Mainboard

Tìm hiểu về Mainboard I .Phân tích sơ ñồ khối tổng quát của Mainboard Hệ thống máy tính với các thiết bị gắn trên nó, Mainboard có các thành phần chính là North Bridge (Chipset bắc), Sourth Bridge (Chipset nam), IC SIO (IC ñiều khiển các cổng).

1 - Chức năng của Mainboard •

Trong một hệ thống máy tính có khoảng 10 thiết bị khác nhau như: -

•

CPU RAM Card Video Card Sound Card Net

-

HDD CDROM FDD Keyboard Mouse

Các thiết bị này có tốc ñộ chạy rất khác nhau Ví dụ : Tốc ñộ ra vào qua chân CPU là 800MHz nhưng tốc ñộ qua chân RAM là 400MHz và tốc ñộ qua Card Sound chỉ có 66MHz - Ngoài ra số ñường mạch (số BUS) cũng khác nhau, vì vậy cmà các thiết bị trên không thể kết nối trực tiếp với nhau ñược. - Mainboard chính là thiết bị ñóng vai trò trung gian ñể kết nối tất cả các thiết bị trên hệ thống máy tính liên kết lại với nhau thành một bộ máy thống nhất, vì vậy Mainboard có những chức năng sau:

Các chức năng của Mainboard - Gắn kết các thành phần trên một hệ thống máy tính lại với nhau - ðiều khiển thay ñổi tố ñộ BUS cho phụ hợp với các thành phần khác nhau - Quản lý nguồn cấp cho các thành phần trên Main - Cung cấp xung nhịp chủ (xung Clock) ñể ñồng bộ sự hoạt ñộng của toàn hệ thống Chính vì những chức năng quan trọng trên mà khi Main có sự cố thì máy

tính không thể hoạt ñộng ñược. II .Các thành phần trên mainboard ðiều khiến các thành phần có tốc ñộ cao như: CPR, RAM, Card Video. ðiều khiển về tốc ñộ Bus và ñiều khiển chuyển mạch dữ liệu.

Phân tích các thành phần trên Mainboard Gigabyte GA-BIG1000

Khối tổng quát

North Bridge - Chipset bắc

Sourth Bridge - Chipset nam

ROM BIOS

IC - SIO - IC ñiều khiển các cổng Parallel, FDD, COM, Mouse, Keyboard

IC Clocking - IC tạo xung Clock

IC dao ñộng ñiều khiển các ñèn Mosfet của mạch VRM

IC - Card Sound Onboard

IC - Card Net Onboard

ðèn Mosfet - trên mạch ổn áp nguồn cho CPU

ðèn Mosfet ổn áp cho Chipset

Hệ thống máy tính với các thiết bị gắn trên nó, Mainboard có các thành phần chính là North Bridge (Chipset bắc), Sourth Bridge (Chipset nam), IC SIO (IC ñiều khiển các cổng). Ba thành phần chính của Mainboard

ñóng vai trò trung gian ñể gắn kết các thiết bị của hệ thống máy tính lại thành một bộ máy thống nhất. III. Phân tích sơ ñồ mạch quản lý nguồn trên Mainboard Mạch ñiều khiển nguồn trên Mainboard có chức năng ñiều khiển quá trình tắt mở nguồn, ổn ñịnh các ñiện áp cấp cho CPU, Chipset, bộ nhớ RAM, Card Video và các linh kiện khác.

Mạch ñiều khiển nguồn trên Mainboard 1. Các thành phần của mạch. Mạch ñiều khiển nguồn trên Mainboard có chức năng ñiều khiển quá trình tắt mở nguồn, ổn ñịnh các ñiện áp cấp cho CPU, Chipset, bộ nhớ RAM, Card Video và các linh kiện khác. -

Các chủ ñề ta cần tìm hiểu bao gồm: Các ñiện áp của nguồn ATX Mạch ổn áp VRM cấp nguồn cho CPU Mach ổn áp nguồn cho Chipset Mạch ổn áp nguồn cho RAM

2. Các ñiện áp của nguồn.

Nguồn ATX có hai phần là nguồn cấp trước (Stanby) và nguồn chính (Main Power) - Khi ta cắm ñiện AC 220V cho bộ nguồn, nguồn Stanby hoạt ñộng ngay và cung cấp xuống Mainboard ñiện áp 5V STB, ñiện áp này sẽ cung cấp cho mạch khởi ñộng nguồn trên Chipset nam và IC-SIO (nguồn chính chưa hoạt ñộng khi ta chưa bấm công tắc) - Khi ta bấm công tắc => tác ñộng vào mạch khởi ñộng trong Chipset nam => Chipset ñưa ra lệnh P.ON => cho ñi qua IC- SIO rồi ñưa ra chân P.ON của rắc cắm lên nguồn ATX (chân P.ON là chân có dây mầu xanh lá cây), khi có lệnh P.ON (= 0V) => nguồn chính Main Power sẽ hoạt ñộng. - Khi nguồn chính hoạt ñộng => cung cấp xuống Mainboard các ñiện áp 3,3V (qua các dây mầu cam), 5V (qua các dây mầu ñỏ), 12V (qua các dây mầu vàng), -5V qua dây mầu trắng và -12V qua dây mầu xanh lơ.

