（完整版）电脑主板图文详解

电脑主板图文详解

认识主机板

「主机板」（Motherboard）不算电脑里最先进的零组件，但绝对是塞最多东西的零组件。事实上，现在新的主机板简直像怪物，上面可能有数十个长长短短、大大小小、圆的方的、各式各样的插槽。即使我已经见过不下百张的主机板，仍然会惊讶于一张板子怎么能塞这么多东西，更可怕的是，东西还一年比一年多。

平台的概念

在电脑零件组中，主机板扮演的是一个「平台」（Platform）的角色，它把所有其他零组件串连起来，变成一个整体。我们常说CPU像大脑一样，负责所有运算的工作，而主机板就有点像脊椎，连接扩充卡、硬盘、网络、音效、键盘、鼠标器、打印机等等所有的周边，让CPU可以掌控。所以玩电脑的人，常会在意「板子稳不稳」，因为主机板连接的周边太多，若稳定性不够就容易出现各种灵异现象。CPU不够快，顶多人笨一点算得慢，但脊椎出毛病就不良于行了。当然，CPU还是最重要的零件，CPU挂了，就像本草纲目所记载的：「脑残没药医」。目前全世界最大的主机板厂通通都在台湾（生产线当然在大陆），所以一定要好好认识一下台湾之光，但就像最前面说的，现在主机板上实在塞太多东西，每个插槽都是一种规格，有自己的历史和技术。这篇主要是讲一个「综观」，各插槽的技术会在对应零组件里详细说明，出现一堆英文缩写请别在意。废话不多说，我们挑一张目前最新的主机板做介绍，大家一起感谢微星提供两张P35 Platinum供小弟任意解体，幸好，在本专题中没有一张主机板死亡。

主机板外观

这是目前新的主机板的模样，看起来密密麻麻跟鬼一样。你电脑里装的可能没这么高级，花样也不一定这么多，但某些东西是每一张主机板都会有的。

先把一定会有的东西框出来标号，依序做介绍。

1.CPU插槽（CPU Socket）：

首先，主机板一定有个插槽放CPU，不同的主机板通常会有不同的CPU插槽造型，以支持不同的CPU，而即使插槽造型一样，主机板也不一定都能支持，这跟CPU或主机板的世代交替，或是厂商自己划分产品定位有关。而在照片左端有一个八个洞白色插槽，那是给CPU供电用的。

这是插上电源插头之后的样子，在CPU的章节有提到，现在高阶CPU的耗电TDP非常高，所以要有专门的电源模组，特别给CPU用。另外，CPU是很精密的电子零件，它有固定范围的工作电压，过高过低都会伤到CPU，所以CPU插槽旁边都会布满一颗颗的小圆柱（照片中银色紫色交错的东西）。这些「电容」的作用像小型的电池，当输入电压较高时就存贮电力，输入电压较低时就释放电力，而快速的存贮和释放，会让供电保持在一个较稳定的环境，而不是上上下下的暴风雨。喜欢超频的玩家会很在意这些电容，因为这是稳定电压的零件之一，可提高电源的纯净度，玩家会讲究电容的造型（固态或电解）、厂牌（日系或台系），甚至是安装（插件式或SMD式）的方法，为的就是给CPU最稳定的环境，达到超频的爽度。※但要注意，稳压不是只有电容在做，而是要搭配其他零件（如电容旁边的R25方块，电感）和整体线路，不一定用上高级电容就保证有高级电源，最重要的还是主机板的线路设计方式。而现在主机板常常标榜的「分相」，就是把供电的电流和电压分开成数个，比如原本输入120W，可拆成四相各30W，由于每一相的负载较低，比较容易保持供电的稳定度。一般说来分相愈多，电源的环境就愈好，但这并非绝对，设计功力还是最重要的。而要看分几相，可以数一下电容或电感的个数，电容数除二或电感个数通常就是相数，但这只是「通常」，依然不是绝对，照片中的主机板是四相电源。

