电脑主机板基础知识综述.docx
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电脑主机板基础知识综述
電腦主機板基礎知識
第一節主機板介紹
1.电脑主板是什么
主板，又叫主机板（mainboard）、系统板（systemboard）或母板（motherboard）；它安装在机箱内，是微机最基本的也是最重要的部件之一。
主板一般为矩形电路板，上面安装了组成计算机的主要电路系统，一般有BIOS芯片、I/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指示灯插接件、扩充插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件等元件。
主板的另一特点，是采用了开放式结构。
主板上大都有6-8个扩展插槽，供PC机外围设备的控制卡（适配器）插接。
通过更换这些插卡，可以对微机的相应子系统进行局部升级，使厂家和用户在配置机型方面有更大的灵活性。
总之，主板在整个微机系统中扮演着举足重新的脚色。
可以说，主板的类型和档次决定着整个微机系统的类型和档次，主板的性能影响着整个微机系统的性能。
2.主機板主板的板型分类
主板的板型分类是在选择主板时首先要考虑的问题之一，主板的板型会决定整台PC的大小与相应的扩展性。
主要分为AT、Baby-AT、ATX、MicroATX、LPX、NLX、FlexATX、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、FlexATX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；MicroATX又称MiniATX，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则是英特尔制定的最新一代主板结构。
现在DIYPC通用的板型：
主板的板型主要通过数主板的扩展插槽数来判断。
其中最常见的就是ATX（大板），M-ATX（小板），ITX。
ATX主板比较适合安装在中塔机箱中，M-ATX比较适合中塔\迷你塔机箱，ITX主板比较适合HTPC机箱。
E-ATX、XL-ATX、HTPX则相对较少有相关产品，产品更多的集中在旗舰级产品或服务器级产品。
第二節主板的灵魂，芯片组
1.主板的芯片組是什麼
芯片组（Chipset）是构成主板电路的核心。
一定意义上讲，它决定了主板的级别和档次。
它就是"南桥"和"北桥"的统称，就是把以前复杂的电路和元件最大限度地集成在几颗芯片内的芯片组。
Intel平臺也叫作PCH，AMD平臺FCH。
芯片组是整个身体的神经，芯片组几乎决定了这块主板的功能，进而影响到整个电脑系统性能的发挥，芯片组是主板的灵魂。
芯片组性能的优劣，决定了主板性能的好坏与级别的高低。
这是因为目前CPU的型号与种类繁多、功能特点不一，如果芯片组不能与CPU良好地协同工作，将严重地影响计算机的整体性能甚至不能正常工作。
简单的说，芯片组是主板最重要的一颗集成芯片，他决定了主板可以使用什么CPU，可以具有多少原生接口和扩展能力（主板的扩展桥接芯片也要受到芯片组扩展能力的制约）。
我们常说的H61主板，Z87主板都是说的主板芯片组的型号。
图中就是一颗INTEL的Z87PCH與一顆AMD的A75FCH。
现在除了较为古老的AM3+接口的主板外，其它的主板均已经取消了北桥，芯片组芯片就位于南桥位置。
一般来说主板型号中都会在前半部分标明主板的芯片组是什么。
2.台式機主板架構圖
a.Intel主板架構圖
b.AMD主板架構圖
第三節主板的主要構成部分
电脑主板是一台电脑的基石，它的做工、用料、设计和芯片组直接决定了一台电脑在构架完成之后的性能和稳定性。