Chân rắc cắm nguồn trên Mainboard ATX

Rắc 4 chân cấp nguồn 12V cho mạch VRM • Các dây mầu ñen : Mass • Các dây mầu cam : 3,3V • Các dây mầu ñỏ : 5V • Các dây mầu vàng : 12V • Dây mầu tím : 5V STB (cấp trước) • Dây mầu trắng : - 5V • Dây mầu xanh lơ: -12V • Dây mầu xanh lá cây: P.ON (lệnh mở nguồn) Khi P.ON = 0V là mở nguồn chính Khi P.ON > 0V là tắt nguồn chính • Dây mấu xám là chân P.G (Power Good - báo nguồn tốt) Các dây cùng mầu có cùng ñiện áp, trên nguồn ATX chúng xuất phát từ một ñiểm, tuy nhiên nhà sản xuất

Rắc cắm nguồn

vẫn chia ra làm nhiều sợi với mục ñích ñể tăng diện tích tiếp xúc trên các rắc cắm, ñồng thời giảm thiểu ñược các trục trặc do lỗi tiếp xúc gây ra 3. Các mạch ổn áp trên Mainboard. 3.1 - Các ñiện áp cấp trực tiếp ñến linh kiện (không qua ổn áp) Trên Mainboard có một số linh kiện sử dụng trực tiếp nguồn ñiện từ nguồn ATX tới mà không qua mạch ổn áp, ñó là các linh kiện: - IC Clock gen (tạo xung Clock) sử dụng trực tiếp nguồn 3,3V - Chipset nam sử dụng trực tiếp các ñiện áp 3,3V , 5V và 5V STB - IC-SIO sử dụng trực tiếp nguồn 3,3V và 5V STB (Các linh kiện sử dụng trực tiếp nguồn ñiện từ nguồn ATX hay bị sự cố khi ta sử dụng nguồn ATX kém chất lượng) 3.2 - Các mạch ổn áp: - Các linh kiện như CPU, RAM, Card Video và Chipset bắc chúng thường chạy ở các mức ñiện áp thấp vì vậy chúng thường có các mạch ổn áp riêng ñể hạ áp từ các nguồn 3,3V , 5V hoặc 12V xuống các mức ñiện áp thấp từ 1,3V ñến 2,5V. a) Mạch VRM (Vol Regu Module - Modun ổn áp): - VRM là mạch ổn áp nguồn cho CPU, mạch này có chức năng biến ñổi ñiện áp 12V xuống khoảng 1,5V và tăng dòng ñiện từ khoảng 2A lên ñến 10A ñể cung cấp cho CPU - Trên các Mainboard Pen3 thì mạch VRM biến ñổi ñiện áp từ 5V xuống khoảng 1,7V cấp cho CPU b) Mạch Regu_Chipset (mạch ổn áp cho chipset) - Là mạch ổn áp nguồn cấp cho các Chipset, các Chipset nam và bắc của Intel thường sử dụng ñiện áp chính là 1,5V các Chepset VIA thường sử dụng ñiện áp khoảng 3V c) Mạch Regu_RAM (mạch ổn áp cho RAM) - Với thanh SDRAM trên hệ thống Pentium 3 sử dụng 3,3V thì không cần ổn áp - Thanh DDR sử dụng ñiện áp 2,5V; thanh DDR2 sử dụng 1,8V và thanh DDR3 sử dụng 1,5V vì vậy chúng cần có mạch ổn áp ñể giảm áp xuống ñiện áp thích hợp. Bạn ñưa trỏ chuột vào sơ ñồ ñể xem chú thích

Sơ ñồ của mạch cấp nguồn trên Mainboard 3.3 - Phân tích sơ ñồ mạch cấp nguồn trên Mainboard - Khi cắm ñiện, phần nguồn STANBY trên nguồn ATX hoạt ñộng => cung cấp 5V STB xuống Mainboard qua sợi dây mầu tím của rắc nguồn. - Khi bấm công tắc => mạch khởi ñộng trên Mainboard ñưa ra lệnh P.ON = 0V ñiều khiển cho nguồn chính hoạt ñộng, nguồn chính chạy => cung cấp xuống Mainboard các ñiện áp: 3,3V 5V và 12V, và một số nguồn phụ như -5V và -12V - Nguồn 3,3V cấp trực tiếp cho IC tạo xung Clock, Chipset nam, BIOS và IC-SIO - ñồng thời ñi qua mạch ổn áp hạ xuống 1,5V cấp cho các Chipset (Intel) hoặc hạ xống 3V cấp cho các chipset VIA. - Nguồn 12V ñi qua mạch ổn áp VRM hạ xuống ñiện áp khoảng 1,5V cấp cho CPU - Nguồn 5V ñi cấp cho Chipset và các Card mở rộng trên khe PCI , giảm áp xuống 2,5V qua mạch ổn áp ñể cấp nguồn cho RAM 4. Hoạt ñộng mở nguồn trên Mainboard Quá trình ñiều khiển nguồn trên Mainboard Chú thích quá trình ñiều khiển nguồn:

- Khi cắm ñiện, nguồn STANBY hoạt ñộng trước cung cấp ñiện áp 5V STB cho mạch khởi ñộng trên Chipset nam và IC- SIO - Khi bật công tắc, từ Chipset nam ñưa ra lệnh mở nguồn P.ON, lệnh này ñưa qua IC-SIO rồi ñưa ñến chân P.ON của rắc cấp nguồn cho Mainboard (qua dây mầu xanh lá) ñể lên ñiều khiển cho nguồn chính Main Power hoạt ñộng. - Nguồn chính họat ñộng cho ra các ñiện áp chính là: * 3,3V - Cấp trực tiếp cho các IC như Chipset nam, SIO và Clock gen ñồng thời ñi qua mạch ổn áp Regu ñể cấp nguồn chính 1,5V cho hai Chipset * 5V cấp trực tiếp ñến Chipset nam, và cấp cho các Card mở rộng PCI * 12V cấp cho mạch ổn áp VRM ñể giảm áp xuống khoảng 1,5V cấp nguồn cho CPU - Nếu mạch VRM hoạt ñộng tốt (không có sự cố) nó sẽ cho ra nguồn VCORE (1,5V) cấp cho CPU ñồng thời cho tín hiệu VRM_GD (VRM_Good) báo về Chipset nam, ñây là tín hiệu bảo vệ, nếu có tín hiệu này báo về, Chipset nam hiểu là CPU ñã sẵn sàng hoạt ñộng và Chipset sẽ cho ra tín hiệu RESET ñể khởi ñộng máy. IV. Mainboard, Slot, Socket cắm CPU Trong máy tính, mỗi bo mạch in ñiện tử ñược thiết kế ñể thực hiện một chức năng hoặc nhóm chức năng nào ñó. Ví dụ: Card màn hình là một bo mạch in ñiện tử chuyên xử lý và hiển thị các tín hiệu về hình ảnh ñồ họa trong máy tính.