2.存贮器插槽（DRAM Slot）：

在第0篇的总论就有提到了，这长条状的插槽就是插存贮器用的，一般主机板会有2～4条，或更多，紧邻着CPU和北桥芯片。

3.北桥芯片（Northbridge）：

北桥是主机板上最重要的芯片，负责连接CPU、存贮器和显示卡，通常中阶以上的主机板都会在北桥上装散热片或风扇，因为它就像CPU一样会发热。照片中是拆下散热器后的模样，紫色的东西可能是散热用的贴纸，我不敢硬抠下来，不过北桥就和CPU一样，都是一颗芯片。

4.南桥芯片（Southbridge）：

南桥是主机板上的老二，和北桥互连并连接其他周边，我们熟知的主机板「功能」大多来自南桥，比如USB、网络、音效、SATA/IDE硬盘，都是从南桥连出来的。它也是一颗芯片，照片中看起来好像比北桥还大，那只是芯片制程和封装的造型不同。

现在主机板为了差异化，有时南北桥都会做散热片，甚至还兼做造型，让南北桥与CPU旁的稳压线路全部连在一起做散热。当然，通常只有高阶产品才会这样做，入门主机板黏个散热片就算很有义气了。

5.扩充卡插槽（Expansion Card Slot）：

虽然某些主机板已经内建了「所有」必要的东西，比如网络、音效、甚至显示芯片，但还是有扩充的需求，这些插槽就是拿来装别的卡，比如插上电视卡就可以在电脑上看天下第一味，或是插无线网卡，让桌上型电脑也能无线化。而最常见的，就是插一张显示卡。

这是显示卡插上PCI-Express插槽，网络卡插上PCI插槽的样子。PCI-Express或PCI都是扩充卡的插槽造型，从名字也看得出来，PCI-Express比较先进。

6.硬盘/光驱插槽（IDE、SATA）：

蓝色小插槽和黄色长一堆针的，都是连接硬盘或光驱用的，蓝色的是SATA、黄色的是IDE（或叫PATA），现在IDE通常只有光盘在用了，硬盘几乎快全面转换到SATA了。左边那堆黄绿红的小针脚是连接机壳用的，比如机壳上的USB、电源键、灯号等等，这部分的安装通常要参考主机板说明书，每一张主机板的针脚并不固定。

SATA和IDE的排线，很明显看的出来SATA的插拔方便多了。

7.整合周边（Integrated Peripherals）：

这些主机板本身功能的输出输入口。USB和网络插孔应该认得出来，右边六个洞是音讯输出和输入，左边两个圆的是PS/2，插旧型的键盘和鼠标器，其他光纤输出（音讯）、eSATA（外接硬盘）、IEEE 1394（周边）的位置如图所示。

8.BIOS：

那个看起来像水银电池的东西，嗯....就是电池。用来供电给BIOS，存贮主机板的设置和时间，就算电源拔掉，资料也可以保留很长一段时间。至于BIOS（Basic Input/Output System），有点像是主机板内建的「软件」，用来辨识主机板上的各式装置，调整各种设置，再交给操作系统启动，BIOS是开机过程中的第一步，BIOS辨识完毕之后再给操作系统接手。BIOS软件通常放在一个很小的Flash ROM存贮装置（可以刷BIOS更新内容），照片中贴着绿色贴纸的就是，和旁边的插槽相比真的超小。

电脑开机时可能会秀这样的图形或文字，通常一闪而过，但一定会显示按什么键可以进入BIOS设置，一般是按DEL或F1。早期的BIOS可以用一个方法「定住」，就是把键盘线拔掉，BIOS就会停在一个错误信息，可以仔细看清楚，但现在不一定管用了，只能用各位高超的动态视觉，或是按「Pause」键停住。哈！突然想到一个关于BIOS的冷笑话，很久很久以前，随插即用的USB键盘还没那么普及时，BIOS预设若没抓到PS/2键盘就会停住，然后出现「keyboard not present , please press F1 key to continue」，请按F1键继续。

[b][size=3]这是最常见的BIOS画面，现在BIOS不止拿来做基本的硬件设置，最重要功能已经变成是超频了，BIOS也是各家主机板厂差异化的主要部分，之后我们会有完整一个章节来介绍BIOS。

