2012年7月13日

主機板介紹(一)

「主機板」(Motherboard) 不算電腦裡最佳的硬件,但是是放最多東西的地方。

而現在新的主機板上面可能仍有數個不同樣式的的插槽。即使各位見過不下百張的主機板,仍會驚訝於一張板子怎麼能放這麼多零件,而一年比一年多、一年比一年強。
平台的概念

在電腦硬體中,主機板扮演的是一個整合「平台」 (Platform) 角色,它把其他的零件串連起來,變成一個整體。

我們常說CPU像大腦一樣,負責所有運算的工作,而主機板就有點像脊椎,連接擴充卡、硬碟、網路、音效、鍵盤、滑鼠、印表機等等所有的週邊,讓CPU可以掌控。

所以玩電腦的人,常會在意「主機板穩不穩」,因為主機板連接的週邊太多,若穩定性不夠就容易出現各種靈異現象。

CPU不夠快,頂多人笨一點算得慢,但脊椎出毛病就不良於行了。當然,CPU還是最重要的零件,CPU壞了,就像本草綱目所記載的:「腦殘沒藥醫」。

目前全世界最大的主機板廠通通都在台灣(主要生產線還是在大陸),但就像最前面說的,現在主機板上實在放太多東西,每個插槽都是一種規格,有自己的歷史和技術。而本篇主要是講一個「綜觀」,各插槽的技術會在對應硬件裡詳細說明,出現一堆英文縮寫請別在意。

廢話不多說,先選了一張主機板做介紹。

主機板外觀
或許你電腦裡的東西與這張圖不同,東西也不一定這麼多,但某些東西是每一張主機板都會有的。

先把板中會有的東西框出來,依 標號順序介紹。
1.CPU插槽 (CPU Socket)
已裝上CPU的板子(四相電感及週邊電容)
主機板一定有個插槽放CPU,不同的主機板通常會有不同的CPU插槽型式,而即使插槽型式一樣,主機板也不一定都能支援,這跟CPU或主機板的世代交替,或是廠商自己劃分產品定位有關。而在照片左端有一個八孔白色插槽,那是給CPU供電用的(現多改為四孔)。
插上電源插頭之後樣式

現在高階CPU的耗電(TDP)非常高,所以要有專門的電源模組,特別給CPU用。另外,CPU是很精密的電子零件,它有固定範圍的工作電壓,過高過低都會傷到CPU,所以CPU插槽旁邊都會佈滿一顆顆的小圓柱(照片中銀色紫色交錯的東西)。這些「電容」的作用像小型的電池,當輸入電壓較高時就儲存電力,輸入電壓較低時就釋放電力,而快速的儲存和釋放,會讓供電保持在一個較穩定的環境

喜歡超頻(OC)的玩家會很在意這些電容,因為這是穩定電壓的零件之一,可提升電源的純淨度,玩家會講究電容的型式 (固態或電解)、廠牌 (日系或台系),甚至是安裝 (插件式或SMD式) 的方法,為的就是給CPU最穩定的環境,達到超頻的爽度。


但要注意,穩壓不是只有電容在做,而是要搭配其他零件 (如電容旁邊的R25方塊,電感) 和整體線路,不一定用上高級電容就保証有高級電源,最重要的還是主機板的線路設計方式。而現在主機板常常標榜的「分相」,就是把供電的電流和電壓分開成數個,比如原本輸入120W,可拆成四相各30W,由於每一相的負載較低,比較容易保持供電的穩定度。

一般說來分相愈多,電源的環境就愈好,但這並非絕對,設計功力還是最重要的。而要看分幾相,可以數一下電容或電感的個數,電容數除二或電感個數通常就是相數,但這只是「通常」,依然不是絕對,照片中的主機板是四相電源。

2.記憶體插槽 (DRAM Slot)

長條狀的插槽就是插記憶體用的,一般主機板會有2-4條,或更多,緊鄰著CPU和北橋晶片。
雙通道技術,用顏色來區分同組的記憶體,讓記憶體發揮更佳的速度,故須使用二條(一組)或四條的記憶體(同規格、容量、甚至相同批號等)。

3.北橋晶片 (Northbridge)
散熱器後的北橋就和CPU一樣,都是一顆晶片。
北橋是主機板上最重要的晶片,負責連接CPU、記憶體和顯示卡,通常中階以上的主機板都會在北橋上裝散熱片或風扇,因為它就像CPU一樣會發熱。


4.南橋晶片 (Southbridge)
它也是一顆晶片,看起來好像比北橋還大些,只是晶片製程和封裝的型式不同。 
南橋是主機板上的第二主要晶片,和北橋互連並連接其他週邊,我們熟知的主機板「功能」大多來自南橋,比如USB、網路、音效、SATA/IDE硬碟,都是從南橋連出來的。

主機板為了差異化,將許多晶片及電感等加上散熱片及熱導管,以利散熱

5.擴充卡插槽 (Expansion Card Slot)

PCI-EXPRESS插糟(黃及右邊的白色)
雖然某些主機板已經內建了「所有」必要的東西,比如網路、音效、甚至顯示晶片 , 但還是有擴充的需求,這些插槽就是拿來裝別的卡,比如插上電視卡看電視(第四台、錄影等),或是插無線網卡,讓桌上型電腦也能無線化。而最常見的,就是顯示卡。

