1、完整版电脑主板图文详解电脑主板图文详解认识主机板主机板(Motherboard)不算电脑里最先进的零组件,但绝对是塞最多东西的零组件。事实上,现在新的主机板简直像怪物,上面可能有数十个长长短短、大大小小、圆的方的、各式各样的插槽。即使我已经见过不下百张的主机板,仍然会惊讶于一张板子怎么能塞这么多东西,更可怕的是,东西还一年比一年多。平台的概念在电脑零件组中,主机板扮演的是一个平台(Platform)的角色,它把所有其他零组件串连起来,变成一个整体。我们常说CPU像大脑一样,负责所有运算的工作,而主机板就有点像脊椎,连接扩充卡、硬盘、网络、音效、键盘、鼠标器、打印机等等所有的周边,让CPU可以掌
2、控。所以玩电脑的人,常会在意板子稳不稳,因为主机板连接的周边太多,若稳定性不够就容易出现各种灵异现象。CPU不够快,顶多人笨一点算得慢,但脊椎出毛病就不良于行了。当然,CPU还是最重要的零件,CPU挂了,就像本草纲目所记载的:脑残没药医。目前全世界最大的主机板厂通通都在台湾(生产线当然在大陆),所以一定要好好认识一下台湾之光,但就像最前面说的,现在主机板上实在塞太多东西,每个插槽都是一种规格,有自己的历史和技术。这篇主要是讲一个综观,各插槽的技术会在对应零组件里详细说明,出现一堆英文缩写请别在意。废话不多说,我们挑一张目前最新的主机板做介绍,大家一起感谢微星提供两张P35 Platinum供小
3、弟任意解体,幸好,在本专题中没有一张主机板死亡。主机板外观这是目前新的主机板的模样,看起来密密麻麻跟鬼一样。你电脑里装的可能没这么高级,花样也不一定这么多,但某些东西是每一张主机板都会有的。先把一定会有的东西框出来标号,依序做介绍。1.CPU插槽(CPU Socket):首先,主机板一定有个插槽放CPU,不同的主机板通常会有不同的CPU插槽造型,以支持不同的CPU,而即使插槽造型一样,主机板也不一定都能支持,这跟CPU或主机板的世代交替,或是厂商自己划分产品定位有关。而在照片左端有一个八个洞白色插槽,那是给CPU供电用的。这是插上电源插头之后的样子,在CPU的章节有提到,现在高阶CPU的耗电T
4、DP非常高,所以要有专门的电源模组,特别给CPU用。另外,CPU是很精密的电子零件,它有固定范围的工作电压,过高过低都会伤到CPU,所以CPU插槽旁边都会布满一颗颗的小圆柱(照片中银色紫色交错的东西)。这些电容的作用像小型的电池,当输入电压较高时就存贮电力,输入电压较低时就释放电力,而快速的存贮和释放,会让供电保持在一个较稳定的环境,而不是上上下下的暴风雨。喜欢超频的玩家会很在意这些电容,因为这是稳定电压的零件之一,可提高电源的纯净度,玩家会讲究电容的造型(固态或电解)、厂牌(日系或台系),甚至是安装(插件式或SMD式)的方法,为的就是给CPU最稳定的环境,达到超频的爽度。但要注意,稳压不是只
5、有电容在做,而是要搭配其他零件(如电容旁边的R25方块,电感)和整体线路,不一定用上高级电容就保证有高级电源,最重要的还是主机板的线路设计方式。而现在主机板常常标榜的分相,就是把供电的电流和电压分开成数个,比如原本输入120W,可拆成四相各30W,由于每一相的负载较低,比较容易保持供电的稳定度。一般说来分相愈多,电源的环境就愈好,但这并非绝对,设计功力还是最重要的。而要看分几相,可以数一下电容或电感的个数,电容数除二或电感个数通常就是相数,但这只是通常,依然不是绝对,照片中的主机板是四相电源。2.存贮器插槽(DRAM Slot):在第0篇的总论就有提到了,这长条状的插槽就是插存贮器用的,一般主
