▷什么是主板及其工作原理

今天，我们不得不谈论计算机的主板。 毫无疑问， 主板是创建计算机的基本元素，其余的组件（例如CPU或RAM）将安装在其上，以便计算机能够启动和运行。 因此，让我们详细了解什么是主板及其工作方式。

内容索引

什么是主板？

毫无疑问，主板是计算机最重要的部分。 这将决定我们团队内部组件的架构。 每个母板将被设计为容纳某些组件或某些类型的组件族，并且还将支持那些组件具有的某些速度和容量。

属于计算机的所有或几乎所有组件都将连接到主板，它还将负责在这些组件（ CPU，RAM，图形卡 ）与其上安装的外围设备（鼠标，键盘，屏幕等）

它的物理方面是某些尺寸的电子电路，其中安装了一系列元素，例如芯片，电容器，组件连接器和电线，它们共同构成了计算机的结构。

它们几乎都必须安装四个基本组件 ：

• 电源中央处理器RAM存储器存储单元

主板由不同的物理格式组成，这些物理格式决定了这些物理尺寸。

主板格式

我们在市场上可以找到以下格式：

E-ATX

这是我们市场上最大的外形。 其尺寸为305 x 330毫米 。 这些主板通常在扩展卡上有很多孔，并且在SLI或Crossfire中安装图形卡方面有很多可能性。

此外，我们最多将有8个插槽可用于安装RAM内存

ATX

自1995年以来，由于英特尔的实施，这些主板就已经投放市场。 它们也是我们能找到的最常见的。 它的尺寸为305 x 244毫米，尽管有些尺寸略有不同。 当然，用于将其放置在机箱中的孔必须准确地位于标准位置。

这种类型的主板几乎用于所有类型的系统，办公室，游戏等。 这是由于其广泛的扩展可能性。 通常，我们有7个扩展插槽和4个插槽用于安装RAM存储器。

微型ATX

具有这种格式的主板尺寸为244 x 244 mm ，因此比以前的主板小得多，约为25％。 这些板的尺寸较小，专门针对不需要那么多扩展插槽并且占用较小机箱的办公室工作团队。

在其扩展可能性中，它最多具有5个扩展槽 ，尽管正常情况下为3个，并且最多可容纳4个RAM存储器 。 由于螺钉的位置将与ATX板不同，因此此类板将需要与其固定装置兼容的机架。

迷你ITX

这是家用计算机可用的最小平板格式。 它的尺寸为170 x 170 mm 。 为了固定，它由四个孔组成，这些孔与为ATX板安装的孔重合。

在这些板上，我们可以找到一个用于图形卡的扩展插槽和两个用于RAM内存的插槽。

还有其他类似XL-ATX的形式，但在中低档范围内通常看不到它们。 仅在高级范围内

主板的物理组件

这将是本文中最广泛的部分，因为主板上有许多值得命名的组件。 让我们开始吧。

芯片组

芯片组或“芯片组”是一组集成电路，旨在在处理器与主板上安装的其他组件之间建立通信 。 这些元素可以是RAM内存，硬盘驱动器，扩展槽以及输入和输出端口。

随着母板技术的发展，这些芯片通常由单个中央芯片组成 。 此外，这些芯片是专门为一组处理器或某个品牌以及某些RAM存储器模块设计的。 因此，有必要在从市场上购买主板时，也必须为其购买兼容的处理器和RAM模块。

旧主板

该芯片组可以由两个芯片集成，也称为北桥或北布里格德和南桥或南桥 。 这些芯片中的每一个都负责执行某些任务：

北桥：该芯片直接连接到处理器总线，并与它和RAM存储器直接通信。 该总线也称为前端总线 （FSB），它对计算机的速度和性能起决定性作用。 除此之外，它还负责与PCI-Express端口的通信，因为这些端口支持最快的组件，例如主板或新的M.2和PCI-E固态存储单元。

南桥：该芯片通过直接媒体接口或（DMI）总线直接连接到北桥。 该芯片负责输入和输出设备的通信，并将它们与北桥连接。 例如， SATA硬盘驱动器，USB，火线，网卡，音频等。

现代主板

当前，随着多核处理器（如英特尔酷睿和AMD FX）的出现，该芯片组已显着减少为单芯片 ，从而消失了南桥。

这是因为新处理器在其中集成了内存控制器，因此它们直接连接到RAM内存总线。 假设FSB桥集成在处理器内，负责其他设备的总线称为Plataform Controller Hub（PCH），代替了DMI总线。

芯片组类型

有大量的芯片组型号。 随着处理器的每次发展，这些芯片也不断发展。 就像所有内容一样，有低端 ，低速或低速组件管理， 中端和高端 ，可提供最高速度并支持各种图形卡和市场上最快的RAM。

