项目二 任务二 深入认知主板（教案）-《计算机组装与维护》（电子工业出版社第三版）同步精品课堂

《计算机组装与维护》教案 课 题 深入认知主板 课 型 理论 课 时 2 授课班级 授课时间 授课教师 教材分析 本书内容由浅入深、循序渐进，从计算机硬件、计算机软件、计算机选配、计算机维护4个方面，通过10个项目详细地讲解计算机组装与维护的知识和技能。 全书以模块作为教学单元，每个单元又包含若干个任务，本节为项目二 任务二 深入认知主板。 学情分析 在深入认知计算机各部件的第二节课中，我们将面对一群对计算机充满好奇但理论知识相对薄弱的学生，他们具备基本的计算机操作能力，但对计算机的各部件感到陌生。因此，学生需要从基础概念入手，逐步了解计算机的各部件功能，通过实例教学和互动答疑，激发学习兴趣，帮助他们顺利开启计算机学习之旅。 学习目标 知识目标 1. 深入认知主板结构。 2．掌握主芯片组、插槽和接口等主板知识。 能力目标 1.了解主板的品牌、种类和参数，学会鉴别和选择主板。 2.并在组装时正确选择主板。 学习重难点 教学重点 学习主板结构、主芯片组、插槽和接口等主板知识 教学难点 了解主板的品牌、种类和参数，学会鉴别和选择主板 教学方法 讲授法，体验探究法，演示法 课前准备 课件，多媒体教学设备 教学媒体 多媒体教室 教学过程 教学环节 教师活动设计 学生活动设计 设计意图 活动一： 创设情境 生成问题 计算机主板 想一想？ 计算机主板如何选择？ 通过图片对比，学生思考问题：计算机主板如何选择？ 引出今日教学：计算机主板 激发学生学习兴趣，唤起学生强烈求知欲。 活动二： 调动思维 探究新知 1.主板概述 主板又称主机板、母板、系统底板，是计算机系统最重要的部件。计算机主板一般为矩形电路板，上面安装了组成计算机的主要电路系统，提供一系列设备连接的插槽和接口，供CPU、显卡、声卡、网卡、硬盘、外部设备等进行连接，这些设备或直接插入相关插槽，或用线缆进行连接。主板的最大特点是采用了开放式结构，可通过更换插槽上的插卡，对相应的组件进行升级，使厂家和用户在配置机型方面有更大的灵活性。 主板在整个计算机系统中扮演着举足轻重的角色，计算机中几乎所有的部件、设备在它的基础上运行，一旦主板发生故障，整个系统都不可能正常工作。可以说，主板的类型和档次决定着整个计算机系统的类型和档次，主板的性能影响着整个计算机系统的性能，主板的设计和工艺与计算机质量有极大的关系，所以从计算机诞生开始，各厂家和用户都十分重视主板的体系结构和加工水平。因此，了解主板的特性及使用情况，对购机、装机、用机都是极有价值的。 2.主板的结构 主板主要由电子元器件、接口、电路和总线构成。 电子元器件包括芯片组、BIOS 芯片、I/O芯片、时钟芯片、串口芯片、门电路芯片、监控芯片、电源控制芯片、三极管、场效应管、二极管、电阻、电容等;接口包括CPU接口、USB接口、IDE接口、SATA接口、FDD软驱接口、LPT并行接口、COM串行接口、PS/2 接口等，还包括集成声卡、网卡和显卡接口等;电路包括供电电路、时钟电路、复位电路、开机电路、BIOS 电路、接口电路等;总线包括处理器总线、内存总线、I/O 总线、连接器总线、特殊总线等。由于主板是计算机中各种设备的连接载体，而这些设备是各不相同的，因此制定一个标准以协调各种设备的关系是必须的。 所谓主板结构就是根据主板上各元器件的布局排列方式、尺寸大小、形状、所使用的电源规格等制定的通用标准，所有主板厂商都必须遵循。主板的版型结构如表2-11所示。 3.主板主芯片组 主板上最重要的构成组件是芯片组(Chipset), 主板芯片组是主板的灵魂，它为主板提供一个通用平台以供不同设备连接，控制不同设备的沟通。它的性能和技术特性决定了其可以与何种硬件搭配，可以达到怎样的运算性能、内存传输性能和硬盘传输性能。