Electronic Board - Bo mạch in ñiện tử: Là một bản (tấm/bo) mạch in trong thiết bị ñiện tử. Trong máy tính, mỗi bo mạch in ñiện tử ñược thiết kế ñể thực hiện một chức năng hoặc nhóm chức năng nào ñó. Ví dụ: Card màn hình là một bo mạch in ñiện tử chuyên xử lý và hiển thị các tín hiệu về hình ảnh ñồ họa trong máy tính. Mainboard - còn gọi là Motherboard (Bo mạch chính) hoặc System board (Bo mạch Hệ thống): Trong máy tính, nó là bo mạch in chính trong máy tính. Nó bao gồm các khe gắn (sockets) cho phép gắn thêm các bo mạch phụ, các bo mạch chức năng. Mainboard còn chứa các kênh truyền dữ liệu (bus), các bộ xử lý (chipsets), các khe chứa bộ nhớ (memory sockets), các giao diện gắn

thiết bị ngoại vi và thiết bị nhập xuất như: máy in, màn hình, bàn phím, chuột, máy ảnh kỹ thuật số... (Xem hình bên) Các bộ xử lý (chip) ñiều khiển việc xử lý và hiển thị hình ảnh, xử lý âm thanh, ñiều khiển các cổng nhập xuất tuần tự và song song (serial & parallel ports), ñiều khiển và cung cấp giao tiếp mạng...có thể ñược tích hợp hay không tích hợp trên Mainboard. Nếu không ñược tích hợp sẵn, thì các bộ xử lý ñó tồn tại dưới dạng các bộ ñiều khiển ñộc lập (independent controller) ñược gắn vào các khe gắn mở rộng (expansion slot) trên Mainboard. Chúng ta thường gọi các bộ ñiều khiển ñộc lập ñó là card. Ví dụ: card màn hình (Video card, video adapter), card nhập xuất (I/O card, SCSI card), card mạng (Network Interface Card, Network adapter)...

Các giao diện của CPU (CPU Interface) (phổ biến nhất hiện nay) Trong quá trình phát triển của mình, máy tính hỗ trợ nhiều loại giao diện (interface) khác nhau ñể cho phép kết nối nhiều loại thiết bị và linh kiện lại với nhau. Mỗi giao diện linh kiện hoặc thiết bị ñược phát minh - chuẩn hóa - cải tiến và cứ như thế các loại giao diện liên tục ñược giới thiệu ñã dẫn ñến quá trình cải tiến không ngừng của công nghệ máy tính. Nằm ở

trung tâm của một hệ thống máy tính là CPU (Central processing Unit) từ sau này, tôi sẽ sử dụng lẫn lộn giữa Bộ Xử lý và CPU nhằm mục ñích giúp các bạn mới làm quen với máy tính hiểu ñược từ nguyên gốc ñược dùng rất phổ biến và nghĩa tiếng Việt của nó. Về cơ bản, một CPU (BXL) là một mảnh Silicon hình vuông (square sliver of silicon) với các mạch ñiện tử ñược khắc axit (etched) lên bề mặt. Chip ñiện tử này ñược kết nối với các chân tín hiệu (signal pins) và toàn bộ khối linh kiện này ñược ñóng gói ở một dạng nào ñó - có vỏ bọc bằng sứ (ceramic) hoặc bằng chất dẻo (plastic) - với các chân tín hiệu ñược thiết kế chạy dọc theo các cạnh dưới của bề mặt hình vuông dẹp hoặc theo một cạnh dài. Gói CPU ñược kết nối với Motherboard thông qua một số giao diện hiệu) CPU - dạng Khe gắn (slot) hoặc ðế gắn (socket). Giao diện Socket (ñế gắn) ñược sử dụng phổ biến trong một thời gian dài. Sau ñó, các nhà sản xuất hàng ñầu như Intel® Corpotation và AMD Corporation lại chuyển sang sử dụng giao diện Slot (khe gắn). Sau một thời gian tương ñối ngắn nữa, họ lại chuyển trở lại công nghệ sử dụng ñế gắn (socket). Các thế hệ BXL 386, 486, Pentium và Pentium MMX cổ ñiển ra ñời dưới dạng các gói hình vuông dẹp (flat square package) với một hàng chân tín hiệu ở mặt dưới gọi là PGA - Pin Grid Array (Hàng chân tín hiệu ñược sắp theo ô) và ñược gắn vào giao diện CPU loại Socket trên Mainboard. Socket 7, một trong các giao diện xưa nhưng ñược rất nhiều dòng CPU hỗ trợ, kể cả các CPU của các hãng ngoài Intel. Socket 8 ñược thiết kế cho dòng CPU Pentium Pro của hãng Intel® ñược giới thiệu năm 1995- với cấu trúc ñặc biệt ñể chứa Gói CPU hình vuông - hai khoang bất thường của Pentium Pro. ðể hỗ trợ Cache L2 (Bộ nhớ nội cấp 2, xem thêm phần CPU ñể biết thêm về cache)- ñược ñóng gói chung với CPU, nhưng không nằm trên nhân (on-die) - Socket 8 bao gồm 3 nhân (3 dice) riêng biệt gắn trên mạch của CPU. Kiến trúc ñặc biệt phức tạp này ñã ñẩy giá thành của Socket 8 lên quá cao nên nó ñã nhanh chóng bị ngưng sản xuất. Cùng với sự ra ñời của dòng CPU Pentium II, Intel® ñã chuyển qua sử dụng một giải pháp rẻ hơn cho việc ñóng gói các BXL chứa nhiều hơn 1 nhân (die). Về thiết kế, kiểu ñóng gói SECC (Single Edge Contact Cartridge - Hộp Giao tiếp Một cạnh) thực tế là một bản mạch chứa chip xử lý (core processor chip) và các chip nhớ (memory chip). Hộp CPU chứa các chân tín hiệu chạy dọc theo một cạnh, ñiều này cho phép CPU ñược gắn theo chiều vuông góc với mặt Mainboard như phần lớn các card mở rộng như : sound card hoặc Graphics card. Giao diện ñó gọi là Slot 1. Các chip tạo thành Cache L2 có thể hoạt ñộng với tốc ñộ bằng ½ tốc ñộ của CPU. Khi hãng Intel® quay trở lại với kỹ thuật thiết kế Cache L2 trên