一块主板主要由CPU插槽、内存插槽、PCI-E（或AGP）扩展插槽、PCI插槽、南北桥芯片、电源接口、电源供电模块、外部接口、SATA接口和PATA接口、USB接口、功能芯片（声卡、网卡、IEEE1394、硬件侦测、时钟发生器）等组成，而在豪华型的主板上，还有厂商特别设计的芯片或无线模块等。
下图中我将一张典型的主板进行了切分，接下来我们就按照主板的各个主要构成部分分别介绍。
第四節主板主要部件組合，主板各插槽
1.CPU插槽
CPU需要通过接口与主板连接的才能进行工作。
采用的接口方式有引脚式、卡式、触点式、针脚式等。
而目前CPU的接口都是针脚式&触点式接口，对应到主板上就有相应的插槽类型。
不同类型的CPU具有不同的CPU插槽，因此选择CPU，就必须选择带有与之对应插槽类型的主板。
主板CPU插槽类型不同，在插孔数、体积、形状都有变化，所以不能互相接插。
目前市場上主流產品Socket1366Socket1156Socket1150Socket1155Socket775Socket938Socket940等，CPU是除了BGA封装主板（主板上焊接CPU）以外，所有主板都会采用的插槽，主要用途是安装CPU。
INTEL插槽，插针在主板上，要小心保护主板上的插针，他们很脆弱很容易被外力损坏：
AMD插槽，插针在CPU上，要小心保护CPU上的插针，他们很脆弱很容易被外力损坏：
2.内存插槽
内存插槽是主板上用来安装内存的地方。
目前常见的内存插槽为SDRAM内存、DDR内存插槽，其它的还有早期的EDO和非主流的RDRAM内存插槽。
需要说明的是不同的内存插槽它们的引脚，电压，性能功能都是不尽相同的，不同的内存在不同的内存插槽上不能互换使用。
内存也是PC的重要部件，一般没有内存的电脑是不能启动的。
内存插槽需要注意的部分有四：
一、内存插槽中间有一个防呆口，这个防呆口具有保证内存安装方向正确和保证安装正确类型内存两个作用，所以在安装内存时绝对不可以使用蛮力。
二、现在还在较多使用的内存分为DDR\DDR2\DDR3，这三者是不可以混插的（防呆口位置不同），目前新的主板产品内存基本都是采用DDR3规格。
三、现在大部分主板，内存都是可以组成多通道（可以增加内存带宽）。
包括双通道、三通道（X58）、四通道（X79）。
所以建议内存安装按照通道数的倍数来安装。
四、现在有很多主板会提供额外的内存插槽，例如双通道主板提供四根内存插槽，一般主板厂商都采用两根彩色，两根黑色的方式来标识。
如果只准备安装两根内存，应该插在彩色插槽上。
还有部分主板（以ITX和NUC主板居多）会采用笔记本内存的插槽。
如下圖所示；
3.PCI扩展卡插槽
PCI扩展卡插槽是主板上使用最广泛最灵活的扩展插槽，主要用来安装各种扩展设备，包括显卡、声卡、网卡、SATA扩展卡等大量设备。
PCI插槽的分类：
现在主板上最主要的扩展卡插槽主要有PCIe显卡插槽、PCIeX1插槽、PCI插槽。
4.PCIe显卡插槽
PCIe显卡插槽是主板上最重要的扩展插槽类型，他不仅可以安装显卡，还可以替代PCIeX1、PCIeX4插槽。
PCIe显卡插槽的典型特征就是他是主板上最长的插槽，而且在插槽尾部会有一个卡扣，用来更好的固定显卡。
PCIe显卡插槽的分类：
PCI-E的接口根据总线位宽不同而有所差异，包括X1、X4、X8以及X16，而X2模式将用于内部接口而非插槽模式。
PCI-E规格从1条通道连接到32条通道连接，有非常强的伸缩性，以满足不同系统设备对数据传输带宽不同的需求。
此外，较短的PCI-E卡可以插入较长的PCI-E插槽中使用，PCI-E接口还能够支持热拔插，这也是个不小的飞跃。
PCI-EX1的250MB/秒传输速度已经可以满足主流声效芯片、网卡芯片和存储设备对数据传输带宽的需求，但是远远无法满足图形芯片对数据传输带宽的需求。
因此，用于取代AGP接口的PCI-E接口位宽为X16，能够提供5GB/s的带宽，即便有编码上的损耗但仍能够提供约为4GB/s左右的实际带宽，远远超过AGP8X的2.1GB/s的带宽。