例如，某位用户对显卡的性能要求很高，一块显卡已经不足以满足需要，那么一款可以支持多张显卡同时运行的主板就显得尤其重要。一款主板可以支持多少张显卡同时运行呢?这就受主板芯片组的规格限制。 传统的芯片组是由南/北桥两个芯片构成的。 北桥芯片(NorthBridge)是主板芯片组中起主导作用的最重要的组成部分，也称为主桥(Host Bridge)。北桥芯片主要负责CPU与内存之间的数据交换和传输，承担高数据传输速率设备的连接，它直接决定着主板可以支持什么CPU和内存。此外，北桥芯片还承担着AGP总线或PCI-E16X的控制、管理和传输功能。一般来说，芯片组的名称就是以北桥芯片的名称来命名的，如Intel 845E芯片组的北桥芯片是82845E, 875P 芯片组的北桥芯片是82875P等。北桥芯片就是主板上离CPU最近的芯片，这主要是考虑到北桥芯片与处理器之间的通信最密切，为了提高通信性能而缩短传输距离。因为北桥芯片的数据处理量非常大，发热量也越来越大，所以现在的北桥芯片都通过覆盖散热片来加强北桥芯片的散热，有些主板的北桥芯片还会配合风扇进行散热。 南桥芯片则负责与低速率传输设备之间的联系。具体来说，它负责与USB、声卡、网络适配器、SATA设备、PCI总线设备、串行设备、并行设备、RAID构架和外置无线设备的沟通、管理和传输。当然，南桥芯片不可能独立实现如此多的功能，它需要与其他功能芯片共同合作，才能让各种低速设备正常运转。 随着芯片工艺的进步，主板芯片组已不完全是南/北桥结构，有的已经实现单芯片设计。 了解芯片组的型号对选购一块主板非常重要，选购时主要考虑主板对CPU和内存的支持性，以及是否集成显卡等。常见主板及芯片组的品牌、型号如表2-12所示。 4.主板插槽和接口 计算机主板上的插槽主要有CPU的插槽、内存插槽、声卡、显卡、网卡等扩展卡插槽，接口有主板电源接口、CPU供电接口、连接硬盘及光驱的SATA接口、M.2接口、CPU散热器电源接口等。不同的主板，插槽的位置可能略有不同。图2-13所示为某一主板上的插槽和接口。 1) CPU插槽 CPU插槽即主板上安装CPU的专用插座。根据主板芯片组所支持CPU的类型和接口的不同，主板提供不同类型和接口的CPU插槽。如果主板采用Intel芯片组，则提供支持Intel类型CPU的插槽，若采用AMD芯片组，则提供支持AMD类型CPU的插槽。CPU经过这么多年的发展，采用的接口方式有引脚式、卡式、触点式、针脚式等，采用何种接口，对应主板上就需要有相应接口的插槽。因此选择CPU,就必须选择带有与之对应插槽类型的主板。 AMD CPU插槽主要有Socket AM3+、Socket FM2+、Socket FM2、Socket AM4、Socket TR4、Socket sTRX4。 Socket AM3插槽全面支持AMD桌面级45nm处理器，它有938针的物理引脚，兼容旧的Socket-AM2+插槽，甚至是更早的Socket-AM2插槽。 Socket AM3+于2011年发布，取代上一代Socket AM3并支持AMD新一代32nm处理器AMD FX。Socket AM3+与Socket AM3可互相兼容，AM3 CPU可在AM3+主板上运作，AM3+ CPU也可在AM3主板上运行(一般需要刷新BIOS),但可能会供电不足导致效能受限。为了让一些使用AM3的芯片组可以使用AM3+插槽，主板厂商通过改版BIOS来实现。 为了更直观区分AM3+和AM3，AMD统一将AM3+插槽做成黑色，区别于AM3常见的白色插槽。 Socket FM2是AMD Trinity APU桌面平台的CPU插槽。 SocketAM4是AMD锐龙系列处理器的插槽，该插槽采用uOPGA样式，比uPGA略有改进，但仍然是针脚在处理器底部、触点在主板上的传统设计，具体针脚数量为1331个，比起AM3+的942个、FM2+的906个增加了不少。