9.电源输入（ATX Power Connector）：

南北桥要吃电、存贮器要吃电、显示卡要吃电，就连USB也要吃电（虽然不多），而电就从这个20或24针的电源插座进来，供电给整张主机板。这插槽是给电源供应器插的地方，就像主机板其他有电源输入的地方一样，旁边一定有电容排排站。

主机板基本结构

看完这一堆，应该不难想像主机板上到底塞了多少东西，这里写的还是简化过的，内建显示、音效Codec和网络Phy芯片还没提到呢！但这只是主机板的第一篇而已，之后会在「北桥」和「南桥」篇另外解说。说到南北桥，其实上面所有的东西可以简单的分割成三大部分，主机板就是由「CPU」、「北桥」和「南桥」组合而成，其中南北桥芯片合称「芯片组」（Chipset）。只要把CPU想成大脑，芯片组的北桥和南桥则是脊椎的两个部分，一切就不难理解了。

我把CPU装上主机板，并把南北桥的散热器拔掉，露出芯片。是不是有一种「三位一体」的神力流贯你全身的感觉？（有才怪......）

标上框线和箭头，应该清楚多了。这就是一个「平台」的结构图，会叫北桥和南桥，是因为画这种结构图时，北桥都会在上面，南桥在下面。以最快的方法解释：北桥连接高速周边，传输速度以每秒数GB来计算的，比如CPU（8～10 GB/s）、存贮器（8～10 GB/s）、显示卡（8 GB/s）；而南桥连接慢速周边，传输速度以每秒数MB来计算，比如硬盘（375 MB/s）、USB（60 MB/s）、PCI（133 MB/s）、网络、音效等等。换句话说，北桥直接影响电脑的「效能」，南桥决定电脑的「功能」。所以，当你从USB随身碟读一个资料，资料就从 USB → 南桥 → 北桥 → 存贮器 → CPU。而连接北桥和南桥之间的通道，则依芯片组厂商的设计而不同，Intel过去是用专属的Hub Link，新的芯片组则用标准化的PCI-Express，至于NVIDIA和AMD则习惯用HyperTransport。由于北桥最重要的就是存贮器控制器，有时也叫Memory Controller Hub，南桥是各式输出入周边，所以也叫I/O Controller Hub，你想绕英文我不反对，但我自己是习惯南北桥的称呼啦！

(PS：MB是MegaByte，GB则是GigaByte = 1024 MB。)

结语

虽然一般主机板通常会有南北桥，但没有规定说这两颗芯片不能塞在一起变一颗，尤其AMD最近的CPU都内建存贮器控制器，把北桥最重要的功能转移到CPU 内，这让芯片组的设计变得非常好玩，北桥可以变南桥，横跨世代完全利用。在接下来的北桥和南桥篇，会有更完整的平台升级和周边I/O的介绍。

界线模糊的北桥和南桥

当初规画这一系列教学文章时，我最怕的就是写到南北桥芯片组的部分。一方面是芯片组产品又乱又复杂，有点不知如何下手，在楼上的认识主机板里就讲到，主机板是把电脑里所有零组件兜在一起的平台，所以芯片组的规格一定会扯到所有零组件和周边的规格，而每项规格都是十几年演变的成果，真的要细写，这篇大概十万字都写不完。仔细考虑之后，决定还是以芯片组的大方向着手，至于细部规格实在太多，所以稍微简单介绍就好，在各零组件的章节都还会再讲到。这篇主要目的是希望未来有新的芯片组产品发表时，大家能有基本的了解。而原本打算北桥和南桥是分开写成两个章节，但想想这两个实在紧密难分，所以还是合在一起写吧！

为什么要分南北桥

南北桥是主机板上最主要的芯片，通常是上游芯片组厂商（NVIDIA、AMD、Intel）卖出芯片，下游板卡厂（华硕、技嘉、微星等等）再做成主机板，某些极少数的主机板是由芯片组厂商自行生产，再以完整的板子卖给下游板卡厂去出货。先来一张之前用过的芯片组简易结构图：

