，并沿数据线送回CPU执行，BIOS－－南－－北－－CPU这时诊断卡上BIOS灯一直在闪动，数据线出问题，灯闪一下。
13；在整个自检过程中间，可以看到插在PCI槽上数码诊断卡上以十六进制代码反馈而来的各种自检步骤。
14；一旦自检完毕，CPU 就会输出自检报告单在屏幕显示出来。
15；接着BIOS自检程序将控制权移交给操作系统引导程序。
至此表明主板正常
当然也可以这样理解
第一步： 当我们按下电源开关时，电源就开始向主板和其它设备供电，此时电压还不太稳定，主板上的控制芯片组会向CPU发出并保持一个RESET(重置)信号，让 CPU内部自动恢复到初始状态，但CPU在此刻不会马上执行指令。当芯片组检测到电源已经开始稳定供电了(当然从不稳定到稳定的过程只是一瞬间的事情)， 它便撤去RESET信号(如果是手工按下计算机面板上的Reset按钮来重启机器，那么松开该按钮时芯片组就会撤去RESET信号)，CPU马上就从地址 FFFF0H处开始执行指令，从前面的介绍可知，这个地址实际上在系统BIOS的地址范围内，无论是Award BIOS还是AMI BIOS，放在这里的只是一条跳转指令，跳到系统BIOS中真正的启动代码处。
第二步： 系统BIOS的启动代码首先要做的事情就是进行POST(Power－On Self Test，加电后自检)，POST的主要任务是检测系统中一些关键设备是否存在和能否正常工作，例如内存和显卡等设备。由于POST是最早进行的检测过 程，此时显卡还没有初始化，如果系统BIOS在进行POST的过程中发现了一些致命错误，例如没有找到内存或者内存有问题(此时只会检查640K常规内 存)，那么系统BIOS就会直接控制喇叭发声来报告错误，声音的长短和次数代表了错误的类型。在正常情况下，POST过程进行得非常快，我们几乎无法感觉 到它的存在，POST结束之后就会调用其它代码来进行更完整的硬件检测。
第三步： 接下来系统BIOS将查找显卡的BIOS，前面说过，存放显卡BIOS的ROM芯片的起始地址通常设在C0000H处，系统BIOS在这个地方找到显卡 BIOS之后就调用它的初始化代码，由显卡BIOS来初始化显卡，此时多数显卡都会在屏幕上显示出一些初始化信息，介绍生产厂商、图形芯片类型等内容，不 过这个画面几乎是一闪而过。系统BIOS接着会查找其它设备的BIOS程序，找到之后同样要调用这些BIOS内部的初始化代码来初始化相关的设备。
第四步： 查找完所有其它设备的BIOS之后，系统BIOS将显示出它自己的启动画面，其中包括有系统BIOS的类型、序列号和版本号等内容。
第五步： 接着系统BIOS将检测和显示CPU的类型和工作频率，然后开始测试所有的RAM，并同时在屏幕上显示内存测试的进度，我们可以在CMOS设置中自行决定使用简单耗时少或者详细耗时多的测试方式。
第六步： 内存测试通过之后，系统BIOS将开始检测系统中安装的一些标准硬件设备，包括硬盘、CD－ROM、串口、并口、软驱等设备，另外绝大多数较新版本的系统BIOS在这一过程中还要自动检测和设置内存的定时参数、硬盘参数和访问模式等。
第七步： 标准设备检测完毕后，系统BIOS内部的支持即插即用的代码将开始检测和配置系统中安装的即插即用设备，每找到一个设备之后，系统BIOS都会在屏幕上显示出设备的名称和型号等信息，同时为该设备分配中断、DMA通道和I/O端口等资源。
第八步： 到这一步为止，所有硬件都已经检测配置完毕了，多数系统BIOS会重新清屏并在屏幕上方显示出一个表格，其中概略地列出了系统中安装的各种标准硬件设备，以及它们使用的资源和一些相关工作参数。
