主板的工作原理(主板允许计算机中的所有组件相互“交谈”)
如果您曾经拆开过计算机，就会看到将所有东西连接在一起的一件设备 —主板。主板是具有组件和连接器的中央电路板，这些组件和连接器允许计算机的所有部分接收电源并相互通信。它有时被称为主板、主电路板或底板。主板通常拥有多种内置功能，它们直接影响计算机的功能和升级潜力。
主板当然不是什么新发明。在个人计算机革命之前，它们可以在大型计算机中找到。第一个 PC 主板包含很少的实际组件。第一台 IBM PC主板只有处理器和卡槽。用户将软盘驱动器控制器和内存等组件插入插槽。Compaq 是第一个使用非 IBM 设计的主板的公司。这个新设计使用了英特尔的处理器。尽管业内一些人认为这是一场赌博，但当康柏的销量腾飞时，其他公司也纷纷效仿。
到 1990 年代，英特尔控制了大约 40%的 PC 主板市场。如今，最大的参与者是华硕、技嘉科技和微星国际 (MSI)。华硕是世界上最大的主板制造商，控制着大约 13% 的市场份额。英特尔仍位居主板制造商前 10 名。
在本文中，我们将了解主板的一般组件。然后，我们将仔细研究对计算机功能产生显着影响的五点。
构成因素
现代主板图（南北桥芯片都被芯片组代替）
主板的主要工作是固定计算机的微处理器芯片，并使计算机的其他部分能够连接到它。运行计算机或提高其性能的所有东西要么是主板的一部分，要么通过插槽或端口插入主板。
主板是各种器件的承载，主板中的CPU与外界通信主要有三种方式：内存地址空间、I/O地址空间和中断。我们现在只担心主板和内存。下图的简易版模型更能说明问题：
在主板中，CPU 通往世界的门户是将它连接到北桥的前端总线(FSB)。每当 CPU 需要读取或写入内存时，它都会通过该总线进行。它使用一些引脚(pin)来传输它要写入或读取的物理内存地址，而其他引脚则发送要写入的值或接收要读取的值(也就是数据总线做的事)。Intel Core 2 QX6600 有 33 个引脚用于传输物理内存地址（因此有 2^33^ 个内存位置选择）和 64 个引脚用于发送或接收数据（因此数据在 64 位数据路径中传输，或 8 -字节块）。这允许 CPU 物理寻址 64 GB 的内存（2^33^ 位置 * 8 字节），尽管大多数芯片组最多只能处理 8 GB 的 RAM。
主板的形状和布局称为外形尺寸。外形因素会影响各个组件的位置和计算机机箱的形状。大多数 PC 主板都使用几种特定的外形规格，以便它们都适合标准机箱。
外形尺寸只是适用于主板的众多标准之一。以下是一些其他标准：
- 微处理器的插槽决定了主板可以使用哪种中央处理器(CPU)。
- 芯片组是主板逻辑系统的一部分，通常由两部分组成——北桥和南桥。这两个“桥梁”将 CPU 连接到计算机的其他部分。
- 基本输入/输出系统(BIOS) 控制计算机最基本的功能，并在您每次开机时执行自检。某些系统具有双 BIOS，可在出现故障或更新过程中出现错误时提供备份。
- 实时时钟芯片是一种电池供电的芯片，可保持基本设置和系统时间。
主板上的插槽和端口包括：
外形规格是适用于主板的众多标准之一。
图中的南桥芯片(ICH)和北桥芯片（MCH）：
| 主板 | Intel 960 PCISET的主板 |
| 北桥芯片 | Intel LE82PM965-SLA5U(Part Number) |
| NH82801GB SL8FX puente Norte Chipset | |
| Intel i815EP northbridge | |
| Intel i945GC northbridge | |
| 南桥芯片 | Intel NH82801EB SL7YC South Bridge BGA 460 Chipset IC |
| https://octopart.com/le82pm965+sla5u-intel-10340619 https://www.win-source.net/products/detail/intel/le82pm965-sla5u.html https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Intel_LE82PM965_SLA5U_Northbridge-2071.jpg https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Intel_chipsets intel芯片组 LE82PM965(内存控制器) https://ark.intel.com/content/www/us/en/ark/products/29822/intel-82pm965-memory-controller.html https://www.intel.com/content/www/us/en/products/sku/29822/intel-82pm965-memory-controller/specifications.html itel965 datasheet https://www.datasheets360.com/pdf/3051744741350038911 https://www.datasheets360.com/part/detail/intel-82pm965/3051744741350038911/ |