AM4处理器内存控制器能支持DDR4,起步频率为2400MHz，可以超频到最高2933MHz。 Socket TR4是AMD Ryzen Threadripper处理器的插槽，第一、二代Threadripper处理器插槽是SocketTR4，最新的第三代Threadripper处理器插槽换成了sTRX4，它们都是4096个触点，布局也一模一样，但功能定义大相庭径，所以彼此并不兼容。 Socket AM3、Socket AM3+、Socket FM2、Socket AM4、Socket TR4五种AMD CPU插槽如图2-14所示。 2)内存插槽 内存插槽用于安装内存，将内存连接到主板上，主板所支持的内存种类和容量都由内存插槽来决定。通常主板会提供2~ 4个内存插槽，有的主板能提供8个内存插槽。内存插槽的数量越多，说明主板的内存扩展性越好。 台式机主板内存插槽主要有SIMM、DIMM和RIMM三种类型，而笔记本内存插槽则是在SIMM和DIMM插槽基础上发展而来的，基本原理并没有变化，只是在针脚数上略有改变。 SIMM，单列直插内存模块，就是一种两侧金手指都提供相同信号的内存结构，它多用于早期的FPM和EDDDRAM。在内存发展进入SDRAM时代后，SIMM逐渐被DIMM技术取代。 DIMM,双列直插内存模块，它的金手指两端不像SIMM那样是互通的，而是各自独立传输信号，因此可以满足更多数据信号的传送需要。DIMM有SDRAM DIMM和DDR DIMM两种: SDRAM DIMM为168Pin DIMM结构，金手指每面为84Pin,金手指上有两个卡口，用来避免插入插槽时，将内存反向插入而导致烧毁;DDRDIMM则采用184PinDIMM结构，金手指每面有92Pin,金手指上只有一个卡口。卡口数量的不同，是二者最为明显的区别。 DDR2 DIMM为240pin DIMM结构，金手指每面有120Pin，与DDR DIMM一样，金手指上只有一个卡口，但是卡口的位置与DDRDIMM稍有不同，因此DDR内存是插不进DDR2DIMM的，同理DDR2内存也是插不进DDRDIMM的。DDR4DIMM插槽设计用于最新一代DIMM格式的DDR/SDRAM。DDR4 DIMM为284pin DIMM结构，与其他DDR/SDRAM产品相比，其的产品速率提高了100%，密度提高了30%，而所需电压却降低了20%。这些DIMM插槽支持UDIMM、RDIMM及LRDIMM存储器应用，广泛用于高速数据、计算、通信和网络服务器，数据速率高达32亿次每秒。DDR4 DIMM插槽如图2-15所示。 RIMM,是Rambus公司生产的RDRAM所采用的接口类型，RIMM内存与DIMM的外形尺寸差不多，金手指同样也是双面的。RIMM 有184 Pin的针脚，在金手指的中间部分有两个靠得很近的卡口。RIMM非ECC版有16 位数据宽度，ECC 版则都是18位宽。由于RDRAM较高的价格，此类内存在DIY市场很少见到，RIMM接口也就难得一见了。 3) SATA接口和M.2接口 SATA接口插槽为7根引脚设计，用于连接硬盘、光驱等设备。设备连接采用点对点连接，即一个接口插槽只能连接一个存储装置。主板提供的SATA接口主要为SATA 2.0和SATA 3.0。 为了区分，主板厂商常常将SATA 2.0接口做成蓝色的(图中灰色部分)，将SATA 3.0接口做成白色的。主板上的SATA接口如图2-16 (a) 所示。 M.2接口是Intel公司推出的一种替代mSATA新的接口规范，也就是我们以前经常提到的NGFF,即Next Generation Form Factor。M.2 接口有两种类型: Socket2 (B key--NGFF)和Socket3 (M key--NVMe)。 