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17 Aug 2021

个人电脑主板之调研

How to Choose a Motherboard

Gaming 》 Tips&Mods 》 Building Guides 。

先看看Intel的这篇介绍文章。

主板用于将内部设备(内存,GPU)以及外围设备连接至CPU,并提供电力分配。

如果CPU不是焊在主板上的,那么最重要的部分当然是CPU插槽。不同的CPU会定义自己所需的插槽。

其次是芯片组(Chipset),可以看作CPU的行政助理,必须和CPU的型号良好搭配。

CPU有直接到内存的控制器,以及到某些PCIe的通道。此外的其他设备,需要在芯片组做集中处理。高级的芯片组可以支持更多样更高规格的外围设备。

Intel的芯片组系列:

  • Z系列
    • 对K类CPU提供超频支持
    • 最多24个PCIe通道
    • 最多6个USB 3.1 Gen 2端口
  • H系列
    • 无超频支持
    • 最多20个PCIe通道
    • 最多4个USB 3.1 Gen 2端口
  • B系列
    • 无超频支持
    • 最多20个PCIe通道
    • 只支持到USB 3.0端口

扩展槽位PCIe (Peripheral Component Interconnect Express)可以直通CPU,或者通过芯片组间接连通CPU。可用于显卡、固态存储、网卡、RAID控制器等等。

每个PCIe链接可以有几种不同数目的数据通道:x1, x4, x8或x16。目前的规范,PCIe x1在每个时钟周期可以传送1比特数据。未来没时钟周期的传输数目可能会翻倍。

每代PCIe的传输速率基本都是上代的双倍。比如PCIe 2.0 x 16提供双向16 GB/s,而PCIe 3.0 X 16则提供32 GB/s。PCIe3.0x4经常用于SSD,能提供8GB/S。而PCIe3.0x16经常用于显卡。

PCIe的另一个好处是x4的能插入x16的槽中。

M.2则是一种CFF(Compact Form Factor)可以用来接纳16到110mm的设备,包括NVMe(non-volatile memory express)的SSD,傲腾内存,Wi-Fi芯片,以及其他设备。M.2是一种接口形式,它们可以使用PCIe低延迟数据通道,或者旧的SATA总线。M.2一般是固定在主板上,而不是通过线缆连接。

U.2连接器则是一个其他类型的接口,用于连接2.5英寸的SSD。U.2通常出现在数据中心以及服务器中,消费者市场中不常见。U.2和M.2比起来,支持热拔插,还有提供更多供电配置。

SATA是2.5英寸或者3.5英寸硬盘时代的总线形式。虽然比PCIe慢,但是SATA 3.0也能提供6Gbit/s的速度。更新的SATAe (SATA express,非eSATA)用到了两个PCIe通道,因而能提供16Gbit/s的数据。

对于RAM,通常全尺寸主板(ATX form factor)有4个插槽;类型受限的主板(比如mITX)有两个。有些比如HEDT主板,用于支持Core X系列处理器可以有八个插槽。服务器和工作站通常也有不少于4个插槽。

两个插槽可以构成双通道,前提是DIMM(dual in-line memory modules)RAM的频率匹配。

常见主板尺寸(Form Factor)包括ATX,MICRO-ATX以及MINI-ITX:

  • ATX(12"x9.6”),通常由7个扩展槽,间距0.7”,以及四个DIMM槽。
  • ExtendedATX或eATX(12"x13”)
  • Micro ATX(9.6"X9.6”),具有两个全尺寸扩展槽,以及4个DIMM槽。
  • Mini-ITX(6.7"x6.7”),通常由一个全尺寸扩展槽,以及2个DIMM槽。孔位于ATX兼容。

主板上的firmware有BIOS(Basic Input/Output)或者更现代的UEFI(Unified Extensible Firmware Interface)。UEFI支持BIOS中的老特性。用户可以在UEFI中切换到旧有模式(CSM,Compatibility Support Module)。

主板上还有一些其他插槽用于供电,通常有:

  • 24针供电连接器
  • 8或者4针 12VCPU供电连接器
  • PCIe供电连接器
  • SATAe/3连接器
  • M.2连接器

另外还有

  • 前面板接头,用于电源按钮、重置按钮、硬盘LED,电源LED,内置扬声器等特性
  • 前面板音频接口:用于耳机,音响等等
  • 风扇以及水泵接头,用于CPU,系统以及水冷
  • USB 2.0, 3.0以及3.1接头
  • S/PDIF(Sony/Philips Digital Interface) 数字音频接头
  • 3.5mm音频接头,输入和输出的可能有多个
  • RGB 色带接头

主板上还提供后面板的接头主要用于外围设备以及数据传输

  • USB端口
  • 雷电3端口
  • PS/2端口
  • HDMI(HDMI 2.1支持8K@30Hz)
  • DisplayPort(1.4支持8K 60Hz),在显卡上比在主板上更常见
  • DVI(Digital Video Interface),遗留端口
  • VGA(Video Graphics Array),遗留端口
  • RJ45局域网接口

主板上最大面积的应该是PBC(印刷电路板),可以有多层,比如10层。PCB上的金属轨迹(trace)是电路的组成部分。PCB板是通过化学蚀刻出来的,再覆以复合物防止氧化以及刮擦损害。

主板制造商们可能会提供其他附加功能

  • 提供超频选项来调整频率和电压。比如增强的VRM(Voltage Regulator Module)。
  • 提供额外的冷却解决方案。
  • 额外的软件支持
  • 先进的音频编解码,功放,电容
  • LED显示支持

其他

(暂完)

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