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照片由消费者指南产品提供
- Peripheral Component Interconnect (PCI) — 视频、声音和视频捕获卡以及网卡的连接
- Accelerated Graphics PortAGP) — 视频卡专用端口
- Integrated Drive Electronics (IDE) — 硬盘接口
- Universal Serial Bus(通用串行总线 USB) — 外围设备
- 内存插槽
一些主板采用了更新的技术进步：
- Redundant Array of Independent Discs(独立磁盘冗余阵列 RAID) 控制器允许计算机将多个驱动器识别为一个驱动器。
- PCI Express 是一种较新的协议(PCI是旧的协议)，它更像是一个网络而不是总线（将主板的一部分连接到另一部分的电路）。它可以消除对其他端口的需要，包括 AGP 端口。
- 一些主板不依赖于插入式卡，而是具有板载声音、网络、视频或其他外设支持。
许多人认为 CPU 是计算机最重要的部件之一。我们将在下一节中了解它如何影响计算机的其余部分。
CPUs and Sockets
带有蓝色 CPU 插座的计算机主板或主板
当许多人想到计算机的速度和性能时，首先想到的是 CPU。处理器越快，计算机运行的速度就越快。制造商使用标准引脚集将 CPU 连接到主板，称为引脚网格阵列(PGA)。不同的引脚和插座布局源于进一步的研究和开发，旨在充分利用处理器的功能。
CPU 制造商使用了多种 PGA。主板插槽(sockets)排列通常以 PGA 中的引脚数命名。架构经常变化，但一些例子包括：
- Socket 7 — 适用于 90 年代中期的英特尔处理器，尽管竞争对手也采用了这种架构
- Socket 478 — 适用于较旧的奔腾和赛扬处理器
- Socket 754 — 适用于 AMD Sempron 和部分 AMD Athlon 处理器
- Socket 939 — 适用于更新更快的 AMD 速龙处理器
较新的Intel CPU 使用 LGA，它代表 Land Grid Array。LGA 与 PGA 的不同之处在于，引脚是socket的一部分，而不是 CPU。LGA 也有特定配置，例如：
- LGA 1200 — 用于英特尔第 10 代处理器，2020 年发布
- LGA 3647 — 适用于 Xeon 和 Skylake 处理器
- LGA 775，又名 Socket T——一种经典的 Intel 布局，用于 Pentium 4 和一些后代
任何想使用特定 CPU 构建 PC 的人都应该选择基于该 CPU 的主板。例如，如果您想使用 Intel 或 AMD 制造的最新多核芯片之一，则需要为这些芯片选择带有正确插槽的主板。
CPU 通过芯片组与主板的其他元件通信。接下来我们将更详细地了解芯片组。
要找出您的计算机中的主板，请键入运行 ( Windows + R)，然后在弹出窗口中键入msinfo32并按Enter 键。您的主板信息将位于底板制造商、底板产品和底板版本旁边的区域。如果不存在，请尝试运行 ( Windows + R)，然后在弹出窗口中键入cmd并按Enter 键。在提示符下，键入 wmic baseboard get product、manufacturer、version、serialnumber。不要在这些最后的单词之间放置任何空格，只能使用逗号并且不要添加句点。
芯片组
芯片组是将微处理器连接到主板其余部分并因此连接到计算机其余部分的 粘合剂。在较旧的 PC 上，它由两个基本部分组成——北桥和南桥。计算机的所有不同组件都通过芯片组与 CPU 通信。
北桥通过前端总线 (FSB) 直接连接到处理器。位于北桥上的内存控制器使 CPU 可以快速访问内存。北桥还连接到 AGP 或 PCI Express 总线(PCI是老的技术)以及内存本身。
南桥比北桥慢，CPU的信息必须经过北桥才能到达南桥。其他总线将南桥连接到 PCI 总线、USB端口和IDE或 SATA 硬盘连接。
2000 年代初，英特尔处理器开始使用英特尔集线器架构，即 IHA。它也可以称为加速集线器架构 (AHA)。较新的架构使用自己的总线，在此过程中完全放弃了 PCI。IHA 芯片没有北桥或南桥。相反，它们有一个图形和 AGP 内存控制器集线器，或 GMCH，以及一个 I/O（输入/输出）控制器集线器，或 ICH。
