由于主板是电脑中各种设备的连接载体,而这些设备的各不相同的,而且主板本身也有芯片组,各种I/O控制芯片,扩展插槽,扩展接口,电源插座等元器件,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出的通用标准,所有主板厂商都必须遵循。
主板结构分为AT、Baby-AT、ATX、Micro ATX、LPX、NLX、Flex ATX、EATX、WATX以及BTX等结构。其中,AT和Baby-AT是多年前的老主板结构,现在已经淘汰;而LPX、NLX、Flex ATX则是ATX的变种,多见于国外的品牌机,国内尚不多见;EATX和WATX则多用于服务器/工作站主板;ATX是目前市场上最常见的主板结构,扩展插槽较多,PCI插槽数量在4-6个,大多数主板都采用此结构;Micro ATX又称Mini ATX,是ATX结构的简化版,就是常说的“小板”,扩展插槽较少,PCI插槽数量在3个或3个以下,多用于品牌机并配备小型机箱;而BTX则是英特尔制定的{zx1}一代主板结构。
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北桥芯片(North Bridge)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)。一般来说,芯片组的名称就是以北桥芯片的名称来命名的,例如英特尔 845E芯片组的北桥芯片是82845E,875P芯片组的北桥芯片是82875P等等。北桥芯片负责与CPU的联系并控制内存、AGP数据在北桥内部传输,提供对CPU的类型和主频、系统的前端总线频率、内存的类型(SDRAM,DDR SDRAM以及RDRAM等等)和{zd0}容量、AGP插槽、ECC纠错等支持,整合型芯片组的北桥芯片还集成了显示核心。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覆盖着散热片用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。因为北桥芯片的主要功能是控制内存,而内存标准与处理器一样变化比较频繁,所以不同芯片组中北桥芯片是肯定不同的,当然这并不是说所采用的内存技术就xx不一样,而是不同的芯片组北桥芯片间肯定在一些地方有差别。
由于已经发布的AMD K8核心的CPU将内存控制器集成在了CPU内部,于是支持K8芯片组的北桥芯片变得简化多了,甚至还能采用单芯片芯片组结构。这也许将是一种大趋势,北桥芯片的功能会逐渐单一化,为了简化主板结构、提高主板的集成度,也许以后主流的芯片组很有可能变成南北桥合一的单芯片形式(事实上SIS老早就发布了不少单芯片芯片组)。
由于每一款芯片组产品就对应一款相应的北桥芯片,所以北桥芯片的数量非常多。针对不同的平台,目前主流的北桥芯片有以下产品(不包括较老的产品而且只对用户最多的英特尔芯片组作较详细的说明)
上图主板中间,紧靠着CPU插槽,上面覆盖着银白色散热片的芯片就是主板的北桥芯片。摘掉散热片后如下图:
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南桥芯片(South Bridge)是主板芯片组的重要组成部分,一般位于主板上离CPU插槽较远的下方,PCI插槽的附近,这种布局是考虑到它所连接的I/O总线较多,离处理器远一点有利于布线。相对于北桥芯片来说,其数据处理量并不算大,所以南桥芯片一般都没有覆盖散热片。南桥芯片不与处理器直接相连,而是通过一定的方式(不同厂商各种芯片组有所不同,例如英特尔的英特尔Hub Architecture以及SIS的Multi-Threaded“妙渠”)与北桥芯片相连。