现在主板上最主要的扩展卡插槽主要有PCIe显卡插槽、PCIeX1插槽、PCI插槽等。
PCIe显卡插槽其实分为两种规范和三种类型。
两种规范即指PCIe3.0规范和PCIe2.0规范。
三种类型是指X16、X8、X4三种不同的通道数。
PCIe3.0规范在同等通道数下可以带来的PCIe2.0规范两倍的数据带宽。
同规范下数据带宽与通道数成正比，例如PCIe3.0X4就相当于PCIe2.0X8的带宽。
所以对于显卡来说，能用3.0就不用2.0，能用X16就不要用其他通道数。
双卡最好采用16+16（高端芯片组或桥接），或者8+8的主板插槽组合。
一般辨别主板PCIe显卡插槽的带宽可以通过分辨主板背面的焊点来看。
X8插槽焊点长度是X16的一半，X4的则相应更短。
但是现在有不少主板厂商为了在这个问题上打马虎眼，会故意多焊焊点来混淆，所以查看主板的官网规格或主板手册才是最好的方式。
显卡的PCIe通道除了通过CPU内部引出，还可以从南桥引出一根PCIe2.0X4的插槽。
现在有相当多的主板会提供16+4显卡插槽组合，一般而言后面的X4插槽是从南桥引出而非CPU内部，所以这样的主板很不建议组建双卡平台，对性能会有限制，还容易导致延迟和跳帧。
说一个比较简单的辨别办法，就是如果是PCIe3.0X4则是CPU引出相当于PCIe2.0X8带宽的插槽，如果是2.0X4基本都是南桥出来的。
5.PCIeX1插槽
PCIeX1插槽是主板上比较常见的一种接口，主要用于安装PCIeX1接口的各类扩展卡。
当主板的PCIeX1不能使用时，也可以使用PCIe2.0X4显卡插槽来代替使用。
6.PCI插槽
PCI（peripheralcomponentinterconnect）总线插槽它是由Intel公司推出的一种局部总线。
它定义了32位数据总线，且可扩展为64位。
它为显卡、声卡、网卡、电视卡、MODEM等设备提供了连接接口，它的基本工作频率为33MHz，最大传输速率可达132MB/s。
PCI插槽是主板上一种比较古老的插槽，主要用于安装各类PCI接口的扩展卡。
虽然主板芯片组早已开始不原生支持，但PCI插槽依然是主板的常客。
PCI插槽的典型特征是插槽比较长，但尾部没有卡扣。
7.mSATA插槽
mSATA插槽是主要用于安装mSATASSD的磁盘接口。
他的接口外观与miniPCIe插槽相同，可以互插，但是如果要可以切换使用必须有一颗专门的切换芯片。
一般mSATA插槽会以全高为主，插槽到后面的固定螺栓的距离会比较长。
8.miniPCIe插槽
miniPCIe插槽是一个比较新出现的插槽类型，他相当于一个PCIeX1的扩展卡插槽，不过只能使用miniPCIe接口的扩展卡。
现在在主板中的主要作用就是安装无线模块。
（如上圖所示）
关于mSATA与miniPCIe的切换：
mSATA接口与miniPCI-E其实是共用同一种插槽，但并不能直接互通使用。
要实现一个接口同时兼容mSATA与miniPCI-E，需要使用PCI-Express/SATA路由芯片来解决。
第五節主板的力量之源，主板供電
1.主板24PIN供电
主板24PIN供电是主板最重要的一个外接供电接口，一般位于内存插槽与主板边缘之间，是一个比较大比较显眼的接口。
他会为主板非CPU的其他部分提供所需要的供电。
2.CPU外接供电
CPU外接供电接口是用来直接从电源取电，为CPU提供电力的供电接口。
一般低端主板多采用4PIN供电，中端多采用8PIN供电，高端主板上会看到4+8PIN或8+8PIN的配置。
一般4+8PIN或8+8PIN在电源接线不足的情况下，只插单8PIN也可以保持主板的正常使用。
CPU供电与PCI8PIN供电接口的塑料针脚会有不同具有防呆效果，所以在安装时只要不依靠蛮力就可以避免安装错误。
CPU供电
CPU供电部分顾名思义就是用来为主板上的CPU提供供电的模块，主要是将电源的+12V供电转化为CPU可以接受的电压，并净化电流。
