计算机主板工作原理

如果您打开过计算机的机箱，您会看到有一个部件将所有部件连接在一起，那就是主板。通过主板，计算机的所有部件可以得到电源并相互通信。 在过去二十年中主板已经取得了长足进展。第一款主板上安装的实际部件少之又少。首款IBM PC主板仅有一个处理器和一些卡槽。用户将软驱控制器和内存等部件插入插槽中。

现在，主板通常拥有多种不同的内置功能，并且可以直接影响计算机的功能和升级潜力。在本文中，我们将了解一下主板的通用部件。随后，我们将仔细研究显著影响计算机性能的五点内容。

HowStuffWorks Shopper供图 计算机主板

 

尽管仅有主板什么也作不了，但如果没有它计算机则无法运行。主板的主要工作是支撑计算机的微处理器芯片并让所有其他部件与其连接。有助于计算机运行或增强性能的所有部件要么是主板的一部分，要么通过插槽或端口插在主板上。

主板的形状和布局被称为外形。外形影响各个部件的位置以及计算机机箱的形状。多数 PC 主板采用几种特定外形，这样主板便可以装入标准机箱内。有关外形的比较、过去与现状，请浏览Motherboards.org网站。

外形只是适用于主板的多种标准之一。其他一些标准包括：

• 微处理器的插槽，它决定主板采用什么类型的中央处理器（CPU）。
• 芯片组，它是主板逻辑系统的一部分，通常由北桥和南桥两部分构成。这两座“桥梁”将CPU与计算机的其他部件相连。
• 基本输入/输出系统（BIOS）芯片，它控制计算机最基本的功能并在每次开机时执行自检。有些系统具有双BIOS，可在一个BIOS发生故障或者在更新过程中出错时提供备份。
• 实时时钟芯片，它是一种受电池操控的芯片，维持基本设置和系统时间。

主板上的插槽与端口包括：

• 外围组件互连（PCI）——显卡、声卡、视频采集卡及网卡的插槽
• 加速图形端口（AGP）——显卡专用端口
• 电子集成驱动器（IDE）——硬盘接口
• 通用串行总线或火线——连接外设
• 内存插槽

一些主板还将较新的技术进步融入其中：

• 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是一种更加新颖的协议，其作用更像是一个网络而不是总线。有了它，就不再需要包括AGP端口在内的其他端口。
• 一些主板具有板载声卡、网卡、显卡或其他外设支持，而不是依靠插入式板卡。

HowStuffWorks Shopper供图 Socket754主板

 

许多人在考虑计算机的速度和性能时首先想起的是CPU。处理器越快，计算机的“思考”速度就越快。在个人计算机的早期，所有处理器具有相同的一组针脚将 CPU与主板连接，这称为针脚栅格阵列（PGA）。这些针脚可以插入到名Socket7的插槽布局中。这意味着处理器与主板之间实现完全兼容。

HowStuffWorks Shopper供图 Socket939主板

然而目前CPU厂商英特尔和AMD使用多种PGA，其中没有一种能够插入到Socket7中。随着微处理器的进步，它们需要愈来愈多的针脚，用来处理新增功能并向芯片提供越来越大的能量。

当前的插槽布局通常按照PGA中的针脚数来命名。常用的插槽如下：

• Socket478——适用于老式的奔腾和赛扬处理器
• Socket754——适用于AMD Sempron和某些AMD Athlon处理器
• Socket939——适用于更新、更快的AMD Athlon处理器
• SocketAM2——适用于最新的AMD Athlon处理器
• SocketA——适用于老式的AMD Athlon处理器

HowStuffWorks Shopper供图 Socket LGA755主板

最新的英特尔CPU没有PGA。它拥有LGA，也称为Socket T。LGA代表栅格阵列。LGA与PGA的不同之处在于，针脚实际上是插槽而非CPU的一部分。

主板的选择应该是以CPU的型号为依据的。例如，如果您想使用由英特尔或AMD生产的其中一种新型多核芯片，那么您需要选择具有适合这些芯片的插槽的主板。因为CPU完全无法插入与其PGA不匹配的插槽中。

HowStuffWorks Shopper供图 北桥和南桥

 

芯片组就好象“粘合剂”，它将微处理器与主板的其他部分连接，继而与计算机的其他部分相连。在一台PC上，芯片组包括两个基本部分——北桥和南桥。计算机的所有不同部件都通过芯片组与CPU通信。