南桥芯片负责I/O总线之间的通信,如PCI总线、USB、LAN、ATA、SATA、音频控制器、键盘控制器、实时时钟控制器、高级电源管理等,这些技术一般相对来说比较稳定,所以不同芯片组中可能南桥芯片是一样的,不同的只是北桥芯片。所以现在主板芯片组中北桥芯片的数量要远远多于南桥芯片。例如早期英特尔不同架构的芯片组Socket 7的430TX和Slot 1的440LX其南桥芯片都采用82317AB,而近两年的芯片组Intel945系列芯片组都采用ICH7或者ICH7R南桥芯片,但也能搭配ICH6南桥芯片。更有甚者,有些主板厂家生产的少数产品采用的南北桥是不同芯片组公司的产品。
南桥芯片的发展方向主要是集成更多的功能,例如网卡、RAID、IEEE 1394、甚至WI-FI无线网络等等。
上图中,中间靠下的那个较大的芯片,就是主板的南桥芯片,放大后效果如下图:
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集成显卡是指芯片组内集成显示芯片,使用这种芯片组的主板可以在不需要独立显卡的情况下实现普通的显示功能,以满足一般的家庭娱乐和商业应用,节省用户购买显卡的开支。集成的显卡不带有显存,使用系统的一部分主作为显存,具体的数量一般是系统根据需要自动动态调整的。显然,如果使用集成显卡运行需要大量占用显存的程序,对整个系统的影响会比较明显,此外系统内存的频率通常比独立显卡的显存低很多,因此集成显卡的性能比独立显卡差很多。
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板载音效是指主板所整合的声卡芯片型号或类型。
声卡是一台多媒体电脑的主要设备之一,现在的声卡一般有板载声卡和独立声卡之分。在早期的电脑上并没有板载声卡,电脑要发声必须通过独立声卡来实现。随着主板整合程度的提高以及CPU性能的日益强大,同时主板厂商降低用户采购成本的考虑,板载声卡出现在越来越多的主板中,目前板载声卡几乎成为主板的标准配置了,没有板载声卡的主板反而比较少了。
AC'97
AC'97的全称是Audio CODEC'97,这是一个由英特尔、雅玛哈等多家厂商联合研发并制定的一个音频电路系统标准。它并不是一个实实在在的声卡种类,只是一个标准。目前{zx1}的版本已经达到了2.3。现在市场上能看到的声卡大部分的CODEC都是符合AC'97标准。厂商也习惯用符合CODEC的标准来衡量声卡,因此很多的主板产品,不管采用的何种声卡芯片或声卡类型,都称为AC'97声卡。
HD Audio的制定是为了取代目前流行的AC’97音频规范,与AC’97有许多共通之处,某种程度上可以说是AC’97的增强版,但并不能向下兼容AC’97标准。它在AC’97的基础上提供了全新的连接总线,支持更高品质的音频以及更多的功能。与AC’97音频解决方案相类似,HD Audio同样是一种软硬混合的音频规范,集成在ICH6芯片中(除去Codec部分)。与现行的AC’97相比,HD Audio具有数据传输带宽大、音频回放精度高、支持多声道阵列麦克风音频输入、CPU的占用率更低和底层驱动程序可以通用等特点。
特别有意思的是HD Audio有一个非常人性化的设计,HD Audio支持设备感知和接口定义功能,即所有输入输出接口可以自动感应设备接入并给出提示,而且每个接口的功能可以随意设定。该功能不仅能自行判断哪个端口有设备插入,还能为接口定义功能。例如用户将MIC插入音频输出接口,HD Audio便能探测到该接口有设备连接,并且能自动侦测设备类型,将该接口定义为MIC输入接口,改变原接口属性。由此看来,用户连接音箱、耳机和MIC就像连接USB设备一样简单,在控制面板上点几下鼠标即可完成接口的切换,即便是复杂的多声道音箱,菜鸟级用户也能做到“即插即用”。
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支持内存类型是指主板所支持的具体内存的类型。不同的主板所支持的内存类型是不相同的。早期的主板使用的内存类型主要有FPM、EDO、,SDRAM、RDRAM,目前主板常见的有DDR、DDR2内存。
一般情况下,一块主板只支持一种内存类型,但也有例外。有些主板具有两种内存插槽,可以使用两种内存,例如以前有些主板能使用EDO和SDRAM,现在有些主板能使用SDRAM和DDR SDRAM。