根据处理器制造商的介绍，我们可以找到为AMD处理器 设计的芯片组和为英特尔处理器设计的芯片组 。

有关这两种技术的最新标记芯片组模型及其比较的更多信息，请访问以下文章：

微处理器插座

除非如此，否则必须在主板上安装微处理器，为此，必须使用带有物理连接器的插座才能与主板进行通讯。 插座有两种类型：

• PGA（PID网格阵列）：此插座中有一个带孔的面板，用于将微处理器插入内部，该面板将具有用于插入的接触针。 LGA（Land Grid Array）：该插槽具有镀金触点矩阵，可在母板和处理器芯片之间形成接触，该芯片只有一个带有接触点的平坦表面。

插入技术称为ZIF （零插入力），如果在此过程中需要施加力，则芯片不能完美地插入插槽中。

与处理器一样，您可以使用多种类型的插槽进行安装。 这意味着在购买某种架构的主板时，有必要购买与其兼容的处理器。

此外，每个主板都是为处理器制造商设计的，因此插槽和芯片组都必须与所讨论的品牌兼容。

要了解有关处理器如何工作的更多信息，我们推荐以下文章：

• 什么是处理器，它如何工作？

RAM内存插槽

这些连接器或总线负责容纳将要安装在设备中的RAM存储器模块。 通常，主板有4个插槽，高端主板有8个插槽。

通常将这些插槽设计为与双通道技术甚至四通道技术一起使用。 与处理器一样，每个主板都将支持某种架构的RAM。

尽管这些主板均属于DDR标准，但它们当前具有不同类型的RAM插槽。 我们将拥有： DDR，DDR2，DDR3和DDR4

要了解有关RAM如何工作的更多信息，建议您阅读以下文章：

• 什么是RAM，它如何工作？

VRM

稳压器模块的缩写。 它们是一组组件，可将到达母板的电流转换 为不同值和电流的电压，以便安装在母板上的其他组件使用它们。 该组件尽管不是特别引人注目，但对于组件正常运行和避免损坏至关重要。

要了解有关这些组件的更多信息，请访问我们的文章：

扩充槽

它们将是具有扩展安装在我们设备中的硬件功能的插槽。 您可以在其中安装图形卡，硬盘驱动器，网卡，声卡等。

这些插槽当前称为PCI-Express或PCI-E ，是传统PCI的替代品。 每个PCI-E扩展插槽在母板和已连接的卡之间承载1、2、4、8、16 或32个数据链路 。 我们将此链接数编码为前缀x，例如，x1表示单链接或单位链接，x16表示具有16个链接的卡（用于图形卡）。 这些链接中的每个链接的速度均为250 MB / s。

如果我们有32个链接，它们将提供最大带宽，即PCIE 1.1的每个方向为8 GB / s。 最常用的是PCI-E x16，它在每个方向上提供4GB / s（250MB / sx 16）的带宽。 单个链接的速度大约是普通PCI链接速度的两倍。 8个链接的带宽可媲美AGP总线的最快版本，后者是图形卡的旧插槽。

的BIOS

BIOS或基本输入输出系统是ROM，EPROM或Flash-RAM内存， 其中包含有关最低级别主板配置的信息 。

BIOS内还有一个名为CMOS的存储芯片，该程序将其存储在内部，它可以初始化主板的所有物理组件以启动计算机。 此外，它还负责检查它们是否存在错误或设备是否缺失，例如缺少RAM，CPU或硬盘驱动器。

BIOS内存由电池连续供电。 这样，关闭机器电源后，计算机中配置的数据和参数不会丢失。 无论如何，如果电池耗尽了或我们将其取出，BIOS信息将重置为默认值，但绝不会丢失。

声卡和网卡

它们是负责处理我们设备的多媒体声音和网络连接的芯片。 它的芯片位于主板的输出端口附近，由于它是主板上集成的许多此类设备的制造商，因此我们可以通过RealTek的独特之处在很多情况下对其进行识别。

SATA连接器

这是当今PC中用于连接机械硬盘和SSD的通信标准。 在SATA中，使用串行总线而不是并行总线来传输数据。 它比传统的IDE快得多，并且效率更高。 另外，它允许设备的热连接，并具有更小和更易管理的总线。

在主板上，我们最多可以有6个或10个这些端口来安装硬盘驱动器。 SATA 3中找到了当前标准，该标准允许高达600 MB / s的传输速度

要了解有关硬盘驱动器工作原理的更多信息，建议阅读以下文章：

• 什么是硬盘，它如何工作？

M.2连接器

几乎所有的主板都已经安装了该端口。 M.2是新的通信标准，旨在在中短期内替代SATA SSD驱动器的连接。 它同时使用SATA和NVMe通信协议。 M.2专用于存储单元的安装，因此我们避免占用PCI-E插槽。 该标准没有PCI-E的速度，但是比SATA高得多。

