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主機板介紹

張貼者:2009年8月17日 下午10:39Li Sun Necos Chou
 
煮雞板....咳!「主機板(Motherboard) 不算電腦裡最先進的硬件,但絕對是放最多東西的硬件。事實上,現在新的主機板簡直像怪物,上面可能有數十個長長短短、大大小小、圓的方的、各式各樣的插槽。即使閣下見過不下百張的主機板,仍然會驚訝於一張板子怎麼能放這麼多東西,更可怕的是,東西還一年比一年多,一年比一年豐富。



平台的概念

在電腦硬件中,主機板扮演的是一個「平台」 (Platform) 的角色,它把所有其他硬件串連起來,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 (生產線當然在大陸),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。這篇主要是講一個「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,選了一張目前較新的主機板做介紹。

主機板外觀



這是目前較新的主機板的模樣,看起來密密麻麻跟鬼一樣。你電腦裡裝的可能沒這麼高級,花樣也不一定這麼多,但某些東西是每一張主機板都會有的。




先把板中必定會有的東西框出來標號,依序做介紹。

CPU插槽 (CPU Socket)



首先,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,以支援不同的CPU,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個洞白色插槽,那是給CPU供電用的。





這是插上電源插頭之後的樣子,在CPU的章節有提到,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,而不是上上下下的暴風雨。喜歡超頻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)



在第一篇的電腦基本架構初體驗 ~ 綜觀電腦內部就有提到了,這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。



3.北橋晶片 (Northbridge)




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。照片中是拆下散熱器後的模樣,紫色的東西可能是散熱用的貼紙,我不敢硬摳下來,不過北橋就和CPU一樣,都是一顆晶片。

4.南橋晶片 (Southbridge)



南橋是主機板上的老二,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。它也是一顆晶片,照片中看起來好像比北橋還大,那只是晶片製程和封裝的型式不同。







現在主機板為了差異化,有時南北橋都會做散熱片及,甚至還配備華麗造型的熱導管 (heat pipe) ,讓南北橋與CPU旁的穩壓線路全部連在一起做散熱。當然,通常只有高階產品才會這樣做,入門主機板貼個散熱片就算很有義氣了。

5.擴充卡插槽 (Expansion Card Slot)



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 (註 : 部份主機板內建顯示晶片 (Onboard Display) 來迎合對視訊要求不高的用戶需求), 但還是有擴充的需求,這些插槽就是拿來裝別的卡,比如插上電視卡就可以在電腦上 無線 / 亞視,或是插無線網卡,讓桌上型電腦也能無線化。而最常見的,就是插一張顯示卡。





這是顯示卡插上PCI-Express插槽,網路卡插上PCI插槽的樣子。PCI-Express或PCI都是擴充卡的插槽型式,從名字也看得出來,PCI-Express比較先進。

6.硬碟/光碟機插槽 (IDE、SATA)



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了。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和IDE的排線,很明顯看的出來SATA的插拔方便多了。

7.整合週邊 (Integrated Peripherals)



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







那個看起來像水銀電池的東西,嗯....就是電池。用來供電給 BIOS(Basic Input/Output System),儲存主機板的設定和時間,就算電源拔掉,資料也可以保留很長一段時間。至於 BIOS,有點像是主機板內建的「軟件」,用來辨識主機板上的各式裝置,調整各種設定,再交給作業系統啟動,BIOS是開機過程中的第一步,BIOS辨識完畢之後再給作業系統接手。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,和旁邊的插槽相比真的超小。





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或F1。早期的BIOS可以用一個方法「定住」,就是把鍵盤線拔掉,BIOS就會停在一個錯誤訊息,可以仔細看清楚,但現在不一定管用了,只能用各位高超的動態視覺,或是按「Pause」鍵停住。哈!突然想到一個關於BIOS的冷笑話,很久很久以前,隨插即用的USB鍵盤還沒那麼普及時,BIOS預設若沒抓到PS/2鍵盤就會停住,然後出現「keyboard not present , please press F1 key to continue」 (找不到鍵盤,請按F1鍵繼續) .....啊就找不到鍵盤了,是要用什麼按?意志力嗎?





這是最常見的BIOS畫面,現在BIOS不止拿來做基本的硬件設定,最重要功能已經變成是超頻了,BIOS也是各家主機板廠差異化的主要部分,之後我們會有完整一個章節來介紹BIOS。

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,就連USB也要用電 (雖然不多),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,應該不難想像主機板上到底放了多少東西,這裡寫的還是簡化過的,內建顯示、音效Codec和網路Phy晶片還沒提到呢!但這只是主機板的第一篇而已,之後會在「北橋」和「南橋」篇另外解說。

說到南北橋,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,露出晶片。是不是有一種「三位一體」的神力流貫你全身的感覺? (有才怪 )



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最近的CPU都內建記憶體控制器,把北橋最重要的功能轉移到CPU內,這讓晶片組的設計變得非常好玩,北橋可以變南橋,橫跨世代完全利用。在接下來的北橋和南橋篇,會有更完整的平台升級和週邊I/O的介紹。
 
 
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