6、机板会有24条,或更多,紧邻着CPU和北桥芯片。3.北桥芯片(Northbridge):北桥是主机板上最重要的芯片,负责连接CPU、存贮器和显示卡,通常中阶以上的主机板都会在北桥上装散热片或风扇,因为它就像CPU一样会发热。照片中是拆下散热器后的模样,紫色的东西可能是散热用的贴纸,我不敢硬抠下来,不过北桥就和CPU一样,都是一颗芯片。4.南桥芯片(Southbridge):南桥是主机板上的老二,和北桥互连并连接其他周边,我们熟知的主机板功能大多来自南桥,比如USB、网络、音效、SATA/IDE硬盘,都是从南桥连出来的。它也是一颗芯片,照片中看起来好像比北桥还大,那只是芯片制程和封装的造型不同。
7、现在主机板为了差异化,有时南北桥都会做散热片,甚至还兼做造型,让南北桥与CPU旁的稳压线路全部连在一起做散热。当然,通常只有高阶产品才会这样做,入门主机板黏个散热片就算很有义气了。5.扩充卡插槽(Expansion Card Slot):虽然某些主机板已经内建了所有必要的东西,比如网络、音效、甚至显示芯片,但还是有扩充的需求,这些插槽就是拿来装别的卡,比如插上电视卡就可以在电脑上看天下第一味,或是插无线网卡,让桌上型电脑也能无线化。而最常见的,就是插一张显示卡。这是显示卡插上PCI-Express插槽,网络卡插上PCI插槽的样子。PCI-Express或PCI都是扩充卡的插槽造型,从名字也看得
8、出来,PCI-Express比较先进。6.硬盘/光驱插槽(IDE、SATA):蓝色小插槽和黄色长一堆针的,都是连接硬盘或光驱用的,蓝色的是SATA、黄色的是IDE(或叫PATA),现在IDE通常只有光盘在用了,硬盘几乎快全面转换到SATA了。左边那堆黄绿红的小针脚是连接机壳用的,比如机壳上的USB、电源键、灯号等等,这部分的安装通常要参考主机板说明书,每一张主机板的针脚并不固定。SATA和IDE的排线,很明显看的出来SATA的插拔方便多了。7.整合周边(Integrated Peripherals):这些主机板本身功能的输出输入口。USB和网络插孔应该认得出来,右边六个洞是音讯输出和输入,左边
9、两个圆的是PS/2,插旧型的键盘和鼠标器,其他光纤输出(音讯)、eSATA(外接硬盘)、IEEE 1394(周边)的位置如图所示。8.BIOS:那个看起来像水银电池的东西,嗯.就是电池。用来供电给BIOS,存贮主机板的设置和时间,就算电源拔掉,资料也可以保留很长一段时间。至于BIOS(Basic Input/Output System),有点像是主机板内建的软件,用来辨识主机板上的各式装置,调整各种设置,再交给操作系统启动,BIOS是开机过程中的第一步,BIOS辨识完毕之后再给操作系统接手。BIOS软件通常放在一个很小的Flash ROM存贮装置(可以刷BIOS更新内容),照片中贴着绿色贴纸的
10、就是,和旁边的插槽相比真的超小。电脑开机时可能会秀这样的图形或文字,通常一闪而过,但一定会显示按什么键可以进入BIOS设置,一般是按DEL或F1。早期的BIOS可以用一个方法定住,就是把键盘线拔掉,BIOS就会停在一个错误信息,可以仔细看清楚,但现在不一定管用了,只能用各位高超的动态视觉,或是按Pause键停住。哈!突然想到一个关于BIOS的冷笑话,很久很久以前,随插即用的USB键盘还没那么普及时,BIOS预设若没抓到PS/2键盘就会停住,然后出现keyboard not present , please press F1 key to continue,请按F1键继续。bsize=3这是最常
11、见的BIOS画面,现在BIOS不止拿来做基本的硬件设置,最重要功能已经变成是超频了,BIOS也是各家主机板厂差异化的主要部分,之后我们会有完整一个章节来介绍BIOS。9.电源输入(ATX Power Connector):南北桥要吃电、存贮器要吃电、显示卡要吃电,就连USB也要吃电(虽然不多),而电就从这个20或24针的电源插座进来,供电给整张主机板。这插槽是给电源供应器插的地方,就像主机板其他有电源输入的地方一样,旁边一定有电容排排站。主机板基本结构看完这一堆,应该不难想像主机板上到底塞了多少东西,这里写的还是简化过的,内建显示、音效Codec和网络Phy芯片还没提到呢!但这只是主机板的第一