第九步： 接下来系统BIOS将更新ESCD(Extended System Configuration Data，扩展系统配置数据)。ESCD是系统BIOS用来与操作系统交换硬件配置信息的一种手段，这些数据被存放在CMOS(一小块特殊的RAM，由主 板上的电池来供电)之中。通常ESCD数据只在系统硬件配置发生改变后才会更新，所以不是每次启动机器时我们都能够看到“Update ESCD… Success”这样的信息，不过，某些主板的系统BIOS在保存ESCD数据时使用了与Windows 9x不相同的数据格式，于是Windows 9x在它自己的启动过程中会把ESCD数据修改成自己的格式，但在下一次启动机器时，即使硬件配置没有发生改变，系统BIOS也会把ESCD的数据格式改 回来，如此循环，将会导致在每次启动机器时，系统BIOS都要更新一遍ESCD，这就是为什么有些机器在每次启动时都会显示出相关信息的原因。
第十步： ESCD更新完毕后，系统BIOS的启动代码将进行它的最后一项工作，即根据用户指定的启动顺序从软盘、硬盘或光驱启动。以从C盘启动为例，系统BIOS 将读取并执行硬盘上的主引导记录，主引导记录接着从分区表中找到第一个活动分区，然后读取并执行这个活动分区的分区引导记录。
揭开主板省料的秘密
对于主板制造商而言，料件的节省只有围绕较贵的元件进行才能有效降低成本，而主板上CPU供电部分的电解电容与其他料件相比，其价格相对较高，因此成为主板厂商在料件上进行精简的首要对象。厂商如何对它省料？电容省料之后会留下什么隐患？消费者又该怎样判别产品是否省料呢？这些鲜为人知的“行业秘密”，还是请业内专家来为我们逐一揭示和分析吧！
电容又称电容器(Capacitor)。它在电路中起着隔直流、通交流的重要作用。电容根据其在电路中不同位置的不同功能，分为耦合电容、滤波电容、谐振电容、旁路电容等类别。另外，电容也可按照填充材料(电介质)进行分类，如有机介质电容、无机介质电容、电解电容、气体介质电容等等。电路图中一般用大写英文字母“C”来表示电容，下图中框选部分是电容在电路中的符号，C1是指无极性的普通电容，而后面两种则表示有极性的电解电容。
主板的CPU供电部分采用大容量电解电容进行滤波，CPU供电部分采用多相供电，电能被存储在线圈中，然后被释放。这时，电解电容消除电路中的高次谐波，稳定CPU电压的作用就凸现了出来。
由于目前CPU的频率不断提升，随之而来的巨大功耗给主板的CPU供电部分带来了前所未有的挑战。除了在设计上要符合Intel提出来的电源规范外，在电解电容的选择上也更为严格。如果电容容量不足，将影响供电质量，导致CPU发热量增加，从而死机等可靠性问题。
即便电容如此重要，少数厂商为在低价竞争中获取更多利润，总会找到一些让产品在短期内不会暴露缺陷的省料方法。主板上众多的小容量贴片电容，因价格较低一般不会省去，所以省料主要集中在价格较高的大容量电解电容上。
省料方法一：减少电容数量
减少电容数量
主板上的大容量滤波电容集中在12V电压的输入端和供电输出部分。其中，厂商进行省料的重点就在于供电输出部分。输出电路中所采用的一般是耐压值为 6.3V、容量2200μF的电容。根据公式“C＝I/(△V/△t)”，假设某型号CPU的平均电流为60A，△V=50mV，△t=10μS，就可计算出此处对电容总容量的要求为12000μF。如果采用2200μF的电容，最少需要6颗。如果某款主板在这部分只采用了5颗或4颗电容，且总容量达不到 12000μF，就表示该产品在电容数量上“短斤少两”。减少电容数量之后，主板在短期内使用不会出问题，但长期使用后，因为电容滤波效果不好，就容易导致CPU寿命缩短，电脑不稳定，经常自动重启或主板电容爆浆等故障。
相关重要指标 - 容量
业内常说的电容大小是指电容的容量，容量大小数值由公式“C＝εS/4Πd (其中ε是介电常数；S是两极板相对重叠之间的面积；d是两极板之间的距离)”计算而得，数值越大表示电容所能容纳的电荷越多。
电容的容量以法拉为单位，并以大写英文字幕“F”表示。但是，由于法拉单位太大，普通电子电路中一般以微法(μF)和皮法(pF)为单位。三个单位之间的换算关系为：1F=10^6μF=10^12pF。在电路图中，通常会把μF后面的F省略，简写为μ，如2200μF会被简写为2200μ；而pF通常全部省去，譬如3300pF只标出3300。
