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主機板簡介:
主機板可說是電腦最重要的元件--你能想像把房子蓋在一塊凹凸不平之地基上會造成的後遺症嗎,是的,CPU、記憶體、晶片組和介面卡,都安插在主機板的插座和插槽上,主機板上密密麻麻的線路,它們負責各個元件之間的訊息傳輸,在主機板和磁碟機之間,則是透過排線來連接,並輸送資料。在主機板上,還有幾個主機背後所見的、連接螢幕與鍵盤等周邊的各種插座。就是透過這種方式,所有的周邊與零組件都與主機板連結,所以主機板有個英文名字叫做「Mother Board(母板)」,真可說是電腦的地基。

主機板性能指標 :

BIOS

BIOS是基本輸入輸出系統(Basic Input & Output System)的簡稱。儲存在ROM中的韌體,所謂的基本輸入輸出系統,就是正常啟動電腦所必須的條件。啟動電腦時,CPU首先要根據在主機板、顯示卡等設備上的BIOS資料來核對每個基礎設備是否正常,然後再進行下一步程序。通過改寫BIOS的內容,可以達到提升設備性能和兼容性的目的。因為BIOS非常重要,所以一旦BIOS出現錯誤,後果也是相當嚴重的。

一、BIOS的功能

BIOS具體有三個部分,第一個部分是用於電腦剛接通電源時對硬體部分的檢測,也叫做加電檢測(POST),功能是檢查電腦是否良好,例如記憶體有無故障等。第二個部分是初始化,包括建立中斷向量、設置寄存器、對一些外部設備進行初始化和檢測等,其中很重要的一部分是BIOS設置,主要是對硬體設置的一些參數,當電腦啟動時會讀取這些參數,並和實際硬體設置進行比較,如果不符合,會影響系統的啟動。

最後一個部分是引導程序,功能是引導DOS或其他作業系統。BIOS先從軟碟或硬碟的開始磁區讀取開機記錄,如果沒有找到,則會在顯示器上顯示沒有開機設備,如果找到開機記錄會把電腦的控制權轉給開機記錄,由開機記錄把作業系統載入電腦,在電腦啟動成功後,BIOS的這部分任務就完成了。

程序服務處理和硬體中斷處理這兩部分是兩個獨立的內容,但在使用上密切相關。程序服務處理程序主要是為應用程式和作業系統服務,這些服務主要與輸入輸出設備有關,例如讀磁碟、檔案輸出到印表機等。為了完成這些作業,BIOS必須直接與電腦的I/O設備溝通,它通過介面發出命令,向各種外部設備傳送數據以及從它們那兒接收數據,使程式能夠脫離具體的硬體操作,而硬體中斷處理則分別處理電腦硬體的需求,因此這兩部分分別為軟體和硬體服務,組合到一起,使電腦系統正常運行。  

BIOS的服務功能是通過調用中斷服務程序來實現的,這些服務分為很多組,每組有一個專門的中斷。每一組又根據具體功能細分為不同的服務號。應用程序需要使用哪些設定、進行什麼作業只需要在程序中用相應的指令說明即可,無需直接控制。

由於BIOS直接和系統硬體資源溝通,因此總是針對某一類型的硬體系統,而各種硬體系統又各有不同,所以存在各種不同種類的BIOS,隨著硬體技術的發展,同一種BIOS也先後出現了不同的版本,新版本的BIOS比起老版本來說,功能更強。

IRQ (Interrupt ReQuest中斷要求的一種)

在電腦運行中,CPU 是持續處於忙碌狀態,而當硬體周邊設備開始或結束收發資料,需要 CPU 處理資料運算時,便會透過主機板的 IRQ 對 CPU 送出中斷要求訊號,讓 CPU 儲存正在進行的工作,然後暫停手邊的工作,先行處理周邊硬體提出的需求,這便是中斷要求的作用。

在每片主機板中會有晶片來提供硬體 IRQ,之中大多的 IRQ 都有固定的編排。像鍵盤滑鼠都會佔用IRQ,主機板的附加晶片愈多,剩下的IRQ愈少,有些介面卡會用到同一個IRQ(網路卡,音效卡常有此情形),所以可能會發生兩個設備共佔同一個 IRQ 的現象,此時也就會出現衝突問題,造成該設備無法使用。

晶片組

晶片組是主機板上另一項重要的元件。早期的主機板是利用許多電容、電阻以及線路來設計,近年來由於半導體發展突飛猛進,現在只要一兩顆小晶片就可以達到原本的功能。晶片在製造時就固定在主機板上,而晶片組種類的不同,也會影響到主機板的效能。晶片組控制CPU、記憶體、匯流排、IDE裝置的輸出輸入,決定主機板的周邊零件的擴充和相容性,目前晶片組大多有兩顆晶片(叫做晶片"組"的原因),稱作北橋晶片和南橋晶片,北橋晶片主要負責與CPU、記憶體溝通,南橋晶片負責IDE傳輸、I/O裝置、ISA插槽與PCI介面的訊號控制。簡單來說,晶片組主要的功能是協調主機板各項元件的工作,如CPU和各項裝置之間的溝通、匯流排的資料傳輸,以及各項控制訊號等,選擇比較新的晶片,主機板所支援的功能也就比較多喔!