12、篇而已,之后会在北桥和南桥篇另外解说。说到南北桥,其实上面所有的东西可以简单的分割成三大部分,主机板就是由CPU、北桥和南桥组合而成,其中南北桥芯片合称芯片组(Chipset)。只要把CPU想成大脑,芯片组的北桥和南桥则是脊椎的两个部分,一切就不难理解了。我把CPU装上主机板,并把南北桥的散热器拔掉,露出芯片。是不是有一种三位一体的神力流贯你全身的感觉?(有才怪.)标上框线和箭头,应该清楚多了。这就是一个平台的结构图,会叫北桥和南桥,是因为画这种结构图时,北桥都会在上面,南桥在下面。以最快的方法解释:北桥连接高速周边,传输速度以每秒数GB来计算的,比如CPU(810 GB/s)、存贮器(810
13、 GB/s)、显示卡(8 GB/s);而南桥连接慢速周边,传输速度以每秒数MB来计算,比如硬盘(375 MB/s)、USB(60 MB/s)、PCI(133 MB/s)、网络、音效等等。换句话说,北桥直接影响电脑的效能,南桥决定电脑的功能。所以,当你从USB随身碟读一个资料,资料就从 USB 南桥 北桥 存贮器 CPU。而连接北桥和南桥之间的通道,则依芯片组厂商的设计而不同,Intel过去是用专属的Hub Link,新的芯片组则用标准化的PCI-Express,至于NVIDIA和AMD则习惯用HyperTransport。由于北桥最重要的就是存贮器控制器,有时也叫Memory Controll
14、er Hub,南桥是各式输出入周边,所以也叫I/O Controller Hub,你想绕英文我不反对,但我自己是习惯南北桥的称呼啦!(PS:MB是MegaByte,GB则是GigaByte = 1024 MB。)结语虽然一般主机板通常会有南北桥,但没有规定说这两颗芯片不能塞在一起变一颗,尤其AMD最近的CPU都内建存贮器控制器,把北桥最重要的功能转移到CPU 内,这让芯片组的设计变得非常好玩,北桥可以变南桥,横跨世代完全利用。在接下来的北桥和南桥篇,会有更完整的平台升级和周边I/O的介绍。界线模糊的北桥和南桥当初规画这一系列教学文章时,我最怕的就是写到南北桥芯片组的部分。一方面是芯片组产品又乱
15、又复杂,有点不知如何下手,在楼上的认识主机板里就讲到,主机板是把电脑里所有零组件兜在一起的平台,所以芯片组的规格一定会扯到所有零组件和周边的规格,而每项规格都是十几年演变的成果,真的要细写,这篇大概十万字都写不完。仔细考虑之后,决定还是以芯片组的大方向着手,至于细部规格实在太多,所以稍微简单介绍就好,在各零组件的章节都还会再讲到。这篇主要目的是希望未来有新的芯片组产品发表时,大家能有基本的了解。而原本打算北桥和南桥是分开写成两个章节,但想想这两个实在紧密难分,所以还是合在一起写吧!为什么要分南北桥南北桥是主机板上最主要的芯片,通常是上游芯片组厂商(NVIDIA、AMD、Intel)卖出芯片,下
16、游板卡厂(华硕、技嘉、微星等等)再做成主机板,某些极少数的主机板是由芯片组厂商自行生产,再以完整的板子卖给下游板卡厂去出货。先来一张之前用过的芯片组简易结构图:为什么要分成北桥和南桥?这主要是两个考量:设计和制造。就芯片设计的角度,如果要让东西沟通的速度越快,那就让它们越靠近越好,只要一分离,势必就得拉出传输的通道,而有通道就要布线、就有传输的推迟。如果可以的话,最好是把所有功能全部塞进一颗芯片内,可是必须考量到芯片制造的难度,厂商一定想赚钱,如果设计出一颗根本生产不出来、或太贵没人要买的芯片也没用。北桥和南桥就是在这样的取舍下分离,现在芯片组搭载的功能超多,而且很多周边的速度太快,很难在一颗