上图中的主板就支持两种内存类型(SDRAM和DDR SDRAM),采用两种类型的内存插槽(蓝色和黑色)区分。值得注意的是,在这些主板上不能同时使用两种内存,而只能使用其中的一种,这是因为其电气规范和工作电压是不同的,混用会引起内存损坏和主板损坏的问题。
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双通道内存技术其实是一种内存控制和管理技术,它依赖于芯片组的内存控制器发生作用,在理论上能够使两条同等规格内存所提供的带宽增长一倍。它并不是什么新技术,早就被应用于服务器和工作站系统中了,只是为了解决台式机日益窘迫的内存带宽瓶颈问题它才走到了台式机主板技术的前台。在几年前,英特尔公司曾经推出了支持双通道内存传输技术的i820芯片组,它与RDRAM内存构成了一对黄金搭档,所发挥出来的卓绝性能使其一时成为市场的{zd0}亮点,但生产成本过高的缺陷却造成了叫好不叫座的情况,{zh1}被市场所淘汰。由于英特尔已经放弃了对RDRAM的支持,所以目前主流芯片组的双通道内存技术均是指双通道DDR内存技术,主流双通道内存平台英特尔方面是英特尔 865、875系列,而AMD方面则是NVIDIA Nforce2系列。
双通道内存技术是解决CPU总线带宽与内存带宽的矛盾的低价、高性能的方案。现在CPU的FSB(前端总线频率)越来越高,英特尔 Pentium 4比AMD Athlon XP对内存带宽具有高得多的需求。英特尔 Pentium 4处理器与北桥芯片的数据传输采用QDR(Quad Data Rate,四次数据传输)技术,其FSB是外频的4倍。英特尔 Pentium 4的FSB分别是400、533、800MHz,总线带宽分别是3.2GB/sec,4.2GB/sec和6.4GB/sec,而DDR 266/DDR 333/DDR 400所能提供的内存带宽分别是2.1GB/sec,2.7GB/sec和3.2GB/sec。在单通道内存模式下,DDR内存无法提供CPU所需要的数据带宽从而成为系统的性能瓶颈。而在双通道内存模式下,双通道DDR 266、DDR 333、DDR 400所能提供的内存带宽分别是4.2GB/sec,5.4GB/sec和6.4GB/sec,在这里可以看到,双通道DDR 400内存刚好可以满足800MHz FSB Pentium 4处理器的带宽需求。而对AMD Athlon XP平台而言,其处理器与北桥芯片的数据传输技术采用DDR(Double Data Rate,双倍数据传输)技术,FSB是外频的2倍,其对内存带宽的需求远远低于英特尔 Pentium 4平台,其FSB分别为266、333、400MHz,总线带宽分别是2.1GB/sec,2.7GB/sec和3.2GB/sec,使用单通道的DDR 266、DDR 333、DDR 400就能满足其带宽需求,所以在AMD K7平台上使用双通道DDR内存技术,可说是收效不多,性能提高并不如英特尔平台那样明显,对性能影响最明显的还是采用集成显示芯片的整合型主板。
内存双通道一般要求按主板上内存插槽的颜色成对使用,此外有些主板还要在BIOS做一下设置,一般主板说明书会有说明。当系统已经实现双通道后,有些主板在开机自检时会有提示,可以仔细看看。两条256M的内存构成双通道效果会比一条512M的内存效果好,因为一条内存无法构成双通道。
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接口类型是指显卡与主板连接所采用的接口种类。显卡的接口决定着显卡与系统之间数据传输的{zd0}带宽,也就是瞬间所能传输的{zd0}数据量。不同的接口决定着主板是否能够使用此显卡,只有在主板上有相应接口的情况下,显卡才能使用,并且不同的接口能为显卡带来不同的性能。