一般CPU供电都位于CPU插槽与后窗接口之间，有些相数比较多主板需要用到L型布局的供电模块。
相当多的主板也会在这个部分，为供电MOS管安装散热片，来辅助散热并改变主板的外观。
第六節豐富多樣的擴展及主板接口
1.板载接口与后窗接口
主板上除了很多大的插槽，还有很多的接口，例如音频接口、USB接口等，有了这这些接口，我们才可以外接我们需要的外接设备，让PC主机的功能真正发挥出来。
板载接口是指主板PCB上的接口，一般是连接PC机箱内部的周边设备或者是与机箱前置面板相连接。
包括SATA接口、机箱风扇接口、机箱USB接口、机箱音频接口等。
后窗接口即指主板後置上的各个接口，如网线、USB、音频等，这些接口往往都可以直接与机箱之外的其他设备连接使用。
2.USB接口
USB接口是现在使用最广泛的主板接口，几乎每一个使用电子产品的人都会有USB接口的相关设备。
USB接口主要分为2.0和3.0两种规范。
2.0接口的标称速度是480Mbps，也就是60MB\s；3.0接口的标称速度是5Gbps，也就是500MB\s。
当然这个仅仅是接口的标称速度，实际的话一般不太可能跑满。
主板的后窗上USB接口的外观接口内部一般会有颜色，蓝色的就是USB3.0接口，其它颜色的就是USB2.0接口。
如果USB接口被标识为红色，一般都代表会有一些主板厂商特色技术，比如快速充电，键鼠特殊优化等。
板载USB2.0接口
板载的USB2.0是一个9PIN的接口，其中空掉一根针是作为防呆。
一般位于主板PCI插槽旁边的这条边缘上，主板上的丝印或者查看主板说明书都会有相关的说明。
如果有底色为其他颜色的USB接口（红色居多），一般都代表有额外的功能支持，建议优先选择。
板载USB3.0接口
板载USB3.0接口是一个20PIN的接口，防呆是通过插针外框上的一个小缺口。
一般位于主板24PIN供电旁边，或PCI插槽旁边的这条边缘上。
如果有底色为其他颜色的USB接口（红色居多），一般都代表有额外的功能支持，建议优先选择。
需要注意到的是，虽然USB3.0接口比2.0快的多，但是2.0依然有其存在的价值。
2.0接口可以兼容USB1.1规范的老设备，对驱动的依赖性也比较小，WINDOWS系统基本都可以直接识别。
很多较老的主板，由于芯片组不原生支持USB3.0接口，所以都依赖于第三方芯片，这样的USB3.0接口虽然会比USB2.0快很多，但性能参差不齐，区别比较大。
新的主板额外的USB3.0接口都是采用HUB形式转接，这个问题就比较的少。
3.SATA接口
SATA接口是PC必备的接口之一，主要用来安装硬盘的数据线，让硬盘的数据与PC连接在一起。
SATA接口一般都出现在南桥与主板边缘之间的位置。
SATA2.0接口：
SATA2.0也称为SATA3Gb\s接口，是现在比较老的一种主板接口，现在已经在新产品中逐渐淘汰和边缘化。
最大传输速度为300MB\s（持续），建议不要连接SSD，会影响SSD的性能。
原生SATA3.0接口：
SATA3.0也称为SATA6Gb\s接口，现在正在逐步取代SATA2.0接口。
最大传输速度为600MB\s（持续），是相对高速的接口。
桥接SATA3.0接口：
在这里之所以单独列出，主要就是要强调一下，桥接SATA3.0接口性能与原生SATA3.0接口会有比较大的差距。
所以建议SSD全部安装在原生SATA3.0上。
桥接接口仅仅作为补充。
或者在没有原生SATA3.0接口的主板上才建议SSD插在桥接接口上。
純原生SATA2.0或SATA3.0：
这种主板的辨识主要是查看芯片组型号，主板上的接口都是原生的不会有区别。
接口一般只有一种颜色。
原生SATA3.0+原生SATA2.0：
原生SATA3.0+原生SATA2.0的主板一般SATA3.0接口会选择一个比较鲜艳或比较醒目的颜色（白色比较多见），SATA2.0接口则会颜色比较暗（黑色多见）.