nhân CPU (Processor die) - từ dòng Pentium® III lõi Coppermine)- họ vẫn tiếp tục sử dụng công nghệ ñóng gói không có sẵn Cache (cacheless Slot 1 packaging) thêm một thời gian nữa nhằm mục ñích hỗ trợ tương thích. Dòng CPU Pentium® Xeon - là các CPU chuyên dùng làm server - có Cache L2 hoạt ñộng ở tốc ñộ ngang bằng với tốc ñộ của CPU. ðiều này phát sinh nhu cầu phải sử dụng một bộ tản nhiệt (heatsink) lớn hơn, do vậy hộp chứa CPU cũng phải ñược thiết cao hơn. Slot 2 là khe gắn ñáp ứng ñược thiết kế cho các yêu cầu trên. Slot 2 hỗ trợ nhiều ñầu nối (chân tín hiệu) hơn Slot 1 nhằm hỗ trợ các tính năng của hệ thống máy chủ (server) như tính năng ña bộ xử lý (multi-processor) và các tính năng khác. Khi Intel ngưng sản xuất các BXL MMX vào giữa năm 1998 và ñể dành kiến trúc Socket 7 (là ñế gắn BXL Intel Pentium MMX) cho các ñối thủ cạnh tranh, chủ yếu là AMD và Cyrix, khai thác. Với sự hợp tác của hai hãng vừa sản xuất Chipset và bo mạch chủ này, kiến trúc Socket 7 ñã ñược tiếp tục sử dụng rất thành công trong các năm tiếp theo. Quyết tâm của AMD trong việc tạo ñối trọng với công nghệ Slot 1 của Intel ngay trên kiến trúc Socket 7 ñược thể hiện rõ ở dòng BXL 0.25 Miron AMD K6-2 ñược giới thiệu vào cuối tháng 5-1998. AMD K6-2 ñánh dấu bước phát triển quan trọng của kiến trúc Socket 7. AMD gọi kiến trúc này là "Super 7" và họ ñã liên tục phát triển nền tảng này ñến năm 2000. ðược phát triển bởi AMD và các ñối tác công nghiệp hàng ñầu, kiến trúc super 7 ñã vượt qua kiến trúc socket 7 truyền thống bằng cách hỗ trợ các giao diện kênh hệ thống 95Mhz và 100Mhz, cổng tăng tốc ñồ họa AGP (Accelerated Graphics Port) và một số tính năng "cao cấp" khác như 100Mhz SDRAM, USB, Ultra DMA và ACPI. Khi AMD giới thiệu BXL Athlon sử dụng Slot A vào giữa năm 1999 nhằm mục ñích cạnh tranh với Intel khi hãng này thay ñổi giao diện CPU từ ñế gắn (socket-based) sang khe gắn (slot-based). Kiến trúc tương ñồng về mặt vậy lý so với Slot 1, nhưng CPU Athlon giao tiếp thông qua các chân tín hiệu bằng một giao thức hoàn toàn khác - ñược sáng chế bởi hãng Digital gọi là EV6- cho phép truyền dữ liệu từ bộ nhớ (RAM) sang CPU thông qua kênh truyền hệ thống 400Mhz (400Mhz Front-Side-Bus- FSB). Slot A sử dụng một ñơn vị cân bằng ñiện áp (Voltage Regulator ModuleVRM) cho phép CPU thiết lập ñiện áp hoạt ñộng phù hợp trong khoảng từ 1.3V - 2.05V. Như ñã trình bày ở trên, các BXL dạng khe gắn (slot-based processor) không hỗ trợ khả năng tích hợp Cache L2 trên nhân CPU. Do vậy, vào ñầu năm 1999 Intel lại quay trở lại công nghệ ñóng gói PGA (Pin Grid

Array) có hỗ trợ Cache L2 tích hợp trên nhân CPU (processor die) qua dòng CPU Intel Celeron. Dòng CPU này sử dụng công nghệ ñóng gói PPGA 370, ñược tiếp xúc với Mainboard qua một giao diện ñế gắn CPU gọi là socket 370. Không chỉ có Intel, hãng Cyrix cũng có dòng CPU VIA C3 sử dụng socket 370 này. Sư từ bỏ slot 1 ñột ngột nhằm ñẩy mạnh socket 370 ñã tạo ra một nhu cầu về thiết bị ñổi cho phép sử dụng các BXL công nghệ CPU PPGA trong các mainboard có khe gắn slot 1. Abit là hãng ñầu tiên trên thị trường sản xuất bộ ñổi từ Slot 1 <- - > Socket 370 gọi là "SlotKET". Sau ñó nhiều nhà sản xuất khác cũng theo chân Abit sản xuất các bộ ñổi như vậy. ðiều này ñã bảo ñảm cho các chủ nhân của mainboard Slot 1 không phải lo lắng về khả năng tương thích với các CPU "ñời mới" sử dụng socket 370. Sau Socket 370, Intel lại tiếp tục giới thiệu các phiên bản khác của nó là các giao diện FC-PGA (Flip Chip-Pin Grid Array) và FC-PGA2 sử dụng với các BXL Pentium III Coppermine và Tualatin. Lợi ích của các công nghệ ñóng gói này là phần nóng nhất của BXL sẽ nằm ở mặt không tiếp xúc với Mainboard, do vậy khả năng tản nhiệt ñược cải thiện. Công nghê FC-PGA2 còn hỗ trợ thêm một bộ tản nhiệt tích hợp (Integrated Heat Speader) cho phép tăng cường khả năng dẫn nhiệt tốt hơn nữa. FC-PGA và FC-PGA2 tương thích về mặt cơ học với Socket 370, nhưng về mặt tín hiệu ñiện, chúng không tương thích với nhau. các BXL FC-PGA yêu cầu các Mainboard hỗ trợ ñặc tả kỹ thuật VRM 8.4 (VRM 8.4 Specification) trong khi các BXL FC-PGA2 ñòi hỏi hỗ trợ VRM 8.8. Tương tự như Slot 1 của Intel, giao diện Slot A của AMD cũng có một "ñời sống khá ngắn ngủi". Với sự sáng tạo ra Athlon Thunderbird và Spitfire, AMD ñã theo chân người khổng lồ Intel bằng cách chuyển sang sử dụng công nghệ ñóng gói theo kiểm PPGA trong dòng BXL Athlon và Duron của mình. Các BXL này ñược kết nối vào Mainboard thông qua một giao diện mà AMD gọi là Socket A. Giao diện này có 462-pin (chân tín hiệu), trong ñó có 453 chân ñược BXL sử dụng, và hỗ trợ các kênh dữ liệu 200Mhz EV6 và 266Mhz EV6. Các mã CPU Palomino và Morgan sau này của AMD cũng tương thích với Socket A. Với sự ra ñời của Pentium 4 vào cuối năm 2000, Intel ñã giới thiệu thêm một công nghệ ñóng gói theo kiểm ñể gắn khác là Socket 423. Như một biểu trưng cho xu hướng các BXL tiêu thụ ít năng lượng, công nghệ ñóng gói socket 423 theo kiểu PGA này có mức ñiện áp hoạt ñộng trong khoảng từ 1.0V - 1.85V theo ñặc tả VRM. Socket 423 ñược sử dụng trong khoảng vài tháng thì Intel lại tiếp tục giới thiệu công nghệ ñóng gói mới là socket 478. ðiểm khác nhau chính giữa hai loại ñế gắn này là socket 478 có mật ñộ sắp xếp các chân dữ liệu dày hơn theo giao diện µPGA

