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電腦主板工作原理詳細圖 電腦主板工作原理圖

小知識

【電腦主板工作原理詳細圖 電腦主板工作原理圖】


文章插圖
電腦主板工作原理詳細圖 電腦主板工作原理圖

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我們的主板上有兩個很重要的芯片，分別叫北橋芯片組、南橋芯片組，它們的作用是什么呢？要知道早期的制造工藝相對粗糙，晶體管的數量相對偏少，因此曾經的處理器集成度較低，必須要由主板芯片組來承擔大量功能，芯片組分為南橋芯片組和北橋芯片組兩部分，其中的北橋負責CPU與內存的數據交換、圖形處理、CPU與PCIE數據交換，南橋則負責系統的輸入輸出功能 。
所以北橋芯片還有個名字叫“圖形與內存控制器”，南橋叫“輸入/輸出控制器” 。北橋芯片組因為與CPU聯系密切所以它在主板靠近CPU的位置，而南橋芯片則在遠離CPU的位置，所以我們是很好分辨北橋南橋的 。
現在的CPU制造工藝越來越先進，集成度越來越高，內存控制器已被集成到CPU里，就連顯卡也被收進CPU了（就是我們所說的核顯），而PCIE控制器收歸南橋管理了，因此北橋芯片組的功能被瓜分了，所以現在的Intel芯片組把北橋取消掉只剩南橋了，而AMD也只有早期的主板還保留著北橋和南橋 。
因為北橋已經沒有了所以我們所講的芯片組就指的是南橋芯片組，南橋芯片組的功能是什么？它在整個電腦中起到什么作用呢？給大家詳解一下吧 。
講之前先說下PCIE，PCIE是一種高速傳輸總線，它即是接口也是通道，既然這么快為什么不讓所有的設備都使用這個接口或是總線呢？按理說這樣電腦所有的設備能更快才對吧！
其實理論確實是這樣，其主要問題還是受制于成本和市場，PCIE作為一種超高速串行總線為了達到飛快的速度因此他的頻率設置的非常的高，而高頻的總線對線路設計的要求是非常非常高的，所以PCIE總線對于主板的布線來說是一個非常大的考驗！為了能裝下這種高速總線不得不把主板做成多層用來解決高頻總線帶來的各種需要 。比如X570為了能支持PCIE4.0華碩的主板起步都6層了！而且主板的的用料也比之前的X470提高了一大截，這也解釋了為什么X570的主板比X470要貴出很多的原因了 。
PCIE是直接連接在CPU的PCIE控制器上，所以才能保證它的延遲非常非常的低、速度非常非常的快 。只是PCIE控制器能提供的PCIE通道的數量是有限度的，CPU同樣也要考慮電路的設計成本，而我們電腦上有這么多的設備都要去走PCIE通道去連接CPU，這對主板的布線來說簡直是一個地獄級的挑戰！但是CPU也沒有必要實時的去和所有的外圍設備通信，這時候呢就需要有一個可能代替CPU與設備通信的角色，這個角色就是南橋芯片組 。
南橋芯片組一般位于主板的右下角，一般來說用AMD的芯片組的主板會給南橋芯片組加裝一個風扇用于散熱，所以我們要找到它是很容易的 。而Intel的芯片組發熱相對較低通常不需要配備風扇而是在上面放置一塊鋁質散熱鰭片用來幫助散熱 。
（Z390主板南橋芯片的位置）
南橋芯片組和CPU一樣是一塊硅芯片，它的作用就是幫助CPU與外圍設備進行交互的，具體怎么做呢？在電腦里所有設備中內存對于速度要求是非常高的，所以內存是直接跟CPU對接的，同樣對速度要求高的還有PCIE也是直接跟CPU對接 。其它的設備比如聲卡、網卡、固態硬盤、機械硬盤、USB等等這種對實時通訊要求不是很高的設備就全部接入南橋芯片組，南橋收集好了數據后再傳輸給CPU處理 。這就是南橋芯片組的工作原理 。
附一張Intel官網提供的Z390芯片組的結構圖，因為是英文的我就給注釋了一下，如果想看其它的大家可以去官網下載 。
看了結構圖大家有沒有發現一個問題，直連CPU的PCIE3.0通道一共有16條，插法分別是X16/X8+X8/X8+X4+X4，目前的顯卡基本都是PCIE X16的，一個顯卡就把直連CPU的16條通道全占滿了，這時候如果再插一個M.2 PCIE X4的固態的話它跟顯卡會不會搶帶寬呢？我可以肯定是告訴大家M.2和顯卡使用的PCIE通道不是共享的，因為M.2用的PCIE通道不是直連CPU的，M.2用的是來自南橋芯片組的24條非直連的PCIE3.0通道 。所以顯卡和M.2一個是用的CPU的PCIE一個是用的南橋的PCIE是一點也不沖突的 。
回到Intel的結構圖上，在CPU與南橋之間是通過DMI3.0總線來連接的，這個總線其實就是PCIE3.0X4，而在AMD是結構圖上就直接標上PCIE了，也就是說CPU和南橋之間的數據帶寬上限就是PCIE3.0X4（4Gb/S），這也就解釋了為什么市場上的固態硬盤包括M.2接口的基本用的是PCIE3.0X4的總線了，因為M.2是用的南橋的PCIE通道所以它的速度是不可能超過CPU和南橋之間的帶寬的 。也就是說所有連接到南橋的設備其速度都無法超過4GB/S，所以當前最快的民用M.2固態硬盤970PRO順序讀寫也只能卡在3.6GB/S左右，無法突破4GB/S 。
（AMD主板結構圖）
有的人可能會有疑問，在Intel的架構圖上明明可以清楚看到南橋芯片有24條非直連的PCIE3.0通道，為什么CPU與南橋之間只開放PCIE3.0X4這么小的通道呢？這是因為連接到南橋的所有設備一般來說很難做到全部同時工作，多數情況下只有一兩個設備在傳輸，即便好幾個設備同時從南橋往CPU傳輸數據這幾個設備也不可能同時都是滿載狀態 。雖然只有PCIE3.0X4的速度，但是南橋上的設備同時滿載的時候是非常少的，以目前的情況來看是完全夠用了 。
講了這么多相信大家對南橋芯片組在電腦中起到什么作用已經明白了吧 。