为什么要分成北桥和南桥？这主要是两个考量：设计和制造。就芯片设计的角度，如果要让东西沟通的速度越快，那就让它们越靠近越好，只要一分离，势必就得拉出传输的通道，而有通道就要布线、就有传输的推迟。如果可以的话，最好是把所有功能全部塞进一颗芯片内，可是必须考量到芯片制造的难度，厂商一定想赚钱，如果设计出一颗根本生产不出来、或太贵没人要买的芯片也没用。北桥和南桥就是在这样的取舍下分离，现在芯片组搭载的功能超多，而且很多周边的速度太快，很难在一颗芯片内搞定，所以就让需要高速传输的功能靠近CPU，并独立成北桥芯片，而其他较慢速的周边就变成南桥来连接北桥，与CPU做间接传输。当然，整合南北桥变成一颗芯片是绝对是可行的，只要设计和制造难度允许，很多厂商都出过单芯片的产品，但通常是AMD平台或功能较少的入门芯片组，因为花样少、制造难度较低，做成单芯片会有利于降低成本。

南北桥的功用

我们先以最标准的Intel的南北桥结构做解说，特别的案例最后再聊。这部分免不了要看芯片组的结构图，别太紧张，其实看结构图会比看实际的板子更容易了解芯片组的设计，只不过是一些PowerPoint的方块图而已XD。

Intel P35芯片组的结构图，这是非常标准的南北桥设计，由P35北桥加ICH9南桥，旁边都有标上通道的速度，可明显看出南桥连出去的周边都比北桥慢。

北桥所连的都是高速传输的周边，包括CPU、存贮器和显示卡，也就是电脑最核心的三项零组件，只要其中有一项产品出现大改的新规格，相对应的北桥就一定要出新版，而换北桥就是出新的主机板，换主机板差不多就是砍掉重练整台电脑，也就是大家常说的世代交替或败家升级了。基本上，北桥可视为一堆通道的集合体，有专属的通道连往CPU、存贮器、显示卡和南桥，通过北桥这个转运中心，CPU就可接收和送出资料给所有电脑周边。

1.CPU通道：

北桥和CPU连接的通道就是Intel的FSB或AMD的HyperTransport，在CPU的章节已经提过很多次，这是CPU对外的沟通渠道，也就是和北桥连接，进而与所有周边沟通。很直觉的，CPU和北桥的FSB和HyperTransport，两边一定要配对才能使用，或是北桥支持的 FSB/HyperTransport速度要高于CPU的，也就是新主机板能向下相容旧CPU，但旧主机板不一定能向上相容新CPU（注意是不一定，例外到处都有，能不断向上相容的板子很多，台湾板卡厂RD太强了）。CPU每隔一两年，对外的FSB或HyperTransport的速度就会提高，自然就会有新的北桥出现与它搭配，比如AMD最近要推新的AM2+ CPU，支持HyperTransport到最新的3.0版，时脉达2GHz（之前的是1GHz），AMD就推出新的RD790北桥来搭配。除了CPU与北桥之间的通道要匹配之外，当然还有CPU脚位的问题，如果CPU更改传输脚位的定义，主机板上的北桥通常也要更新或修改才能支持。

2.存贮器通道：

北桥另一个重点是存贮器控制器，直接决定支持的存贮器种类和时脉，时脉的部分，就是由CPU的外频，乘上北桥里控制器内附的比值，计算出存贮器时脉。比如 CPU的外频是266，北桥设置的比值是1:1.5，那存贮器的真实时脉就会是266x1.5=400MHz，DDR之后就是800MHz。这个比值有很多种，计算方式也不一定都是这样，但无论如何，都是由北桥的存贮器控制器来决定算法和时脉。至于存贮器种类，北桥通常只会支持一种存贮器，比如现在主流的DDR2，但在世代交替的当口，就会出现同时支持两种存贮器的北桥，以缓和世代转换的阵痛，像Intel现在正要推行DDR3新规格，P35/X38芯片组就同时支持DDR2和DDR3。

这是Intel X38芯片组的主机板，共有六个存贮器插槽，其中有两个和另外四个的防呆缺口位置不同，这是世代交替下的产物，DDR2/DDR3通用的主机板，防呆缺口较靠近边边的是新的DDR3。