(Micro Pin Grid Array), ñiều này khiến cho kích thước của CPU và không gian bị chiếm dụng bới ñế gắn CPU trên Mainboard giảm ñi rất ñáng kể. Socket 423 ñược giới thiệu nhằm sử dụng cho công nghệ CPU Pentium 4 Northwood 0.13 µm vào ñầu năm 2002. Sau ñây là bảng tổng hợp các giao diện CPU thường thấy trên Mainboard, kể từ kiến trúc ñế gắn socket 1 - ñế gắn dành cho các CPU 486 và Overdrive vào những năm ñầu của thập kỷ 1990.

Tên Socket 1 Socket 2 Socket 3

Socket 4

Socket 5

Socket 6

Socket 7

Socket 8

Giao diện Mô tả 169-pin ðược thiết kế trên các Mainboard 486, hoạt ñộng với ñiện áp 5 Volt và hỗ trợ các CPU 486, các bộ nâng (169chân cấp CPU (CPU OverDrive) DX2 và DX4. tín hiệu) Là một giao diện có sửa ñổi một chút từ Socket 1 238-pin nhưng cho phép hỗ trợ thêm Pentium CPU OverDrive. Hỗ trợ ñiện áp 5 volt và 3.3Volt. Mainboard có các 237-pin Jumper cho phép lựa chọn ñiện áp phù hợp. Nó hỗ trợ các CPU như Socket 2 cộng thêm các CPU 586. Là ñế gắn (Socket) ñầu tiên dùng cho dòng CPU Pentium. Hoạt ñộng ở mức ñiện áp 5 volt, do ñó nó chỉ hỗ trợ các Bộ Xử lý (CPU) Pentium 60/66 Mhz. Kể 273-pin từ BXL (CPU) Pentium-75Mhz, Intel chuyển qua sử dụng công nghệ 3.3Volt. Hoạt ñộng ở mức ñiện áp 3.3 volt và hỗ trợ các BXL dòng Pentium từ 75Mhz cho tới 133Mhz. Nó không 320-pin tương thích với các ñời BXL sau này bởi chúng ñòi hỏi thêm 1 chân tín hiệu (1 additional signal pin). ðược thiết kế cho các BXL 486. Là phiên bản ñược cải tiến của Socket 3 hoạt ñộng ở mức ñiện áp 3.3 volt. 235-pin Nó xuất hiện vào thời ñiểm các BXL 486 chuẩn bị ñược thay thế bởi BXL Pentium. ðược thiết kế dành cho BXL Pentium MMX của Intel. ðế gắn có hỗ trợ khả năng phân chia ñiện áp Lõi/Nhập Xuất (Core/IO voltage) theo yêu cầu của 320-pin Pentium MMX và các BXL sau này. Giao diện ñế gắn này ñược sử dụng cho tất cả các dòng CPU khác (như AMD K6) sử dụng kênh truyền hệ thống 66Mhz. Dành riêng cho BXL Intel Pentium Pro, ñế gắn này ñã ñẩy chi phí sản xuất lên quá cao nên ñã nhanh 387-pin chóng bị thay thế bằng thiết kế dạng hộp (cartridgebased).