GMCH 执行与北桥类似的角色，处理内存和图形。ICH 接管了南桥的工作。
芯片组选择和 CPU 选择齐头并进，因为制造商优化芯片组以与特定 CPU 配合使用。芯片组是主板的一个组成部分，因此不能拆卸或升级。这意味着不仅主板的插槽必须适合 CPU，主板的芯片组也必须与 CPU 最佳配合。
接下来，我们将看看总线，它就像芯片组一样，将信息从一个地方传送到另一个地方。
总线速度
总线将主板的不同部分相互连接。
总线是将主板的一部分连接到另一部分的电路。它一次可以处理的数据越多，信息传输的速度就越快。总线的速度是指可以同时在总线上传输多少数据。
在使用 PCIe 的较新主板中，您可能会看到以通道数来描述带宽，其功能类似于街道上的车道。每个通道都有两对电线，一对用于接收信息，另一对用于传输。然而，与您在城市街道上看到的不同，车道在公共汽车内部。每个设备都需要足够的通道来管理它需要的吞吐量。如果您正在构建具有强大显卡的高端游戏机，您将需要更多通道，但对于一台简单的日常工作计算机，您可能不需要那么多通道。
总线速度通常是指连接CPU和北桥的前端总线（FSB）的速度。FSB 速度范围从 66 MHz 到超过 800 MHz。由于 CPU 通过北桥到达内存控制器，FSB 速度会显着影响计算机的性能。
以下是主板上的其他一些总线：
- 后端总线将CPU 与二级 (L2)高速缓存相连，也称为二级或外部高速缓存。处理器决定后端总线的速度。
- 内存总线连接北桥和内存。
- IDE或ATA总线将南桥连接到磁盘驱动器。
- AGP总线将视频卡连接到内存和 CPU。AGP 总线的速度通常为 66 MHz。
- PCI总线将 PCI 插槽连接到南桥。在大多数系统上，PCI 总线的速度为 33 MHz。与 PCI 兼容的还有PCI Express，它比 PCI 快得多，但仍与当前的软件和操作系统兼容。PCI Express 有可能取代 PCI 和 AGP 总线。
计算机的总线速度越快，它的运行速度就越快——在某种程度上。较快的总线速度无法弥补较慢的处理器或芯片组。
现在让我们看看内存及其对主板速度的影响。
内存和其他功能
DDR DIMM RAM 内存模块的特写。NIKKYTOK/SHUTTERSTOCK
我们已经确定处理器本身的速度控制着计算机的工作速度。芯片组和总线的速度控制着它与计算机其他部分通信的速度。RAM连接的速度直接决定了计算机访问指令和数据的速度，因此对系统性能有很大影响。具有慢速 RAM 的快速处理器无处可去。
可用内存量还控制着计算机可以随时使用的数据量。RAM 构成了计算机内存的大部分。一般的经验法则是计算机的 RAM 越多越好。
当今可用的大部分内存是双数据速率(DDR) 内存。这意味着内存可以每个周期传输两次数据而不是一次，这使得内存速度更快。此外，大多数主板都有用于多个内存芯片的空间，在较新的主板上，它们通常通过双总线而不是单总线连接到北桥。这进一步减少了处理器从内存中获取信息所需的时间。
在主板的早期，除了处理器之外，几乎所有的东西都装在一张插入主板的卡上。现在，主板具有各种板载附件，例如LAN支持、视频、声音支持和 RAID 控制器。
带有所有花里胡哨的主板安装方便且简单。有些主板具备创建一台完整计算机所需的一切——您只需将主板插入机箱并添加硬盘和电源即可。您在单板上拥有一台完全可操作的计算机。
对于许多普通用户而言，这些内置功能为视频和声音提供了充足的支持。然而，对于狂热的游戏玩家和从事高强度图形或计算机辅助设计 (CAD) 工作的人来说，单独的视频卡可提供更好的性能。
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Intel_LE82PM965_SLA5U_Northbridge-2071.jpg
https://www.cpu-world.com/sspec/SL/SLA5U.html
https://ark.intel.com/content/www/cn/zh/ark/products/29822/intel-82pm965-memory-controller.html?wapkw=t9500
https://computer.howstuffworks.com/motherboard1.htm
https://en.wikipedia.org/wiki/File:IBM_ThinkPad_T42_Motherboard.jpg
https://en.wikipedia.org/wiki/Northbridge_%28computing%29
https://cn.os-store.com/intel-nh82801eb-sl7yc-south-bridge-bga-460-chipset-ic.html
https://ark.intel.com/content/www/us/en/ark/products/29822/intel-82pm965-memory-controller.html