目前各种3D游戏和软件对显卡的要求越来越高,主板和显卡之间需要交换的数据量也越来越大,过去的插槽早已不能满足这样大量的数据交换,因此通常主板上都带有专门插显卡的插槽。假如显卡插槽的传输速度不能满足显卡的需求,显卡的性能就会受到巨大的限制,再好的显卡也无法发挥。显卡发展至今主要出现过ISA、PCI、AGP、PCI Express等几种接口,所能提供的数据带宽依次增加。其中2004年推出的PCI Express接口已经成为主流,以解决显卡与系统数据传输的瓶颈问题,而ISA、PCI接口的显卡已经基本被淘汰。
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硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件,作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据。不同的硬盘接口决定着硬盘与计算机之间的连接速度,在整个系统中,硬盘接口的优劣直接影响着程序运行快慢和系统性能好坏。从整体的角度上,硬盘接口分为IDE、SATA、SCSI和光纤通道四种,IDE接口硬盘多用于家用产品中,也部分应用于服务器,SCSI接口的硬盘则主要应用于服务器市场,而光纤通道只在xx服务器上,价格昂贵。SATA是种新生的硬盘接口类型,还正出于市场普及阶段,在家用市场中有着广泛的前景。在IDE和SCSI的大类别下,又可以分出多种具体的接口类型,又各自拥有不同的技术规范,具备不同的传输速度,比如ATA100和SATA;Ultra160 SCSI和Ultra320 SCSI都代表着一种具体的硬盘接口,各自的速度差异也较大。
使用SATA(Serial ATA)口的硬盘又叫串口硬盘,是未来PC机硬盘的趋势。Serial ATA采用串行连接方式,串行ATA总线使用嵌入式时钟信号,具备了更强的纠错能力,与以往相比其{zd0}的区别在于能对传输指令(不仅仅是数据)进行检查,如果发现错误会自动矫正,这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。Serial ATA 1.0定义的数据传输率可达150MB/s,这比目前{zx1}的并行ATA(即ATA/133)所能达到133MB/s的{zg}数据传输率还高,而在Serial ATA 2.0的数据传输率将达到300MB/s,最终SATA将实现600MB/s的{zg}数据传输率。
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硬件监控
为了让用户能够了解硬件的工作状态(温度、转速、电压等),主板上通常有一块至两块专门用于监控硬件工作状态的硬件监控芯片。当硬件监控芯片与各种传感元件(电压、温度、转速)配合时,便能在硬件工作状态不正常时,自动采取保护措施或及时调整相应元件的工作参数,以保证电脑中各配件工作在正常状态下。常见的有温度控制芯片和通用硬件监控芯片等等。
BIOS(Basic Input/Output System,基本输入输出系统)全称是ROM-BIOS,是只读存储器基本输入/输出系统的简写,它实际是一组被固化到电脑中,为电脑提供{zdj0}最直接的硬件控制的程序,它是连通软件程序和硬件设备之间的枢纽,通俗地说,BIOS是硬件与软件程序之间的一个“转换器”或者说是接口(虽然它本身也只是一个程序),负责解决硬件的即时要求,并按软件对硬件的操作要求具体执行。
BIOS芯片是主板上一块长方型或正方型芯片,BIOS中主要存放:
- 自诊断程序:通过读取CMOS RAM中的内容识别硬件配置,并对其进行自检和初始化;
- CMOS设置程序:引导过程中,用特殊热键启动,进行设置后,存入CMOS RAM中;
- 系统自举装载程序:在自检成功后将磁盘相对0道0扇区上的引导程序装入内存,让其运行以装入DOS系统;
- 主要I/O设备的驱动程序和中断服务;
由于BIOS直接和系统硬件资源打交道,因此总是针对某一类型的硬件系统,而各种硬件系统又各有不同,所以存在各种不同种类的BIOS,随着硬件技术的发展,同一种BIOS也先后出现了不同的版本,新版本的BIOS比起老版本来说,功能更强。