由于北桥控制FSB/HyperTransport和存贮器的时脉，它会影响整体的超频能力，所以一些高阶主机板的北桥散热才会愈做愈夸张，连水冷都出来了（有时我会怀疑，北桥真的有「这么」热吗？）。但超频牵涉的因素很多，CPU、存贮器、主机板布线等等，北桥并不是唯一会影响的。

3.显示卡：

显示卡是近几年才变成高速周边的，当它开始需要大频宽时，北桥其实并没有对应的总线可用（PCI的每秒133MB频宽太慢了），所以才会有AGP的出现。AGP是专门给显示卡用的扩充「埠」，它是一对一的通道，不是总线，北桥内建一个AGP埠就只能插一张显示卡。由于AGP限制太多，所以现在都改用 PCI-Express，希望可以统合PCI和AGP，做为扩充卡的总线单一标准。不过结果大家都看的到，AGP是差不多淘汰了，但PCI还活的好好的。PCI-Express的设计是以Lane为主，每条Lane就像一条独立车道，双向频宽是每秒500MB，北桥会支持一个固定的Lane数，但可自由调配组合成宽度不一的道路。比如NVIDIA MCP55支持PCI-E Lanes x28，当插一张显示卡时，就可以用PCI-E x16的速度，插两张显示卡时就变x8加x8，剩下的12 Lanes，可以再分成x8、x4、x1等不同数目的插槽，给不同的扩充卡周边使用。另外，一些低阶的北桥产品也会直接内建显示芯片，当然，在设计与制造成本的考量下，内建显示芯片通常就是拿来「显示」而已，3D能力绝对比不上同一个世代的独立显示卡，不过针对它所在的定位，只要能显示画面就很够了。

好久不见的主机板AGP插槽，现在新出的主机板已经非常非常难看到AGP了。

NVIDIA GeForce 6800GT AGP版显示卡，骨董一张。自从上一代显示芯片之后（GeForce 7与Radeon X1000），NVIDIA和ATI就不再生产原生AGP的显示芯片，不过AGP显示卡仍然一直有出，都是用桥接芯片从PCI-Express转到 AGP。

主机板的PCI-Express插槽，那两根很短的就是PCI-Express x1的插槽，目前好像只有电视卡、音效卡和少数显示卡有这种介面。最左边的两条则是传统PCI，通常是由南桥接出来。

4.包山包海的南桥：

相对于北桥都是高速周边，南桥就是比较功能面的，除了以上那些核心零组件之外，其他都是放在南桥，比如PCI插槽、IDE/SATA硬盘介面、大家一定用过的USB、AC97或HD Audio音效和10/100/1000网络，如果板卡厂愿意，还可以另加芯片和南桥连接，让主机板的附加价值更高，比如快闪存贮器（ReadyBoost）、无线网络、IEEE 1394、RAID芯片......。由于南桥芯片的独立性和它所控制的功能面，芯片组厂商都会让一颗北桥搭配不同的南桥，做出不同定位与附加功能的芯片组产品。

IDE、SATA、和主机板背后的这些插孔，都是从南桥连接出来。

虽然现在芯片组的南桥都已经包山包海，但厂商为了增加附加价值，可能自己还会在主机板外加芯片，塞进更多功能，比如这颗VIA VT6308P就是让主机板多出IEEE 1394功能的芯片。

现在的南桥都有内建音效，但那只有「数位音效处理」，要让主机板可以直接发声，必需把数位音讯转换成模拟输出，才能连接耳机或喇叭，而这个数位/模拟的转换芯片，南桥通常不会内建，所以主机板都会有一颗类似照片中「ALC888T」的Audio Codec，负责转换成模拟输出，或是颠倒过来，把模拟转成数位做出录音功能。