4.显示接口
显示接口是主板上用来输出视频信号的接口。
常见显示接口的分类见下图：
下面两张图片就是现在常见的显示接口，其中DVI-D与DVI-I的区别就是在接口右边，-D只有一根沟槽，-I是一个十字。
雷电接口就是用miniDP的接口修改得到的。
VGA、DVI、HDMI和DP都是視頻接口，用於連接顯示器。
VGA是傳輸的模擬信號，DVI和HDMI能傳輸數字信號，支持1080P全高清視屏。
與DVI相比，HDMI主要優勢是能夠夠同時傳輸音頻數據，在視頻數據傳輸上沒有差別。
DisplayPort也是一種數字高清輸出接口，它的优势在于具有更好的数字信号兼容性、高度的可扩展性以及相对更开放的标准，可以实现远距离无损传输，同时DisplayPort也支持HDCP解码认证。
相对于目前最流行的HDMI接口来说，DisplayPort能够达到更大的传输带宽，并且从可扩展性和外围设备兼容方面要远远强于HDMI接口。
5.音频接口
后置音频接口：
主板后窗音频接口一般由标准3.5mm接口、光纤接口、同轴接口、USB音频专用接口组成。
HDMI、DP也可以提供数字音频输出。
一般我们使用的音箱和耳机，都是插在绿色的3.5接口上，下图中的主板后置就包括了3.5、光纤、同轴、HDMI四种可以输出、输入音频的接口。
板载音频接口：
板载音频接口主要用于连接机箱前面板的音频接口，这是一个9PIN的接口，里面缺掉一根针主要用于防呆。
6.网线接口
网线接口就是用来安装网线保证PC网络连接的接口，一般上方会有两个指示灯，显示接口的连接和工作状态。
7.主板风扇接口
主板风扇接口顾名思义就是为机箱内各类风扇提供供电的接口。
一般主板上的风扇接口都是3PIN或者4PIN的接口，接口上会竖起一个塑料片作为防呆。
8.主板跳线接口
主板跳线接口也是主板上100%会有的接口，主要用来接机箱上的开关、重启按键，POWERLED、HDDLED等。
下图就是一张主板跳线的定义图，一般跳线基本都包含這幾項功能。
主板跳线中，电源、硬盘的指示灯，机箱蜂鸣器这三个插针是需要正负极之分的，如果插反不会烧东西但是对应的设备就不能使用。
如果机箱线是双色的，一般彩色线是正极，白色是负极。
此外还有一种比较简单的方式，就是在安装时，接线的字朝着自己，接线没有字的一面对着CPU插槽的方向。
绝大多数机箱都符合这个规律。
9.PS/2键鼠接口
PS/2键鼠接口主要是用于安装老式的键鼠设备，虽然芯片组都已经不再支持，但介于这类设备庞大的存量，PS/2键鼠接口仍几乎是标配。
不过现在大部分主板已经不再提供键盘鼠标两个接口，而是提供一个键鼠接口，键盘和鼠标都可以接，但只能接一个设备，外观一般为绿紫混色。
10.LPT、COM接口
LPT\COM这两个接口虽然家用中很少用到，但是在商业领域使用非常广泛。
LPT接口组要用于安装老式打印机，由于很多商用打印机更新十分缓慢，所以还是会有主板附带这个接口。
COM接口则是一种使用极为广泛的接口，是商业领域的通用接口，几乎可以达到USB接口一般的广泛程度。
后置的LPT、COM接口：
板载的LPT、COM接口，一般主板上的LPT、COM接口通过一个转接挡板，将接口从机箱的PCI挡板引出。
11.eSATA接口&IEEE 1394接口
eSATA接口是一个已经被逐步淘汰，出现几率越来越低的接口，他主要是用于大容量的移动存储设备。
他的接口原理就是把主板的SATA接口直接引导后窗或机箱前面板。
早期USB接口速度比较慢的时候eSATA还能保持一定的优势，由于自身不带供电和接口稳定较差，随着USB接口的成熟，eSATA已经非常没有存在感了。
IEEE1394接口又称火线接口，是苹果公司主导开发的一个数据接口，在发布之初（2007年）传输性能相当彪悍，但随着USB规范的发展和苹果自身的封闭特性，1394接口也日渐没落，称为小众接口。