17、芯片内搞定,所以就让需要高速传输的功能靠近CPU,并独立成北桥芯片,而其他较慢速的周边就变成南桥来连接北桥,与CPU做间接传输。当然,整合南北桥变成一颗芯片是绝对是可行的,只要设计和制造难度允许,很多厂商都出过单芯片的产品,但通常是AMD平台或功能较少的入门芯片组,因为花样少、制造难度较低,做成单芯片会有利于降低成本。南北桥的功用我们先以最标准的Intel的南北桥结构做解说,特别的案例最后再聊。这部分免不了要看芯片组的结构图,别太紧张,其实看结构图会比看实际的板子更容易了解芯片组的设计,只不过是一些PowerPoint的方块图而已XD。Intel P35芯片组的结构图,这是非常标准的南北桥设计
18、,由P35北桥加ICH9南桥,旁边都有标上通道的速度,可明显看出南桥连出去的周边都比北桥慢。北桥所连的都是高速传输的周边,包括CPU、存贮器和显示卡,也就是电脑最核心的三项零组件,只要其中有一项产品出现大改的新规格,相对应的北桥就一定要出新版,而换北桥就是出新的主机板,换主机板差不多就是砍掉重练整台电脑,也就是大家常说的世代交替或败家升级了。基本上,北桥可视为一堆通道的集合体,有专属的通道连往CPU、存贮器、显示卡和南桥,通过北桥这个转运中心,CPU就可接收和送出资料给所有电脑周边。1.CPU通道:北桥和CPU连接的通道就是Intel的FSB或AMD的HyperTransport,在CPU的章
19、节已经提过很多次,这是CPU对外的沟通渠道,也就是和北桥连接,进而与所有周边沟通。很直觉的,CPU和北桥的FSB和HyperTransport,两边一定要配对才能使用,或是北桥支持的 FSB/HyperTransport速度要高于CPU的,也就是新主机板能向下相容旧CPU,但旧主机板不一定能向上相容新CPU(注意是不一定,例外到处都有,能不断向上相容的板子很多,台湾板卡厂RD太强了)。CPU每隔一两年,对外的FSB或HyperTransport的速度就会提高,自然就会有新的北桥出现与它搭配,比如AMD最近要推新的AM2+ CPU,支持HyperTransport到最新的3.0版,时脉达2GHz
20、(之前的是1GHz),AMD就推出新的RD790北桥来搭配。除了CPU与北桥之间的通道要匹配之外,当然还有CPU脚位的问题,如果CPU更改传输脚位的定义,主机板上的北桥通常也要更新或修改才能支持。2.存贮器通道:北桥另一个重点是存贮器控制器,直接决定支持的存贮器种类和时脉,时脉的部分,就是由CPU的外频,乘上北桥里控制器内附的比值,计算出存贮器时脉。比如 CPU的外频是266,北桥设置的比值是1:1.5,那存贮器的真实时脉就会是266x1.5=400MHz,DDR之后就是800MHz。这个比值有很多种,计算方式也不一定都是这样,但无论如何,都是由北桥的存贮器控制器来决定算法和时脉。至于存贮器种
21、类,北桥通常只会支持一种存贮器,比如现在主流的DDR2,但在世代交替的当口,就会出现同时支持两种存贮器的北桥,以缓和世代转换的阵痛,像Intel现在正要推行DDR3新规格,P35/X38芯片组就同时支持DDR2和DDR3。这是Intel X38芯片组的主机板,共有六个存贮器插槽,其中有两个和另外四个的防呆缺口位置不同,这是世代交替下的产物,DDR2/DDR3通用的主机板,防呆缺口较靠近边边的是新的DDR3。由于北桥控制FSB/HyperTransport和存贮器的时脉,它会影响整体的超频能力,所以一些高阶主机板的北桥散热才会愈做愈夸张,连水冷都出来了(有时我会怀疑,北桥真的有这么热吗?)。但超