Slot 1

Slot 2

Slot A

Socket 370

Socket A

Socket 423

Socket 603

Socket 478

Giao diện "khe gắn" - slot- ñược dùng cho kiến trúc 242-way BXL dạng hộp (cartridge). Mạch ñiều khiển bên trong connector hộp của BXL chứa 512KB cach L1 - bao gồm 2 chip nhớ 256KB- Cache L1 này sẽ hoạt ñộng với tốc ñộ (242-ñiểm bằng ½ tốc ñộ của BXL. Slot 1 ñược sử dụng cho các tiếp xúc) BXL Intel Pentium II, Pentium III và Celeron ñời ñầu. Tương tự Slot 1, nhưng cho phép hỗ trợ dung lượng 330-way cache L1 tới 2MB và chạy cùng tốc ñộ với BXL. ðược connector sử dụng cho các dòng BXL Intel Pentium II/III Xeon chuyên dụng làm Server . Là giao diện dùng cho các BXL của hãng AMD. Nó có giao diện cơ học (mechanical interface) tương thích với 242-way Slot 1 nhưng sử dụng giao diện ñiện (electrical connector interface) hoàn toàn khác. ðược sử dụng với BXL AMD Athlon ñầu tiên. ðược thiết kế nhằm thay thế cho công nghệ Slot 1. Nó 370-pin bắt ñầu với dòng BXL Intel Celeron từ ñầu năm (370-chân 1999. các dòng BXL Intel Pentium III Coppermine tín hiệu) và Tulatin (trong các phiên bản gọi là FC-PGA và FCPGA2) cũng sử dụng khe gắn này. Là giao diện của AMD ñược giới thiệu với các BXL 462-pin Athlon ñầu tiên (Thunderbird) với L2 cache tích hợp. Các dòng BXL AMD sau này cũng sử dụng Socket A. ðược thiết kế hỗ trợ các chân tín hiệu mới theo yêu cầu của kênh truyền kệ thống (FSB) thuộc dòng BXL Intel Pentium 4. Dòng BXL này có một tản nhiệt tích 423-pin hợp (HIS-Integrated Heat Speader) vừa làm nhiệm vụ bảo vệ nhân BXL (CPU die) vừa cung cấp bề mặt ñể gắn bộ tản nhiệt loại lớn. Giao diện gắn các BXL Intel Pentium 4 Xeon (chuyên dụng cho các máy Chủ – Server- chuyên nghiệp). Các chân tín hiệu cộng thêm cung cấp thêm sức mạnh cho các thế hệ BXL tương lai với các Cache 603-pin L3 tích hợp trên nhân BXL (on-die) hoặc trên mạch (off-die) nhằm hỗ trợ các kênh truyền thông giữa các BXL (inter-processor Communications) trong các hệ thống máy tính sử dụng nhiều BXL. ðược thiết kế ñồng thời với việc giới thiệu công nghệ xử lý 0.13Micron dành cho BXL Intel Pentium 4 Northwood vào ñầu năm 2002. Giao diện Micro Pin 478-pin Grid Array (µPGA) của nó cho phép giảm kích thước của BXL và của ñế gắn trên mainboard.

Socket 7: Là một chân ñế (khe gắn) ñược thiết kế trên Mainboard dành riêng ñể gắn các CPU Pentium. ðó cũng có thể ñược dùng ñể gắn các bộ xử lý tương thích Pemtium từ các hãng sản xuất khác như các CPU K5 và K6 của hãng AMD. (Xem hình bên Socket 7 - Dùng ñể gắn CPU Pentium). V. AT, ATX Mainboard, Front-Side Bus Các mainboard dạng AT (AT form) ñược sử dụng rộng rãi trong các hệ thống sử dụng các bộ vi xử lý 386, 486, 586 của hãng Intel hoặc các dòng CPU X86 của các hãng AMD và Cyrix.

AT Form Mainboard: Từ AT (Viết tắt của chữ Advanced Technology) xuất phát từ dòng máy tính sử dụng CPU 80286 ñầu tiên của hãng IBM vào năm 1984. Các mainboard dạng AT (AT form) ñược sử dụng rộng rãi trong các hệ thống sử dụng các bộ vi xử lý 386, 486, 586 của hãng Intel hoặc các dòng CPU X86 của các hãng AMD và Cyrix. Các CPU này sử dụng Socket 7 và Socket 8. Bộ nguồn sử dụng cho các Mainboard dạng AT ñược gọi là các bộ nguồn AT cho phép tắt mở nguồn bằng công tắc. ATX Form Mainboard: Là thuật ngữ chỉ dạng mainboard mới hơn so với dòng mainboard dạng AT cũ. Mainboard dạng ATX có thiết kế các khe gắn CPU và bộ nhớ (memory slot) quay ngang 90° cho phép gắn các bo mạch mở rộng một cách dễ dàng và thuận tiện hơn. Bộ nguồn sử dụng cho các Mainboard ATX ñược gọi là các bộ nguồn ATX . Nguồn ATX cho phép tắt mở nguồn tự ñộng bằng phần mềm hoặc thông qua mạng (với card mạng có tính năng Wake-on-LAN) mà không phải sử dụng công tắc. Một trong các khác biệt cơ bản của ATX so với AT là bộ nguồn ATX (ATX Power Supply) thổi không khí vào CPU chứ không hút khí từ thùng máy (Case) như là ở bộ nguồn AT (AT Power supply) nguyên thủy . Micro ATX Mainboard: Là một phiên bản nhỏ hơn của ATX Mainboard, nó hỗ trợ ít khe gắn mở rộng hơn. Front-Side Bus (FSB): Là kênh truyền dữ liệu giữa CPU và Bộ nhớ ñược thiết kế trên Mainboard. Nó phụ thuộc vào số lượng các ñường truyền song song (16 bit, 32 bit

v.v..) và tốc ñộ xung nhịp của hệ thống (66Mhz, 100Mhz v.v..) Nó còn ñược là System Bus (kênh truyền hệ thống). Thông thường, tốc ñộ của kênh truyền hệ thống cao hơn nhiều so với tốc ñộ của các kênh truyền ngoại vi (Peripheral Bus - kênh truyền giữa các khe gắn như PCI, ISA với hệ thống) nhưng lại chậm hơn kênh truyền Backside Bus giữa CPU và bộ nhớ nội cấp 2 - L2 Cache. Kênh truyền trong một máy tính là ñường truyền chung giữa CPU và các thiết bị ngoại vi. Các kênh truyền song song (parallel bus) sử dụng các khe gắn trên Mainboard và cung cấp nhiều ñường truyền dữ liệu ñồng thời (8 bit, 16 bit .v.v...) giữa CPU và các card ngoại vi ñược gắn vào các kênh truyền bên trong máy. Các kênh truyền tuần tự (serial bus) có các cổng bên ngoài và sử dụng các sợi cáp gắn vào chúng có thể kết nối với nhiều thiết bị khác nhau. Dưới ñây là các kênh truyền sử dụng trong máy tính : Kênh truyền Song Song (loại cũ) : Micro Channel, EISA, VL-Bus. Kênh truyền Song Song (hiện tại) : ISA, PCI, AGP. Kênh truyền tuần tự (hiện tại) : USB, Firewire IEEE1394.