使用PCI-E的顯示卡(Nvidia860GTS)及PCI
6.硬碟/光碟機插槽 (IDE、SATA)
藍、紫色是SATA、黃色是IDE介面
藍色小插槽和黃色長一堆針的,都是連接硬碟或光碟機用的,藍色的是SATA、黃色的是IDE (或稱 PATA),現在IDE可說是上代產物,現在硬碟機或光碟機幾乎全面轉換到SATA。左邊那堆黃綠紅的小針腳是連接機殼用的,比如機殼上的USB、電源鍵、燈號等等,這部分的安裝通常要參考主機板說明書,每一張主機板的針腳並不固定。

SATA(窄)和IDE(寬)排線,很明顯看的出來SATA插拔較為方便 
7.整合週邊 (Integrated Peripherals)
主機的背板
這些主機板本身功能的輸出輸入口。USB和網路插孔應該認得出來,右邊六個洞是音訊輸出和輸入,左邊兩個圓的是PS/2,插舊型的鍵盤和滑鼠,其他光纖輸出 (音訊) 、eSATA (外接硬碟)、IEEE 1394 (週邊) 的位置如圖所示。

8.BIOS(基本輸出輸入)
這顆電池,是用來提供BIOS儲存設定和時間,即使電源拔掉,資料也可以保留一段時間 

黃圈圈為主機板的BIOS
BIOS(Basic Input/Output System)是主機板內建的「軟件」,用來辨識或檢測連接至主機板上的周邊及設定之後再交給作業系統啟動;BIOS軟體通常放在一個很小的Flash ROM儲存裝置 (可以刷BIOS更新內容),照片中貼著綠色貼紙的就是。



電腦開機時可能會顯示這樣的圖形或文字,通常一閃而過,但一定會顯示按什麼鍵可以進入BIOS設定,一般是按DEL、F1或是按「Pause」鍵停住來看使用什麼鍵來進入BIOS。


這是最常見的BIOS畫面,除了基本的設定外,最重要功能已經變成是超頻,也是各家主機板廠差異的主要部分。


9.電源輸入 (ATX Power Connector)

南北橋要用電、記憶體要用電、顯示卡要用電(有另外接的),就連USB也要用電 ,而電就從這個20或20+4 針 (pin) 的電源插座進來,供電給整張主機板。這插槽是給變壓器插的地方,就像主機板其他有電源輸入的地方一樣,旁邊一定有電容排排站。


主機板基本架構


看完這一堆,其實上面所有的東西可以簡單的分割成三大部分,主機板就是由「CPU」、「北橋」和「南橋」組合而成,其中南北橋晶片合稱「晶片組」(Chipset)。只要把CPU想成大腦,晶片組的北橋和南橋則是脊椎的兩個部分,一切就不難理解了。
把CPU裝上主機板,並把南北橋的散熱器拔掉,可看到晶片。

標上框線和箭頭,應該清楚多了。這就是一個「平台」的架構圖,會叫北橋和南橋,是因為畫這種架構圖時,北橋都會在上面,南橋在下面。

以最快的方法解釋:北橋連接高速週邊,傳輸速度以每秒數GB來計算的,比如CPU(8~10 GB/s)、記憶體(8~10 GB/s)、顯示卡(8 GB/s);而南橋連接慢速週邊,傳輸速度以每秒數MB來計算,比如硬碟(375 MB/s)、USB(60 MB/s)、PCI(133 MB/s)、網路、音效等等。換句話說,北橋直接影響電腦的「效能」,南橋決定電腦的「功能」。

所以,當你從USB隨身碟讀一個資料,資料就從 USB → 南橋 → 北橋 → 記憶體 → CPU。

而連接北橋和南橋之間的通道,則依晶片組廠商的設計而不同,Intel過去是用專屬的Hub Link,新的晶片組則用標準化的PCI-Express,至於NVIDIA和AMD則習慣用HyperTransport。

由於北橋最重要的就是記憶體控制器,有時也叫Memory Controller Hub,南橋是各式輸出入週邊,所以也叫I/O Controller Hub,你想用英文我不反對,但我自己是習慣南北橋的稱呼啦!

註:MB是MegaByte,GB則是GigaByte=1024 MB。

結語

雖然一般主機板通常會有南北橋,但沒有規定說這兩顆晶片不能放在一起變一顆,尤其AMD的CPU都內建記憶體控制器,把北橋最重要的功能轉移到CPU內,北橋可以變南橋,橫跨世代完全利用。

本圖文原轉自:
修編

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by necos.s

2 則留言:

  1. 看完有點頭昏昏

    但我竟然看懂了!?

    請問北橋一定離CPU比較近,南橋離CPU比較遠嗎??

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    1. 以往的電腦如pentium4或較早期些775腳位(剛開始雙核的階段)設計多半如您所述,而現在多半是以晶片組為主了,而南橋的功能則與cpu進行結合,主機板上僅剩晶片組與其他的小晶片,也比較不再稱呼為北橋,以上請參考!

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