Socket2 支持SATA、PCIE x2接口，PCI-EX2 接口最大的读取速率可以达到700Mbit/s,写入也能达到550Mbit/s;Socket3可支持PCIEx4接口，理论带宽可达4Gbit/s。主板上的M.2接口如图2-16 (b)所示。 4)扩展卡插槽 扩展插槽用于接入显卡、声卡、网卡、视频采集卡、电视卡等板卡设备。图2-17所示的主板提供了2条PCI-EX16插槽和2条PCIEX1插槽，还提供了2条PCI插槽。 蓝色PCI-E X16插槽是PCI Express规格中的一种，具备单向4Gbit/s、 双向8Gbit/s高带宽，解决了AGP插槽带宽不足的问题。PCI-E XI6已是显卡的主流规格。图2-17所示的主板有两根PCIE X16插槽，支持SLI (Scalable Link Interface,可升级连接接口)显卡串联传输接口技术，可以同时插入两个同样的显卡，让显示性能倍增。 PCI ( Peripheral Component Interconnection,周边元件扩展接口)插槽的带宽为133Mbit/s,是近年来最为普遍的扩展插槽，可以用来接入电视卡、视频采集卡、声卡、网卡等传统PCI设备。 PCIE X1插槽也是PCI Express规格中的一员，PCI Express具有X1、X2、X4、X8、 X16、X32六种带宽设计。其中PCI ExpressX1具有单向250Mbit/s、双向500Mbit/s 带宽，比PCI插槽高出不少。 5) I/O 背板接口 I/O背板接口是计算机主机与外部设备连接的插座结合,如图2-18所示。通过这些接口，可以连接键盘、鼠标、显示器、音箱、网络、摄像头、移动硬盘、打印机等。 了解计算机的主板功能，了解主板的结构构成。 了解芯片组的作用和功能。 了解主板各插槽和接口的作用，了解各类插槽类型。 激发学生强烈求知欲，巩固概念性知识点 活动三： 调动思维 探究新知 早期的计算机主板是不集成的，只提供接口数据交换，显卡、声卡网卡都要独立安装。 随着集成电路技术与PCB制作工艺的发展，人们为了降低成本，开始在主板上集成相应的模块，这样就在满足用户使用功能的前提下，降低了成本，提高了可靠性。 集成主板又称整合主板，主要集成图形处理单元、音频、网卡等功能。也就是说，显卡、声卡、网卡等扩展卡都做到主板上。 以Intel、AMD两家公司CPU的发展趋势来看，这两家公司都已不在各自的主板芯片组中集成显卡，而是将显卡集成到CPU中，不仅如此，将南北桥也集成到CPU中，单芯片设计已成为主流。AMD公司的APU平台已经遥遥领先于Intel公司，如AMD公司的A10/A8/A6系列集成的显卡性能都要强于Intel 公司的i7、i5、i3集成的显卡。但不管怎么发展，Intel公司的地位目前还是不可取代的，该公司生产的CPU在玩较高要求的游戏或其他应用时仍然强悍无比。 1.双通道技术 内存插槽双通道就是芯片组可在两个不同的数据通道上分别寻址、读取数据。这两个相互独立工作的内存通道依附于两个独立并行工作的内存控制器。 双通道有两个64bit内存控制器，双64bit内存体系所提供的带宽等同于一个128bit 内存体系所提供的带宽，但是二者所达到的效果却是不同的。双通道体系包含了两个独立的、具备互补性的智能内存控制器,两个内存控制器能够在彼此间、零等待的情况下同时运作。例如，当控制器B准备进行下一次存取内存的时候，控制器A正在读/写主内存，反之亦然。两个内存控制器的这种互补“天性”可使有效等待时间缩减50%。 简而言之，双通道技术是一种有关主板芯片组的技术，与内存自身无关。只要主板厂商在芯片内部整合两个内存控制器，就可以构成双通道系统。厂商只需要按照内存通道将DIMM分为Channel 1与Channel 2,而用户只需要成双成对地插入内存。如果只插单个内存，那么两个内存控制器中只会工作一个，也就没有了双通道的效果。 