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电源接头

主板必须连接到电源，为此它具有不同类型的电源连接器。

ATX

传统的连接器为主板的大多数组件供电。 它由24条电缆或针脚组成 ，通常位于其右侧，靠近RAM插槽。

CPU功率

除了ATX2连接器之外，几乎所有新主板（至少是ATX）也具有专门为处理器供电的这种类型的连接器。 这些类型的电源有助于增加主板的电源，特别是在超频的处理器需要消耗更多功率的情况下。

我们可以找到4针CPU连接器（较旧），8针之一或4 + 6针之一。 它的功能实际上是相同的，并且全部使用12V电压。

外部连接器

这些连接器将位于主板的一侧，几乎总是位于左侧。 您将负责连接我们设置中的外围设备，例如打印机，鼠标，键盘，扬声器，存储单元等。 我们可以区分以下几种类型：

• PS / 2：有两个这种类型的端口，实际上已经不使用了。 它们具有6个引脚，用于连接键盘和鼠标。 几乎没有键盘具有这种类型的连接器，因此它们可以移动并由USB USB（通用串行总线 ）代替：它是全球使用最广泛的串行连接标准。 此连接器是即插即用的，因此我们可以连接较热的设备，以便操作系统立即识别它。 除了数据交换之外，它还可以使外围设备对齐，从而使其非常方便和通用。 该端口当前有四个版本，速度为12 Mb / s的USB 1.1，速度为480 Mb / s的USB 2.0，速度为4.8 Gb / s的USB 3.0和速度为10 Gb / s的USB 3.1 ： USB，但主要用于美国。 它们实际上具有与USB相同的功能，并且具有4个版本，最快的是具有3.2 Gb / s HDMI或DisplayPort的FireWire s3200 ：如果主板具有集成的图形卡，这些端口将存在。 它是一种数字多媒体通信标准，允许连接高清视频设备。 视频和音频信号都通过这些端口传输，因此特别有用。 目前，他们实际上已经完全取代了VGA DVI和VGA端口：用于连接HDMI之前的以太网屏幕的端口：用于Internet上RJ 45连接器的端口3.5“插孔：用于音频输入或输出设备的连接器

其他要素

• USB内部端口：主板底部提供连接器，用于扩展设备的USB端口。 机箱上可用的USB端口通常将被连接。 内部声音端口：与USB一样，该开发板具有内部端口，用于从机箱中布置的端口连接麦克风和扬声器。 时钟：为了同步所有内部组件，根据每个组件的需要，需要一系列以不同频率工作的时钟。 风扇连接器：这些是12V连接器，用于插入风扇，例如CPU或机箱风扇。 他们有4个针脚。 启动面板：它们是一系列电源连接器，用于连接机箱上的按钮，这些电源连接器用于启动和重置系统。 硬盘驱动器和电源LED也将连接。

操作主板

主板的操作非常复杂，这是因为主板上安装了大量的元件以及用于交换信息的总线数量。 我们可以用以下方式示意性地表示它：

在此方案中，我们可以区分出干预运行和管理的主要元素，并以计算机的启动过程为参考：

主板从硬盘驱动器加载操作系统之前应该做的第一件事是初始化组件。 BIOS中的程序负责以基本方式检查与其连接的所有设备：CPU，RAM和硬盘。 如果其中任何一个丢失，损坏或检测到其他异常，则主板将发出错误代码，该错误代码会转换为声音哔哔声，或者通过位于其上的LED面板中的代码来翻译。

验证阶段完成后，内部总线就会从存储单元中加载信息。 在这里，南桥（如果有）和北桥介入。

从硬盘驱动器，输入/输出设备和其他组件请求信息后，北桥负责将处理器与RAM连接。 这是通过前端总线或前端总线（FSB）完成的。 在实施双通道技术的情况下，它将包含64个线程或64 + 64。

无论如何，已经找到加载到内存中的操作系统数据来引导计算机。

同时，北桥会将图形信号发送到图形卡，该图形卡安装在由它直接管理的CPI-E x16插槽中。 或者，根据您的情况，它将与主板本身上安装的图形卡连接。 这是通过FSB总线完成的。

在任何情况下，计算机都将启动，处理数据交换将由连接到总线和芯片组的元件进行管理。

关于什么是主板的最终结论和期望

如果让我们清楚的是，以简化的方式解释计算机组件的操作变得越来越困难。 技术正以惊人的速度发展，其要素变得越来越复杂，功能越来越复杂。

按照我们的发展速度，很可能会在很短的时间内达到5 nm的壁垒，并且我们将看到，伟大的公司正在计划进一步发展。

就我们而言，如果我们选择性能也很好的中档组件，我们会对这些进步，越来越快，更复杂的设备以及持续的价格感到高兴。

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我们希望您能通过本文了解更多有关主板组件及其基本操作的信息。 如有任何疑问，澄清或错误，请随时告诉我们。