Bus Mastering:

Là một thiết kế kênh truyền cho phép các bộ ñiều khiển thiết bị ngoại vi (hoặc các card mở rộng : Plug-in board, expansion board) truy cập vào bộ nhớ của máy tính một cách ñộc lập so với CPU. Nó cho phép việc truyền dữ liệu giữa các thiết bị ngoại vi và bộ nhớ diễn ra trong khi CPU ñang thực hiện các tác vụ khác. VI. Mạch ổn áp nguồn cho CPU

Kiến thức về Mainboard Vị trí của mạch VRM trên Mainboard VRM là gì? - VRM là (Vol Regu Module - Modun ổn áp) - Mạch ổn áp nguồn cho CPU - Mạch VRM (ổn áp nguồn cho CPU) thường nằm bên cạnh Socket của CPU, mạch bao gồm các thành phần: - IC dao ñộng - IC ñảo pha - Các ñèn Mosfet - Các cuộn dây - Các tụ lọc Chức năng của mạch VRM là ñiều khiển nguồn cấp cho CPU ñược ổn ñịnh với một dòng ñiện tương ñối lớn khoảng 8 ñến 10A

Mạch VRM trên Mainboard ASUS Socket 478

Mạch VRM trên Mainboard GIGABYTE Socket 775

Mạch VRM trên Mainboard GIGABYTE Socket 478

Sơ ñồ nguyên lý của mạch VRM trên Mainboard 2.1 - Các thành phần chính của mạch VRM - IC dao ñộng - có chức năng tạo dao ñộng (tạo xung PWM - xung ñiều chế ñộ rộng) ñể ñiều khiển các cặp ñèn Mosfet hoạt ñộng - IC ñảo pha - tách mỗi dao ñộng ra thành 2 dao ñộng có pha ngược nhau - Các ñèn Mosfet - Hoạt ñộng ñóng ngắt theo tín hiệu ñiều khiển của xung PWM, khi xung PWM có pha dương thì Mosfet dẫn, khi xung PWM có pha âm thì Mosfet ngắt. - Cuộn dây - kết hợp với tụ ñiện ñể lọc ñiện áp xung thành áp một chiều DC - Tụ ñiện - kết hợp với cuộn dây ñể lọc ñiện áp xung thành áp một chiều DC 2.2 - Nguyên lý hoạt ñộng của mạch VRM: - Khi có ñiện áp Vcc cung cấp cho IC dao ñộng (ISL 6565A) ñồng thời chân PGOOD (chân báo sự cố nguồn ATX) có ñiện áp bình tuờng thì IC sẽ hoạt ñộng, nó tạo ra các xung PWM1, PWM2 và PWM3 ñể cấp cho 3 cặp ñèn Mosfet - Các xung PWM ñược tách ra làm hai xung có pha ngược nhau khi ñi qua IC ñảo pha, sau ñó hai xung ngược pha sẽ ñưa ñến ñiều khiển chân G của các ñèn Mosfet. - Khi ñèn Mosfet có xung dương ñiều khiển nó sẽ dẫn, có xung âm ñiều khiển nó sẽ ngắt, vì vậy ñèn Mosfet sẽ ñóng ngắt liên tục theo nhịp dao ñộng của xung PWM - Hai ñèn Mosfet trên mỗi cặp sẽ ñóng ngắt luân phiên, ñèn này dẫn thì ñèn kia ngắt và ngược lại, tạo ra ñiện áp xung ở ñiểm giữa. - Sau ñó ñiện áp xung sẽ ñược mạch lọc L - C lọc thành ñiện áp một chiều bằng phẳng ñể cấp cho CPU

2.3 - ðặc ñiểm của mạch VRM - Mạch biến ñổi ñược ñiện áp vào từ 12V xuống khoảng 1,5V và tăng dòng từ 2A lên khoảng 8 ñến 10A - Bản thân mạch có công suất tổn hao nhỏ chỉ chiếm khoảng 20% công suất hiệu dụng. - Mạch có khả năng tự ñộng ñiều chỉnh ñiện áp cấp cho CPU thông qua tín hiệu Logic ở các chân VID1, VID2, VID3, VID4 từ CPU báo về. - Trên các Mainboard Pentium 4 kh không gắn CPU thì các chân VID có giá trị logic 1 và mạch VRM ñưa ra ñiện áp mặc ñịnh bằng 0V - ðiện áp ñầu vào của mạch VRM trên các Mainboard Pen 4 là 12V, trên các Mainboard Pen 3 là 5V - ðiện áp ra của mạch VRM trên các Mainboard Pen 3 khi không gắn CPU là khoảng 1,6V

Sơ ñồ nguyên lý mạch VRM (ổn áp nguồn cho CPU) Chú thích các chân của IC dao ñộng: - VCC - Nguồn cung cấp cho IC - PWM1, PWM2, PWM3 - Các chân xung ñiều chế ñộ rộng ñưa ñến ñể ñiều khiển các cặp ñèn Mosfet - ISEN1, ISEN2, ISEN3 các chân cảm biến về dòng ñiện

- EN - Chân cho phép IC hoạt ñộng - ENLL (chân PGOOD) - Chân báo trạng thái nguồn ATX hoạt ñộng tốt - Các chân VID0, VID1, VID2, VID3, VID4 báo trạng thái Logic cho biết giá trị ñiện áp mà CPU sử dụng - PGOOD , OVP - báo tình trạng của mạch VRM về chipset nam - VSEN - Chân cảm biến ñiện áp (chân hồi tiếp) Bạn ñưa trỏ chuột vào sơ ñồ ñể xem chú thích

Mạch VRM trên Mainboard MSI

Mạch ổn áp VRM trên Mainboard MSI

Sự giống và khác nhau của mạch VRM giữa Mainboard Pentium 4 và Petium 3 - Nguyên lý hoạt ñộng của mạch VRM trên hai loại Mainboard là như nhau - ðiểm khác nhau cơ bản của mạch VRM giữa hai loại Main là ñiện áp ñầu vào của Mainboard Pen 3 sử dụng 5V còn ñiện áp ñầu vào của Mainboard Pen 4 sử dụng 12V - Khi không gắn CPU thì mạch VRM của Mainboard Pen 3 ra ñiện áp mặc ñịnh là 1,6V còn mạch VRM của Mainboard Pen 4 ra mặc ñịnh sấp sỉ 0V