相关重要指标 - 额定电压
电容器的额定电压是指在规定的温度范围内，可以持续加在电容器两端的最高电压。在这个额定电压以下，电容都能够正常的工作，所以在设计中通常要考虑使用电容的位置、电容两端电压的大小，选择合适额定电压的电容才能够保证电路的稳定性。如果由于电路某些位置出现问题，导致电容两端电压超过额定电压值，那么这个电容器就很容易被击穿。如果极性接反了，电解电容也将被击穿。
额定电压有固定规格，常见的有6.3V、10V、16V等。通常在CPU供电部分用到的电容分为6.3V和16V两种，前者用于Vcore(CPU核心电压)的滤波电路，因为一般CPU的电压在1.4V到1.75V之间，所以6.3V的电容完全能够胜任。在12V电源输入端，由于12V电压的特殊要求，此处应选用额定电压值高于12V标准值的电容，因此业内普遍在12V电源输入端使用额定电压为16V的电容。
省料方法二：降低电容耐温规格
降低电容耐温规格
厂商降低选用电容规格，其中最常见的是针对耐温值一项进行省料。某些电容的耐温值很高，即使电路整体温度无法控制在较低的范围内，电容也不会因此而无法工作。
不过，一些主板本身设计就存在各种问题，在整体温度偏高的情况下，仍选用耐温值较低的电容，或使用外壳上没有耐温值标注的杂牌电容，那么主板的稳定性肯定会大打折扣。电容的耐温值通常有85℃、105℃等不同规格，从稳定性方面来看，耐温值越大越好。
相关重要指标 - 耐温值
耐温值这一指标对于主板的CPU供电部分非常重要。在电路中，主板的CPU供电部分一般靠近温度很高的CPU，如果通风设计不好，而使电解电容被长期烘烤，电解液会蒸发，最终导致击穿或电容爆浆，而失去电解液的电容也将完全失效。
省料方法三：使用劣质电容
使用劣质电容
目前市面上的品牌电容质量相当不错，如日系的SanYo、Rubycon、Nichcon等，台系的Taicon、OsT、Evercon等。在主板电容的选择上，一线大厂大部分都选择日系产品，二线厂商则多选择台系电容。消费者在选购主板时，应该多注意主板所用电容的品牌。
一线主板厂商多选用SanYo、Rubycon、Nichcon等品牌电容
Taicon、OsT、Evercon等品牌电容多为二线主板厂商使用
我国内地的电容品牌不计其数，价格较低，但质量却参差不齐。虽然它们当中不乏质量较好的产品，但总体质量与日系台系电容相比还有较大距离。对于一些非知名品牌的电容，判断其品质优劣的方法相对复杂一些，因为必须拆开电容进行分辨。首先，需要找到一颗同样品牌和规格的电容(规模稍大的电子城中一般都能买到)，然后用尖嘴钳剥开电容外壳查看其内部铝箔是否和外壳吻合。如果外壳很大，而内部铝箔的尺寸非常小，那么这种电容在品质上就存在问题。其次要看铝箔和电解纸是否卷得足够紧密。最后，还应仔细查看电解液的状态，电解液在常态下应该是无色透明的油状物，但如果电解液发黑或含有杂质，那么这样的电容就一定属于劣质电容。
总结
电容虽小，但它在主板的CPU供电电路中所起的作用却直接影响着用户的正常使用。因此，笔者对消费者的建议是在选购主板时应该将CPU供电电路中所用 电容的品牌、质量、数量作为挑选的参考标准之一，不要因为产品的低价诱惑而被极个别厂商的小伎俩所蒙蔽。而对于那些极个别在主板电容上大做文章的厂商，笔 者则要忠告一句，降低产品成本可以通过减少一些附加功能来实现，但并不能以牺牲产品稳定性为代价。否则，最终将被市场和消费者所抛弃。
工业主板与商业主板的差异
通过市场调查了解到，由于许多终端客户对产品的不了解，目前很多应用都会使用ATX架构的商用主板，但是又往往要忍受其种种弊端：比如寿命短，可靠度低，扩展性差等等。在工业应用中，往往产品的稳定性是第一位的。那下面我们将简单介绍一下工业主板与商用主板的特点。
什么是ATX架构
