为实现比特流(信息流)在计算机内各部件之间传递,计算机主板采用多层印刷电路板。电路板内部布满了连接各个部件的连线,这些连线是计算机各部件间传递数据的通路。由于计算机要实现数据的高速传递,计算机内不论是发送数据信号的线路还是传递地址信号和控制信号的线路都采用多根并行结构。我们把计算机系统内传递信号的一组一组的线路通称为总线(即BUS)。
根据线路作用的不同,系统总线被分成3类,分别是数据总线,地址总线和控制总线。
(1)数据总线
简称为DBUS,是系统内传送数据的通道。我们可以想象,如果只有一根数据线,那么在一个时钟周期内就只能传送一位二进制数;如果有32根数据线,在一个时钟周期内就能传递32位二进制数。因此数据总线的条数能直接反应计算机内部的数据传输能力,它是计算机系统中的一个重要指标。具有32根数据线的计算机被称为32位机,同样具备64根数据线的计算机被称为64位机。
一个计算机系统中数据线的条数又称为字长。
(2)地址总线
简称为ABUS,是系统内传递地址信息的通道。我们知道,计算机中的数据需要传送到特定位置。可以说,要传送的数据在数据总线中流动,而地址总线则指出数据应该到哪个位置去。因此,计算机系统通过对其内存空间进行编址,由地址总线控制内存单元的使用。
地址总线的条数表示了计算机编址的能力。一个具有24根地址线的计算机管理地址的能力是224,也就是说它可以管理的最大内存空间是16MB。
(3)控制总线
简称为CBUS,是系统内传递控制信息的通道。
为了能够连接外部设备,例如打印机、移动硬盘、鼠标器,键盘等,计算机在主板上集成了一些外部设备接口,外部接口通过系统总线和控制电路与计算机内存发生联系。从计算机的发展过程来看,并行口和串行口是比较早的接口标准,PS/2口、USB口和1394接口是近几年形成的较新型的接口。
并行接口,简称为LPT,是D型的25孔接口。顾名思义,通过并行接口的数据线可以有多根,允许多个二进制位同时通过接口。由于并行接口使用多根数据线连接外部设备,所以其传输效率比较高,但线路之间存在相互干扰,不易实现远距离传输,也不易在传输频率上有较大提高。在计算机发展早期,并行接口多用于连接本地打印机。
串行接口,这里主要指早期的RS232接口,简称为COM,是D型的9针接口。顾名思义,数据在串行口上的传输是串行的。也就是说采用串行接口标准的系统通过一根数据线传输数据。由于计算机内部总线采用并行标准,所以数据到达串行口时要做串行化处理然后通过串行口与外设发生联系。早期串行口的传输效率较低,但抗干扰能力强,适合远距离传输。在计算机发展初期,串行口主要用于连接串行鼠标,或连接MODEM实现低速的拨号上网。
USB口,USB标准是一种新型的输入、输出总线接口标准,称为通用串行总线标准(Universal Serial BUS)。由于USB的工作频率比较高,提供电源。因此USB接口在近几年得到了广泛应用,从鼠标器、打印机,到移动硬盘、U盘、数码相机等都在向USB接口标准靠拢。目前,广泛应用的USB接口标准有两个版本:USB1.1和USB2.0。其中,USB1.1的理论最大数据传输率为12Mbps,而USB2.0的理论最大数据传输率为480Mbps。其数据处理能力已经远远超过了并行接口标准。
PS/2接口,PS/2接口是计算机系统中专门为键盘和鼠标准备的接口标准。是一种圆形的六孔接口。
图1- 12 主机背部外部接口面板
另外,近几年有些计算机系统还提供了1394接口,可以连接优质的数码相机和DV设备,实现图像数据的高速处理,有的计算机提供的蓝牙无线接口,可以通过红外线、无限电波等手段实现计算机间的无线连接。
(1)BIOS(基本输入输出系统)
BIOS,其含义是基本输入输出系统,是计算机主板厂商固化在计算机主板内的一段程序代码,其基本功能是提供计算机内部的基本输入输出控制。一般说来,当我们刚刚打开计算机电源时,就是计算机主板上的BIOS程序开始运行,其功能是:首先进行系统自检,检查计算机的硬件设备是否正常(例如内存自检,显示器自检),然后在显示器上以字符界面显示计算机的一些基本信息。自检完成后,BIOS根据CMOS中的配置,查找储存操作系统的外存储器。从外存储器上找到引导区(Boot),控制计算机把操作系统装入计算机内存。当操作系统装入计算机内存后,由操作系统接管对计算机的控制权,BIOS进入休息状态。
BIOS系统由主板生产商固化到主板的ROM中。从理论上讲应不允许计算机用户随便修改。然而近几年由于计算机的发展日新月异,绝大多数计算机主板厂商使用EEPROM存储自己的BIOS,允许用户在必要的时候刷新BIOS中的内容,实现BIOS升级。例如,当我们发现自己的PIII微机不能识别新式的大容量硬盘时,就可以到主板厂商的网站上下载一个BIOS升级程序刷新该微机的主板BIOS。
BIOS的刷新技术为我们应用计算机提供了许多便利,然而也给心怀不良的人提供了破坏我们计算机的机会。当前,计算机界广泛流行的CIH病毒就是一个专门破坏主板BIOS系统的病毒,该病毒在每年4月26日发作,感染此病毒的计算机系统会在4月26日以病毒代码刷新自己的BIOS,其直接后果是计算机主板被损坏,无法启动计算机系统。
(2)CMOS
CMOS的本意是一种生产电子芯片的工艺和技术。然而,由于以该技术生产的芯片被广泛地应用到微机硬件配置的保存方面。因此我们也把对微机的硬件配置及其存储通称为CMOS设置。
利用CMOS,我们可以配置计算机的系统日期和时间,设置计算机使用的硬盘、软驱、光驱以及内存等硬件的参数和工作方式,设置启动微机的操作系统所在的位置等等。有些主板甚至可以利用CMOS系统设置CPU的工作频率。
CMOS通过一块外加电池供电。即使在关闭计算机系统的时候,CMOS电池也能维持微机内部时钟的运转和保证CMOS数据的完整性。如果微机长时间不开机可能会使CMOS电池耗尽,造成系统时钟错误或CMOS设置丢失。
一般的微机在开机时,尚未引导操作系统前敲击<Del>键(也有些主板为<F2>或<F12>键)就可以进入CMOS设置状态。
(3) ATX规范
根据主板的标准分为AT结构和ATX结构,AT结构最初应用在IBM PC/AT机型上(80486以前的机型)并且因此而得名。然而,随着计算机技术的发展,人们对计算机的速度和容量要求越来越高,并且提出了远程关机、网络控制微机的要求。于是Intel针对AT结构主板提出了新规范,该规范优化了AT标准的布线和布局,提出了ATX电源标准,支持软关机。使得接入网络的微机系统可以实现远程关机和远程启动微机。
需要我们注意的是:由于ATX规范支持软关机,其主机面板上的开关不再直接控制220V的交流输入电,该开关仅仅控制一路低压信号,利用这路信号通过主板控制220V的外部电源。因此即便在主机关机状态下,微机主板上也可能带电,不当操作也可能损坏设备或者使人身受到伤害。这一点尤其要引起初学者的注意。