Mainboard Pentium 3 chỉ có một cặp ñèn Mosfet trên mạch VRM Mạch báo sự cố của mạch VRM về Chipset nam

- Khi mạch VRM hoạt ñộng tốt sẽ cho tín hiệu VRM_GD báo về Chipset nam cho biết tình trạng hoạt ñộng của mạch ổn áp cho CPU ñã tốt, CPU ñã sẵn sàng họt ñộng. - Tín hiệu VRM_GD ñưa về Chipset là một ñiều kiện ñể Chipset nam ñưa ra tín hiệu Reset hệ thống, nếu mạch VRM không hoạt ñộng hoặc có sự cố, tín hiệu VRM_GD sẽ không có vì vậy mà Chipset sẽ không cho ra tín hiệu Reset ñể khởi ñộng máy.

Phương pháp kiểm tra mạch VRM - Kiểm tra nguồn cấp cho CPU Khi kiểm tra ñiện áp cấp cho CPU, bạn cần lưu ý mấy ñiểm sau ñây: - Với Mainboard Pentium 3 bạn có thể ño kiểm tra ñiện áp VCORE cấp cho CPU mà không cần gắn CPU vào Socket - Với các Mainboard Pentium 4 ñể ño ñiện áp cấp cho CPU, bạn cần gắn CPU vào Socket trước khi ño, nếu không có CPU thì mạch VRM của Main Pen 4 ra ñiện áp mặc ñịnh bằng 0V. - Trước khi gắn CPU vào Socket ñể kiểm tra ñiện áp, bạn cần ño ñiện áp VCORE trước (khi không có CPU) ñể loại trừ trường hợp mạch VRM bị chập Mosfet làm ñiện áp VCORE tăng cao gây hỏng CPU của bạn. 6.1 - Vị trí ño ñiện áp VCORE (VCORE là nguồn ra của VRM cấp cho CPU) - Bạn hãy ño ñiện áp VCORE (ñiện áp cấp cho CPU) ño vào ñầu các cuộn dây ra bằng thang DC, bạn có thể ño vào cả hai ñầu cuộn dây ñều ñược, nếu ñồng hồ báo khoảng 1,5V DC là mạch VRM ñã “OK”, nếu ñồng hồ báo ñiện áp bằng 0 hoặc dưới 1V DC là mạch VRM bị hỏng.

ðo ñiện áp cấp cho CPU ở ñầu các cuộn dây ra hoặc ñầu dương các tụ 6,3V

Khi ño ñiện áp cấp cho CPU trên Mainboard Pen 4 phải gắn CPU vào Socket thì mới có ñiện áp ra ño vào ñầu các cuộn dây ñầu ra (có từ 2 ñến 4 cuộn dây ñầu ra giống

nhau về kích thước) 6.2 - Các bước kiểm tra mạch VRM và ñiện áp VCORE trên Mainboard Pentium 4 Bước 1 - ðo ñiện áp VCORE khi chưa gắn CPU phải có ñiện áp sấp sỉ bằng 0V, nếu ñiện áp VCORE khi chưa gắn CPU ñã có 12V là mạch VRM bị chập Mosfet phía trên (Mosfet có chân D ñấu vào 12V) Bước 2 - Gắn CPU vào, cấp nguồn, bật công tắc và ño lại ñiện áp VCORE ở chân cuộn dây ra - Nếu có ñiện áp ra khoảng 1,5V là mạch VRM tốt - Nếu không có ñiện áp ra hoặc ra thấp dưới 1V là mạch VRM hỏng (…File flash sẽ upload sau…) Giải thích các bước ño kiểm tra ở trên: Bước 1 (Bật nguồn và ño khi chưa có CPU) - Bạn cấp nguồn cho Mainboard, chỉnh ñồng hồ ở thang 10V DC ñể chuẩn bị ño ñiện áp VCORE ở ñầu cuộn dây ra của mạch ổn áp VRM - Gắn Card Test Main ñể quan sát trạng thái của nguồn - Bật công tắc (chập hai chân PWR) ñể cho nguồn chính chạy, các ñèn 3,3V, 5V và 12V trên Card Test sáng lên là nguồn ATX tốt và Mainboard không bị chập - ðo vào chân cuộn dây ñiện áp phải sấp sỉ bằng 0 V (vì chưa gắn CPU nên mạch VRM cho ra ñiện áp mặc ñịnh = 0V) => Nếu chưa gắn CPU mà ño thấy áp ở ñầu cuộn dây khoảng 5 ñến 10V là mạch VRM ñang bị chập Mosfet, bạn cần kiểm tra kỹ các ñèn Mosfet. Bước 2 (Bật nguồn và ño khi ñã gắn CPU vào Socket trên Main) - Gắn CPU vào Socket trên Mainboard (Chắc chắn là CPU tốt) - Bạn cấp nguồn cho Mainboard, chỉnh ñồng hồ ở thang 10V DC ñể chuẩn bị ño ñiện áp VCORE ở ñầu cuộn dây ra của mạch ổn áp VRM - Gắn Card Test Main ñể quan sát trạng thái của nguồn - Bật công tắc (chập hai chân PWR) ñể cho nguồn chính chạy, các ñèn 3,3V, 5V và 12V trên Card Test sáng lên là nguồn ATX tốt và Mainboard không bị chập - ðo vào chân cuộn dây ñiện áp phải lên khoảng 1,5V (vì khi ñã gắn CPU => mạch VRM phải cho ra ñiện áp khoảng 1,5V hay bằng ñiện áp của CPU sử dụng) => Nếu ñã gắn CPU mà ño thấy áp ở ñầu cuộn dây (áp VCORE) vẫn bằng 0V là mạch VRM không hoạt ñộng Bạn cần sửa chữa như sau:

- Khò lại chân IC dao ñộng tạo xung PWM và IC ñảo pha - Kiểm tra xem có ñèn Mosfet nào bị chập không ? - Thay IC dao ñộng tạo xung PWM

Nguồn: hocnghe.com.vn