现在主要用于专业视频制作领域。
后置的eSATA&IEEE 1394接口见下图；
第七節主板其它部分拾遺
1.主板电池
主板电池也是主板上一个比较重要的部件，他的主要工作就是在主板断电后帮助主板的CMOS保存里面的设置。
所以，当主板出现故障、超频失败、BIOS设置错误等导致机器点不亮时，最快的排障方法就是将PC的电源线拔掉，拔掉电池三分钟后装回电池重新尝试开机。
这个时候BIOS的设置会被彻底清空。
至少有60%的情况下可以用这个方法解决故障。
2.BIOS
计算机用户在使用计算机的过程中，都会接触到BIOS，它在计算机系统中起着非常重要的作用。
一块主板
性能优越与否，很大程度上取决于主板上的BIOS管理功能是否先进。
BIOS（BasicInput/OutputSystem，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，为电脑提供最低级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。
M/B上的BIOSROM
3.I/O控制芯片
I/O控制芯片（输入/输出控制芯片）提供了对并串口、PS2口、USB口，以及CPU风扇等的管理与支持。
常见的I/O控制芯片有WINBOND、ITE等
4.频率发生器芯片
频率也可以称为时钟信号，频率在主板的工作中起着决定性的作用。
电脑要进行正确的数据传送以及正常的运行，没有时钟信号是不行的，时钟信号在电路中的主要作用就是同步；因为在数据传送过程中，对时序都有着严格的要求，只有这样才能保证数据在传输过程不出差错。
时钟信号首先设定了一个基准，我们可以用它来确定其它信号的宽度，另外时钟信号能够保证收发数据双方的同步。
对于CPU而言，时钟信号作为基准，CPU内部的所有信号处理都要以它作为标尺，这样它就确定CPU指令的执行速度。
时钟信号频率的担任，会使所有数据传送的速度加快，并且提高了CPU处理数据的速度，这就是我们为什么超频可以提高机器速度的原因。
要产生主板上的时钟信号，那就需要专门的信号发生器，也称为频率发生器。
但是主板电路由多个部分组成，每个部分完成不同的功能，而各个部分由于存在自己的独立的传输协议、规范、标准，因此它们正常工作的时钟频率也有所不同。
5.板载声卡芯片
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。
一般板載声卡没有主处理芯片，只有一个解码芯片，通过CPU的运算来代替声卡主处理芯片的作用。
AC'97的全称是AudioCODEC'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。
目前最新的版本已经达到了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。
HDAudio是HighDefinitionAudio（高保真音频）的缩写，原称Azalia，是Intel与杜比（Dolby）公司合力推出的新一代音频规范。
HDAudio的制定是为了取代AC’97音频规范而制定，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。
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，HDAudio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
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