USB

USB的英文縮寫是UniversalSerialBus,翻譯成中文就是「通用串列匯流排」,是一種新式的串接傳輸介面。藉由統一標準化的 USB 接頭插座,可以讓使用者輕易的將任何 USB 周邊裝置安裝脫離(熱插拔) 於 127 個任一插座上,目前較為普遍的USB規範是USB1.1,USB1.1標準介面傳輸速率為12Mbps,理論上可以支援127個裝置,通過USB HUB即USB擴充器連接多個周邊設備,連接纜線的最大長度為5米,USB2.0規範是由USB1.1規範演變而來的,它最初的目標是將USB1.1的傳輸數率(12mbps)提高10-20倍,而實際上卻提高了40倍達到了480mbps,大約為60MB/S。USB2.0相對於USB1.1可以互相兼容。

磁碟機介面 (IDE & ATA)

IDE (Integrated Drive Electronics整合電子式驅動介面)

屬於系統級的介面,功能是用於整合在硬碟上,IDE介面只負責聯繫CPU與硬碟。IDE介面的數據傳輸位元為 8 與 16 位元,早期定義的工作頻率為 8 MHz,使用40 針的排線,最多可同時連接兩顆硬碟。此外,使用 IDE 介面的硬碟,主要工作是由CPU來掌控,IDE介面本身並無處理資料的能力。而這種介面的控制晶片都是做在週邊設備上。不過,由於IDE有許多缺點,包括支援硬碟容量太小(最大528MB)、CPU資源佔用率過高,後來便發展出 Enhanced IDE,簡稱 E-IDE,也有人叫它做加強型 IDE 介面。

E-IDE (Enhanced IDE強型 IDE 介面)

E-IDE (Enhanced IDE)有許多優點,包括支援 2.5 英吋的硬碟(筆記型電腦用的硬碟),突破了傳統 IDE 介面最大 528MB 的容量限制,並且可利用 LBA 的定址模式支援最高容量可達 8.4GB 的硬碟。可利用兩條排線,連接共四顆的硬碟。在傳輸規格的部份,則增加了新一代的介面傳輸規格,例如 PIO Mode 4 及 Multiword DMA Mode。

ATA (AT Attachment)

ATA 傳輸介面,全名是 AT Attachment 介面,或是我們現在常說的IDE介面。這是磁碟機或光碟機的介面規格。「AT」指的就是IBM PC/AT 的匯流排結構。我們常會將 IDE 稱之為 ATA 介面,其實 IDE 跟ATA 是有些許的不同,IDE 指的是硬碟驅動的技術規格,而 ATA 則是指硬碟與電腦連接的介面規格。

在1996年,Quantum 提出所謂的 Ultra ATA 規格(也有人稱為 Ultra ATA/33、Ultra DMA33),透過雙緣觸發的時脈模式(Double-edge clocking),讓原本在每一個工作時脈的觸動狀態下,從一次增加到兩次,一舉把 IDE 介面的速度從 16MB/Sec 提升到 33MB/Sec。另外,Ultra ATA還加入了週期性重複查核(Cyclical Redundancy Check )的功能,藉以強化資料傳輸的正確性與完整性。

隨後在 1998 年所制訂的 Ultra ATA/66,也是大致延續 Ultra ATA 的規格,不同之處在於採用特殊的80條導線的排線,較之前多出了40條導線。這多出來的 40 條線路是用來接地之用,以降低串音的干擾,如此便可大幅地增加資料傳輸的正確性。而在資料傳輸位元方面,最高傳輸速率也提升到 66MB/Sec。 至於目前最新的 Ultra ATA/100的規格,又可說是Ultra ATA/66的加強版本,依照原本的Ultra ATA/66為基礎,減短訊號發送的時脈,再配合 Ultra ATA/66 所使用的改良型排線與連接器來運作,將資料傳輸位元再度提升到100MB/Sec。