芯片组将CPU与计算机的其他部分相连

北桥通过前端总线(FSB)直接连接到处理器。内存控制器位于北桥上，这样可让CPU快速访问内存。北桥还连接到AGP或PCI Express总线并与内存连接。

南桥要比北桥慢，而且CPU中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 端口以及IDE或SATA硬盘接口。

芯片组选择与CPU选择有着密切的关系，因为制造商会对芯片组进行优化以使其与特定的CPU配套使用。芯片组是主板上集成的一部分，因此无法拆除或对它进行升级。这意味着，不仅主板的插槽要与CPU相匹配，而且主板的芯片组也必须能与CPU进行最理想的协作。

接下来，我们将了解总线、内存以及主板的其他功能。事实上，总线是将主板上不同部分相互连接的电路。总线一次可以处理的数据越多，其信息传输速度就越快。总线速度的单位是兆赫兹（MHz），指的是可以同时通过总线的数据量。

总线连接主板上的不同部分

总线速度通常指的是前端总线（FSB）的速度，前端总线将CPU连接到北桥。FSB速度可以从66MHz到800MHz以上。由于CPU通过北桥访问内存控制器，因此FSB速度可以显著影响计算机的性能。

下面是主板上的其他一些总线：

• 后端总线，它将CPU与二级（L2）高速缓存相连，二级（L2）高速缓存又称为辅助或外部高速缓存。处理器决定着后端总线的速度。
• 内存总线，它将北桥连接到内存。
• IDE或ATA，它总线将南桥连接到磁盘驱动器。
• AGP总线，它将显卡连接到内存和CPU。AGP总线的速度通常是66MHz。
• PCI总线，它将PCI插槽与南桥相连。在大多数系统中，PCI总线的速度是33MHz。PCI Express 也与PCI兼容，它比PCI更快并且还和最新的软件和操作系统兼容。PCI Express有可能取代PCI和AGP总线。

从某种程度而言，计算机的总线速度越大，计算机的运行速度就越大。但即便总线速度再大，也无法弥补较慢的处理器或芯片组的不足。

现在，让我们来了解一下内存以及内存是如何影响主板速度的。

我们已经知道处理器本身的速度决定着计算机“思考”的速度。芯片组和总线的速度控制处理器与计算机的其他部分通信的速度。RAM连接的速度直接控制计算机访问指令与数据的速度，因此对系统性能有很大的影响。在RAM速度很慢的情况下，快速的处理器将毫无用处。

可用内存的数量也控制着计算机可以直接使用的数据量。RAM构成计算机内存的主要部分。经验表明，计算机的RAM越多越好。

HowStuffWorks Shopper供图 184针脚DDR DIMM RAM

RAM有关不同类型的RAM的信息，请浏览RAM的工作原理。

目前市售的多数内存都是双倍数据传输率（DDR）内存。这种内存的特性是，它可以在一个时钟周期内传输两次数据，相比其他类型的内存，速度更快。此外，多数主板都为潜在的内存芯片预留空间，并且在一些较新的主板上，内存经常通过双总线而非单总线与北桥连接。这进一步提高了处理器从内存中获取数据的速度。

HowStuffWorks Shopper供图 200针脚DDR SO DIMM RAM

主板的内存插槽对所支持的内存种类和内存数量有直接的影响。正如其他部件一样，内存也是通过一系列针脚插接到插槽内。内存模块必须具有正确数量的针脚才能插入到主板上的插槽中。

HowStuffWorks Shopper供图 64MB SDRAM SIMM

在主板问世不久的一段时期内，基本上除处理器之外的所有部件都以卡的形式插入主板。现在，主板具有各种板上配件，例如LAN支持、显卡、声卡支持和RAID控制器。

配件齐全的主板非常方便且易于安装。有些主板上包括了构建一台完整计算机所需的所有部件，您要做的只是将主板装入机箱，然后添加硬盘、CD 驱动器和电源。这样，一块主板就可以构建一台完整的计算机了。

对于许多普通用户而言，这些内置功能已经足以达到他们对视频和声音的技术要求。然而，对于狂热的游戏迷或者进行大量图形或计算机辅助设计(CAD)工作的用户来说，单独的显卡可能是一个需要额外配备的设备。