南桥的网络功能通常只有提供MAC，做为网络数位资料的传输功能，但要真正支持实体网络线的电子讯号传输，还要另外再加网络PHY芯片，比如照片中的RTL811B。

非传统设计的芯片组

以前芯片组的设计厂商很多，但在一连串收购之后（NVIDIA并ULi，AMD并ATI），现在芯片组厂商主要有三大厂：Intel、AMD/ATI和 NVIDIA，国产之光VIA和SIS其实也很不错（尤其是SIS），只是近几年很少有板卡厂愿意生产VIA和SIS芯片组的主机板，因此曝光度大减，蛮可惜的。而三大厂中，Intel当然只支持Intel CPU；NVIDIA没有出CPU，所以两边都做，AMD是收购ATI的芯片组产品，目前还是两边都有，但未来可能不会支持Intel CPU（不过AMD说的很含糊，搞不好还是会有，但也要看Intel愿不愿意授权）。由于Intel芯片组占有率实在太高，其他厂商为了和Intel竞争，通常花样会比较有趣，也不会像Intel南北桥设计那么中规中矩，而且ATI和 NVIDIA都是显示芯片起家，他们的芯片组产品也特别强调显示卡的特殊应用，比如CrossFire和SLI的显示卡串连技术。另一方面，AMD在K8 结构之后，CPU内建存贮器控制器，等于把一大部分北桥的功能挖掉，这就让芯片组设计的玩法更具变化性了。

NVIDIA：

以NVIDIA来说，他们就很喜欢把前一代AMD平台的北桥，弄成下一代Intel平台的南桥。由于AMD平台的北桥没有存贮器控制器，少了一大块就容易做成单芯片产品，把PCI-Express、HyperTransport和其他周边功能全整合在一颗北桥芯片内。而换到Intel平台时，因为要做存贮器控制器，所以一定要有一颗新的北桥，但这时AMD的平台的北桥就可以变成Intel平台的南桥，不会有存贮器控制器重覆的问题，而且会变功能超强的南桥，因为南北桥都有大量的PCI-E Lanes。NVIDIA就靠这个达成双PCI-E x16 SLI串连技术，而且不会因为芯片组的世代交替而浪费掉旧产品，比如AMD平台的nForce 570 SLI就是用MCP55单芯片北桥，而同一颗北桥就变成nForce 680i的南桥，甚至用到NVIDIA即将出的下一代Intel平台芯片组。正好AMD接北桥是用HyperTransport，而NVIDIA南北桥互连也是HyperTransport，接来接去都刚刚好。

NVIDIA nForce 680i SLI芯片组的南桥是MCP55，也就是AMD平台nForce 570 SLI的单芯片北桥，这让nForce 680i的南北桥都有PCI-E x16，插的两张显示卡都能有PCI-E x16的全速，相较于一般SLI（双PCI-E x8）会快一点。可是因为两张显示卡分别位于南北桥，所以串连效能会卡在南北桥之间的通道上，NVIDIA下一代的北桥就直接支持PCI-E x32 Lanes，双PCI-E x16都在北桥上，想必可以避开瓶颈，增加效能。

ATI：

如果说NVIDIA把高速的PCI-E x16移到南桥去算特例的话，那ATI的RS690G也算很特别的设计了。RS690G是内建显示芯片的产品，正好现在蓝光、HDMI吵的很热， RS690G想内建HDMI输出带起话题，但HDMI的优势是同时输出视讯和音讯，而音讯功能「传统上」是放在南桥，如果北桥的显示芯片想做HDMI输出，音讯资料就得经过北桥到南桥，然后再接回北桥统一HDMI输出，有点大绕远路，所以RS690G就直接把音讯改到北桥，节省路径，统一输出。

AMD 690芯片组的结构，为了让北桥的内建显示芯片能直接输出HDMI的视讯加音讯，音讯（Audio）功能从南桥移到北桥。

除了Intel维持比较传统的南北桥分界，其他两家都开始玩一些创意，像是三卡SLI串连、四卡CrossFire串连、插上显示卡时不关闭内建显示、内建显示辅助运算等等。大家对南北桥的定义也不必那么严格，毕竟创意无限，而且随着时代进步，很多高速周边都会变慢速周边，很久以前，慢到死的PCI介面就是放在北桥的。因为太多高阶技术讲不完，所以这里没办法仔细介绍每一家的芯片组产品，大家不妨到他们的官方网站上瞧瞧，但他们通常不会写出南北桥的代号或结构图，这种细部资料得去黑客的网站上请人偷出这些资料，呵呵！

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