2.三通道技术 内存插槽三通道技术可以看成双通道内存技术的后续技术发展。酷睿i7处理器的三通道内存技术，最高可以支持DDR3-1600内存，提供高达38.4Gbit/s的高带宽，和双通道内存20Gbit/s的带宽相比，性能提升几乎可以达到翻倍的效果。安装三通道内存时，道理与双通道一样，同时插3个相同的内存于对应颜色的内存插槽中。图2-19所示为三通道内存插槽。 了解集成主板，掌握双通道技术、三通道技术知识，组织学生进行问题速答，回顾和记忆知识点 定向探索让学生获取思考问题的方式方法，培养学生自主学习的能力，掌握分析问题和解决问题的方式，发展综合思维能力。 活动四： 巩固练习 素质提升 查一查 上网查阅分析主板芯片组命名标志，找出与CPU相配的规律。 小组根据问题，结合所学主板芯片组知识，上网查阅主板芯片组命名标志。 通过小组讨论，加深对本节课的学习认知 课堂小结 作业布置 1. 计算机主板上面安装了组成计算机的（ ）。 A.主要电路系统 B.显卡 C.硬盘 D.声卡 答案： A 解析： 计算机主板一般为矩形电路板，上面安装了组成计算机的主要电路系统，提供一系列设备连接的插槽和接口，供CPU、显卡、声卡、网卡、硬盘、外部设备等进行连接，这些设备或直接插入相关插槽，或用线缆进行连接。 2. 主板的最大特点是采用了（ ）。 A. 封闭式结构 B. 开放式结构 C. 较小体积的板型 D. 较大体积的板型 答案： B 解析： 主板的最大特点是采用了开放式结构，可通过更换插槽上的插卡，对相应的组件进行升级，使厂家和用户在配置机型方面有更大的灵活性。 3. （ ）就是根据主板上各元器件的布局排列方式、尺寸大小、形状、所使用的电源规格等制定的通用标准。 A. 主板类型 B. 主板结构 C. 主板性能 D. 主板部件 答案： B 解析： 主板结构就是根据主板上各元器件的布局排列方式、尺寸大小、形状、所使用的电源规格等制定的通用标准，所有主板厂商都必须遵循。 4. （ ）在主板芯片组中起主导作用。 A. 北桥芯片 B. 南桥芯片 C. 单芯片 D. 传统芯片 答案： A 解析：北桥芯片(NorthBridge)是主板芯片组中起主导作用的最重要的组成部分，也称为主桥(Host Bridge)。 5. （ ）是AMD锐龙系列处理器的插槽。 A. Socket FM2 B. Socket AM4 C. Socket AM3 D. Socket AM2 答案：B 解析：SocketAM4是AMD锐龙系列处理器的插槽，该插槽采用uOPGA样式，比uPGA略有改进，但仍然是针脚在处理器底部、触点在主板上的传统设计，具体针脚数量为1331个，比起AM3+的942个、FM2+的906个增加了不少。 6 所有主板厂商不需要遵循主板结构。（ ） 答案： 错误 解析： 由于主板是计算机中各种设备的连接载体，而这些设备是各不相同的，因此制定一个标准以协调各种设备的关系是必须的。所有主板厂商都必须遵循主板结构。 7 南桥芯片不需要与其他功能芯片共同合作，就能让各种低速设备正常运转。（ ） 答案： 错误 解析： 南桥芯片负责与USB、声卡、网络适配器、SATA设备、PCI总线设备、串行设备、并行设备、RAID构架和外置无线设备的沟通、管理和传输。南桥芯片需要与其他功能芯片共同合作，才能让各种低速设备正常运转。 8 如果主板采用Intel芯片组，则提供支持Intel类型CPU的插槽。（ ） 答案： 正确 解析： 根据主板芯片组所支持CPU的类型和接口的不同，主板提供不同类型和接口的CPU插槽。如果主板采用Intel芯片组，则提供支持Intel类型CPU的插槽，若采用AMD芯片组，则提供支持AMD类型CPU的插槽。 板书设计 教学反思 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$