ATX(AT Extend)结构是Intel公司于1995年7月提出的。属于一种全新的结构设计，其设计能够更好地支持电源管理。ATX是Baby AT和LPX两种架构的综合，它在Baby AT的基础上逆时针旋转了90度，直接提供COM口、LPT口、PS/2鼠标接口和PS/2键盘接口。另外在主板设计上，增加横向宽度，可让将CPU插槽 安放在内存插槽旁边，这样在插长卡时就不会占用CPU的空间，而且内存条的更换也更加方便。
ATX 结构的优点有：一是全面改善了硬件的安装、拆卸和使用；二是支持现有各种多媒体卡和未来的新型设备更加方便；三是全面降低了系统整体造价；四是改善了系统通风设计；五是降低了电磁干扰，机内空间更加简洁。 那我们首先选择一款研为工业主板来跟商业主板做一个简单的对比其实，工业主板与商业主板在对扩展插槽的支持，元器件的使用，生命周期，可靠性等等都有较大的区别。
下面我们将详细介绍下之间的差距。
1．扩展槽的支持
对于商业级主板，往往只能提供4根到最多5根的PCI插槽，其中受制于PCI规范，同时只能使用4根，而且基本对于PCI 4的话，驱动能力有相当大的衰减，因此大多数商用主板仅提供3根PCI槽。而工业级主板，由于其设计用料的工业性，其对PCI插槽的支持可以轻而易举的实 现对5根 PCI的支持，同时不会造成PCI驱动能力的衰减。同时可以支持对高带宽的PCI-X设备。带有ISA插槽，可以实现对工业ISA低速采集卡，数据卡的良 好支持。嵌入GPIO总线，可以实现GPI，GPO功能。
2．使用的元器件：
商业级主板由于追求的产品的时效性，以及本身产品的市场定位，对元器件选择要求上一般只需满足的系统运行要求，和2到3年的使用寿命即可。工业级主板选料 会选用经过长时间，高要求验证元器件，用以保证产品在恶劣条件下高可靠性要求。比如一些如在服务器，以及高端商业主板才出现的固态电容，封闭电感等，在研 为工业级主板中就有大量的使用。
3．生命周期：
由于商业主板市场更新换代的速度相当之快，所以一般的商业级主板只有半年到一年的生命周期。而在工业市场，以研为为例，由于Intel和研为是一个长期的战略伙伴关系，所以研为的工业级主板可以达到一个长达5年的生命周期。
4．产品的可靠性：
由于普通商业级主板的市场定位，其产品一般只会做电子产品需要的CCC认证，长城认证，民用级的电磁兼容认证。工业级主板由于其针对的是工业市场，所以出 于可靠度的需求，在每一款主板在上市前都会做CE EMC，FCC，QA realbility，CCC，震动，落下，等工业级要求测试认证。
5．管理性：
普通商业主板只提供最简单的远程管理(通过连接网络，使用第3方的软件，如REAL VNC，PC ANYWHARE等实现)。而工业级主板除了可以提供类似的远程连接管理外，还可以实现远程无人值守的自动开关机功能。通过内嵌的IPMB，SMNP- 1000模块，可以实现系统实时运行信息的管理、记录、发送功能。
6．用户化：
普通的商业主板一但生产出来就无法再针对市场需求更改，完全无用户化的设计。但在工业领域，许多工业级主板可以灵活的满足一些客户后续的特殊需求。可以实现用户的定制化。更好，更完美配合客户的使用需求环境。
7．存储界面：
普通的商业主板只提供常见的存储界面IDE，SATA。工业级主板可以提供IDE，SATA，SCSI，CF Card等多存储截面要求。
8．保护功能：
此项功能，在普通的商业主板是没有提供的。工业级主板通过特殊设计，可以实现WATCH DOG功能，防浪涌冲击的功能。全力的保证系统在恶劣环境的高稳定性要求。
9．工作温度：
普通的商用主板基本只能使用在5度~38度之间的外环境之中，是相当之娇气的。工业级主板可以在0度~60度之间稳定的工作。
从以上种种可以清晰了解到，工业级主板虽然也是使用常见的ATX架构，但是他从设计，用料，生产，制造都是针对工业时常而生，保证工业系统的正常，高可靠性。相信在工业领域与人们生活越来越相关时，工业PC也将越来越多代替商业PC的应用。
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