22、频牵涉的因素很多,CPU、存贮器、主机板布线等等,北桥并不是唯一会影响的。3.显示卡:显示卡是近几年才变成高速周边的,当它开始需要大频宽时,北桥其实并没有对应的总线可用(PCI的每秒133MB频宽太慢了),所以才会有AGP的出现。AGP是专门给显示卡用的扩充埠,它是一对一的通道,不是总线,北桥内建一个AGP埠就只能插一张显示卡。由于AGP限制太多,所以现在都改用 PCI-Express,希望可以统合PCI和AGP,做为扩充卡的总线单一标准。不过结果大家都看的到,AGP是差不多淘汰了,但PCI还活的好好的。PCI-Express的设计是以Lane为主,每条Lane就像一条独立车道,双向频宽是每秒
23、500MB,北桥会支持一个固定的Lane数,但可自由调配组合成宽度不一的道路。比如NVIDIA MCP55支持PCI-E Lanes x28,当插一张显示卡时,就可以用PCI-E x16的速度,插两张显示卡时就变x8加x8,剩下的12 Lanes,可以再分成x8、x4、x1等不同数目的插槽,给不同的扩充卡周边使用。另外,一些低阶的北桥产品也会直接内建显示芯片,当然,在设计与制造成本的考量下,内建显示芯片通常就是拿来显示而已,3D能力绝对比不上同一个世代的独立显示卡,不过针对它所在的定位,只要能显示画面就很够了。好久不见的主机板AGP插槽,现在新出的主机板已经非常非常难看到AGP了。NVIDIA
24、 GeForce 6800GT AGP版显示卡,骨董一张。自从上一代显示芯片之后(GeForce 7与Radeon X1000),NVIDIA和ATI就不再生产原生AGP的显示芯片,不过AGP显示卡仍然一直有出,都是用桥接芯片从PCI-Express转到 AGP。主机板的PCI-Express插槽,那两根很短的就是PCI-Express x1的插槽,目前好像只有电视卡、音效卡和少数显示卡有这种介面。最左边的两条则是传统PCI,通常是由南桥接出来。4.包山包海的南桥:相对于北桥都是高速周边,南桥就是比较功能面的,除了以上那些核心零组件之外,其他都是放在南桥,比如PCI插槽、IDE/SATA硬盘介
25、面、大家一定用过的USB、AC97或HD Audio音效和10/100/1000网络,如果板卡厂愿意,还可以另加芯片和南桥连接,让主机板的附加价值更高,比如快闪存贮器(ReadyBoost)、无线网络、IEEE 1394、RAID芯片.。由于南桥芯片的独立性和它所控制的功能面,芯片组厂商都会让一颗北桥搭配不同的南桥,做出不同定位与附加功能的芯片组产品。IDE、SATA、和主机板背后的这些插孔,都是从南桥连接出来。虽然现在芯片组的南桥都已经包山包海,但厂商为了增加附加价值,可能自己还会在主机板外加芯片,塞进更多功能,比如这颗VIA VT6308P就是让主机板多出IEEE 1394功能的芯片。现在
26、的南桥都有内建音效,但那只有数位音效处理,要让主机板可以直接发声,必需把数位音讯转换成模拟输出,才能连接耳机或喇叭,而这个数位/模拟的转换芯片,南桥通常不会内建,所以主机板都会有一颗类似照片中ALC888T的Audio Codec,负责转换成模拟输出,或是颠倒过来,把模拟转成数位做出录音功能。南桥的网络功能通常只有提供MAC,做为网络数位资料的传输功能,但要真正支持实体网络线的电子讯号传输,还要另外再加网络PHY芯片,比如照片中的RTL811B。非传统设计的芯片组以前芯片组的设计厂商很多,但在一连串收购之后(NVIDIA并ULi,AMD并ATI),现在芯片组厂商主要有三大厂:Intel、AMD
