PC机组成之主板、芯片组与BIOS

PC机组成

台式PC由主机和外部设备组成，主机由主板、CPU、内存条、显卡、网卡、声卡、插卡和插座、机箱和电源等组成。

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主板、芯片组和BIOS

主板

主板也称母版，是微型计算机中最大的一块集成电路板，也是其他部件和设备的连接载体。

CPU、内存条、显卡等部件通过插槽（或插座）安装在主板上。硬盘，光驱等外部设备在主板上也有各自的接口，有些主板甚至还集成了声卡、显卡、网卡等部件。

在微型计算机中，所有的部件和设备通过主板有机连接起来，构成完整的系统。

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主板主要由下列两大部分组成

芯片：主要有芯片组、BIOS芯片、集成芯片（如声卡、网卡等）
插槽/接口：主要有CPU插座、内存条插槽、PCI插槽、PCI-E插槽、SATA接口、键盘/鼠标接口、USB接口、音频接口、HDMI接口等

芯片组

芯片组是PC机组成部分的枢纽，是主板的灵魂，计算机的所有不同部件都通过芯片组与CPU通信。它是主板逻辑系统的一部分，由一组超大规模集成电路芯片构成。

芯片组控制和协调整个计算机系统的正常运转和各个系统的通信，它在一定意义上决定了主板的级别和档次。

芯片组是主板上集成的一部分，它被固定在母版上不能像CPU、内存等进行简单的升级换代。芯片组的作用是在BIOS和操作系统的控制下，按照统一规定的技术标准和规范为计算机中的CPU、内存、显卡等部件建立可靠的安装、运行环境，为各种接口的外部设备提供可靠的连接。

按照在主板上排列位置的不同，通常可分为南桥芯片和北桥芯片

北桥芯片（MCH）：通常在主板上靠近CPU插槽的位置，是主板芯片组中起主导作用的最重要的组成部分，是存储控制中心，担负CPU、内存、显卡之间的数据和指令的交换、控制以及传输任务。所以，北桥芯片起着主导性的作用，也被称为主桥(Host Bridge),它的发热量较高，一般此芯片上装有散热片
南桥芯片（ICH）：通常靠近PCI总线插槽的位置，是I/O控制中心，主要用来与I/O设备相连，负责管理中断及对外部设备（硬盘、光驱等）的选通，让设备工作更加顺畅；提供对键盘控制器KBC（Key Broad Control,KBC）、通用串行总线USB(Universal Serial Bus，USB）、硬盘的数据传输方式和高级配置和电源管理接口ACPI（Advanced Configuration and Power Management Interface，ACPI）等的支持

注意：CPU类型不同，通常需要不同的芯片组，这是因为芯片组是CPU与周边设备沟通的桥梁，CPU的系统时钟及各种与其同步的时钟均由芯片组提供

基本输入/输出系统 BIOS

基本输入/输出系统（Basic Input Output System，BIOS）是一组被固化到计算机主板上一块Flash ROM芯片中的机器语言程序，该芯片被称为BIOS芯片，为计算机提供最底层、最直接的硬件控制。其主要作用是负责对基本I/O系统进行控制和管理以及用户对某些参数的设定，它控制计算机最基本的功能并在每次开机时执行自检。BIOS实际上是计算机硬件与软件之间的桥梁，其本身就是一个程序也可以说是一个软件，负责从计算机开始加电到完成操作系统引导之前的各个部件和接口的检测、运行管理。

BIOS组成

BIOS主要包括POST（Power On Self Test，加电自检）程序、CMOS设置程序、系统自动装载程序、主要I/O设备的驱动程序和中断服务。

POST程序：当接通微机的电源时，系统将首先执行BIOS的POST程序，检测程序中一些关键设备是否存在和能否正常工作，从而决定计算机的下一步操作
主要I/O设备的驱动程序和中断服务：在POST过程中,键盘、显示器、软驱和硬盘等外围设备都需要进行检测并工作，因此它们的最基本的控制程序(也称“驱动程序”)也必须预先存放在ROM中，成为BIOS的组成部分，由BIOS调用这些基本设备的驱动程序来完成检测。而系统其他外设的驱动程序,可在操作系统初步启动成功后再从硬盘上装载,使相应外设能够正常工作。BIOS也提供一组中断以便于对硬件设备的访问。当键盘上的某一键被按下时，CPU就会产生一个中断并把这个键的信息读入，在操作系统没有被装入以前或操作系统没有专门提供另外的中断响应程序的情况下，中断的响应程序就是由BIOS提供
系统自动装载程序：当自检完成后，若系统无致命错误，将转入BIOS的下一步骤：执行BIOS中的自举(装入)程序。自举程序按照CMOS中预先设定的启动顺序，搜索软驱、硬盘驱动器、CD-ROM或网络服务器,，中读出引导程序并装入内存，然后将控制权交给引导程序，由引导程序继续启动操作系统。操作系统启动成功后,用户就可以正常地使用计算机了
CMOS设置程序：计算机的硬件设备会由于用户的不同需要而在品牌、类型、性能上有很大差异。不同的硬件配置所对应的参数也不同。并且,很多时候某些硬件设备会因为某种原因而更换，那么必须改动并保存这些新的配置信息以备下次读取。因此,计算机在工作之前必须要得到这些配置参数，确定它所使用的硬件配置，这样计算机启动时才能够保证系统正常运行

BIOS启动

BIOS中启动程序的主要任务如下：

首先是上电自检（Power On Self Test，POST）
然后是对系统内的硬件设备进行检测和连接，并把测试所得的数据存放到BIOS数据区，以便操作系统在启动时或启动后使用
最后，BIOS将从软盘或硬盘上读入Boot Loader
- 如果是从硬盘启动，BIOS将读入该盘的零柱面零磁道上的1扇区（MBR），这个扇区上就存放着Boot Loader，该扇区的最后一个字存放着系统标志，如果该标志的值为0AA55，BIOS在完成硬件检测后把控制权交给Boot Loader。
- 从软盘启动时，BIOS首先会检查A驱（即软盘驱动器）中是否存在引导扇区。BIOS将读取软盘上的第一个扇区，这个扇区存放着Boot Loader，以及用于标识该软盘类型的系统标志。如果系统标志的值为0AA55，BIOS在完成硬件检测后会将控制权交给Boot Loader。

CMOS芯片

CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）是互补金属氧化物半导体的英文缩写，是一种半导体存储器芯片,使用电池供电,属于易失性存储器,只要电池供电正常,即使计算机关机后它也不会丢失所存储的信息以及时钟停走。本意是指制造大规模集成电路芯片用的一种技术或用这种技术制作出来的芯片，通常指主板上的一块可读取、可写入的RAM芯片。系统在加电引导时，BIOS的自举程序读取CMOS中的信息，初始化机器各个部件的状态。

CMOS 芯片用来存放用户对计算机硬件所设置的一些参数(称为“配置信息”),包括当前的日期和时间,开机口令,系统中安装的软盘、硬盘驱动器的数目、类型及参数,显示卡的类型,Cache 的使用状况,启动系统时访问外存的顺序等。

在PC机执行自举程序前，用户若按下某一热键（通常为Del键）就可以进入CMOS设置程序。