27、/ATI和 NVIDIA,国产之光VIA和SIS其实也很不错(尤其是SIS),只是近几年很少有板卡厂愿意生产VIA和SIS芯片组的主机板,因此曝光度大减,蛮可惜的。而三大厂中,Intel当然只支持Intel CPU;NVIDIA没有出CPU,所以两边都做,AMD是收购ATI的芯片组产品,目前还是两边都有,但未来可能不会支持Intel CPU(不过AMD说的很含糊,搞不好还是会有,但也要看Intel愿不愿意授权)。由于Intel芯片组占有率实在太高,其他厂商为了和Intel竞争,通常花样会比较有趣,也不会像Intel南北桥设计那么中规中矩,而且ATI和 NVIDIA都是显示芯片起家,他们的芯片组
28、产品也特别强调显示卡的特殊应用,比如CrossFire和SLI的显示卡串连技术。另一方面,AMD在K8 结构之后,CPU内建存贮器控制器,等于把一大部分北桥的功能挖掉,这就让芯片组设计的玩法更具变化性了。NVIDIA:以NVIDIA来说,他们就很喜欢把前一代AMD平台的北桥,弄成下一代Intel平台的南桥。由于AMD平台的北桥没有存贮器控制器,少了一大块就容易做成单芯片产品,把PCI-Express、HyperTransport和其他周边功能全整合在一颗北桥芯片内。而换到Intel平台时,因为要做存贮器控制器,所以一定要有一颗新的北桥,但这时AMD的平台的北桥就可以变成Intel平台的南桥,不
29、会有存贮器控制器重覆的问题,而且会变功能超强的南桥,因为南北桥都有大量的PCI-E Lanes。NVIDIA就靠这个达成双PCI-E x16 SLI串连技术,而且不会因为芯片组的世代交替而浪费掉旧产品,比如AMD平台的nForce 570 SLI就是用MCP55单芯片北桥,而同一颗北桥就变成nForce 680i的南桥,甚至用到NVIDIA即将出的下一代Intel平台芯片组。正好AMD接北桥是用HyperTransport,而NVIDIA南北桥互连也是HyperTransport,接来接去都刚刚好。NVIDIA nForce 680i SLI芯片组的南桥是MCP55,也就是AMD平台nForc
30、e 570 SLI的单芯片北桥,这让nForce 680i的南北桥都有PCI-E x16,插的两张显示卡都能有PCI-E x16的全速,相较于一般SLI(双PCI-E x8)会快一点。可是因为两张显示卡分别位于南北桥,所以串连效能会卡在南北桥之间的通道上,NVIDIA下一代的北桥就直接支持PCI-E x32 Lanes,双PCI-E x16都在北桥上,想必可以避开瓶颈,增加效能。ATI:如果说NVIDIA把高速的PCI-E x16移到南桥去算特例的话,那ATI的RS690G也算很特别的设计了。RS690G是内建显示芯片的产品,正好现在蓝光、HDMI吵的很热, RS690G想内建HDMI输出带起
31、话题,但HDMI的优势是同时输出视讯和音讯,而音讯功能传统上是放在南桥,如果北桥的显示芯片想做HDMI输出,音讯资料就得经过北桥到南桥,然后再接回北桥统一HDMI输出,有点大绕远路,所以RS690G就直接把音讯改到北桥,节省路径,统一输出。AMD 690芯片组的结构,为了让北桥的内建显示芯片能直接输出HDMI的视讯加音讯,音讯(Audio)功能从南桥移到北桥。除了Intel维持比较传统的南北桥分界,其他两家都开始玩一些创意,像是三卡SLI串连、四卡CrossFire串连、插上显示卡时不关闭内建显示、内建显示辅助运算等等。大家对南北桥的定义也不必那么严格,毕竟创意无限,而且随着时代进步,很多高速周边都会变慢速周边,很久以前,慢到死的PCI介面就是放在北桥的。因为太多高阶技术讲不完,所以这里没办法仔细介绍每一家的芯片组产品,大家不妨到他们的官方网站上瞧瞧,但他们通常不会写出南北桥的代号或结构图,这种细部资料得去黑客的网站上请人偷出这些资料,呵呵!
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