Ultra ATA/133是由Maxtor公司在2001年所提出,顧名思義,是將傳輸規格提升至133MB/sec,而其他軟硬體的部份,則沿用之前Ultra ATA/100的規格。ATA介面的規範,是由美國國家標準局(ANSI)來制定,包括ATA∼ATA-5等規範。IDE介面除了在介面規格提升之外,介面與系統之間的傳輸規格也不斷翻新,從原來採Int 13中斷方式的PIO Mode 0、1、2、3、4,到後來採用DMA通道,以記憶體直接存取模式的DMA Mode 0、1、2、3、4、5。傳輸速率不斷的倍增,目前已經達到了133MB/s。

匯流排

早期的電腦和現在可是不太一樣喔!最早的電腦體積龐大,而且都是由繼電器和變壓器所組成,隨著技術不斷改進,逐漸發展到印刷電路板的技術。目前的主機板都是使用印刷電路板,而仔細觀察主機板,上面是由密密麻麻的銅線所組成。電腦中大量的資料傳輸,靠的就是這些複雜的線路。這些負責資料傳輸的線路叫做「匯流排」,從主機板外接到硬碟等其他組件來傳輸資料的線路,則稱為排線,這兩個東西,英文都可稱為「Bus」。為什麼主機板需要這麼多的匯流排?簡單地說,一條線路一次傳輸的資料量是一位元,如果電腦是三十二位元,表示它每次可同時傳出三十二位元的資料,也就是說,在主機板上的CPU、晶片組和記憶體等重要元件,都需要配備三十二條線路。如果電腦是六十四位元,線路自然也隨之增加。這就是六十四位元電腦運作速度比三十二位元快的緣故。除了CPU工作的速度加快之外,傳輸資料的路線多了,輸送量也就倍增了。目前市面上可見的匯流排種類有 ISA、 PCI 、AGP、PCI-X、USB、磁碟機介面等。

ISA(Industry Standard Architecture bus工業標準建構匯流排)

這種匯流排本來是8-bit建構,一九八一年跟著第一台IBM PC引進,在一九八四年擴建為16-bit,在今天看來是有些陳舊,但是, 仍然在廣泛的應用,因為可靠性高,相容性大,成本低廉。

PCI(Peripheral Component Interconnect bus週邊元件內連接匯流排)

這是一九九三年重新設計過的一個傳統匯流排,是在中央股理器與本地輸入輸出匯流排之間接了一個區域匯流排,成了Pentium 晶片系列最好的選擇。成為今天的PC配備標準,展現了相當令人滿意的結果,所以成了最受歡迎的匯流排。

AGP(Accelerated Graphics Port 圖形加速埠)

由 Intel 所主導的 3D 圖形標準.此標準乃是以 PCI 的標準為基礎所發展之高效能界面.在記憶體與顯示卡之間建立一組通道. 使顯示卡晶片可以直接讀取記憶體中的資料,為何要推出 AGP.難道 PCI 的效率不足以擔任 3D 的傳輸? 因為在 3D 圖形 有一個很重要的功能是貼圖 (TEXTURE MAPPING). 經過貼圖後畫面的紋路會變成非常漂亮.但此貼圖需要非常大的傳輸效率.但是PCI的傳輸效率已有不足之情形.所以才發展出 AGP. 以應付大量資料從Memory (記憶體) 到 AGP 之間傳輸.

PCI-X


PCI-X V1.0版本是由康柏、IBM、HP等頂級服務器廠商組成的PCISIG(PCI特別興趣小組)在1999年正式發表的。這一結構不僅可以看成是對現有PCI最好的繼承和發展,同時也算得上是PCI結構的終極殺手。

PCI標準是由PCISIG於1992年開發的,已經有超過8年的歷史。 PCI-X是在增加了電源管理功能和熱插拔技術的PCI V2.2版本的基礎上,將PCI的總資料傳輸速度增至1.066GB/s。同時它還採用了分離實務即多任務的設計,允許一個正在向某個目標設備請求數據的設備,在目標設備未準備好之前處理其他任何事情;而在目前的PCI架構中,設備在完成一次請求之前不能理會任何事情,此時的傳輸時鐘週期都被白白浪費掉了。PCI-X允許把沒有準備好發送數據的設備從線路上移走,這樣資料傳輸可以被其他事務使用,使資料傳輸的利用率大幅上升。所以,在相同的頻率下,PCI-X將能提供比PCI高14%∼35%的性能。 PCI-X還採用了與IA-64相同的128Bit標準尺寸數據資料設計,使通過資料傳輸的數據大小相同,這樣就提供了更多的流水線機制,改善了處理器的管理。

PCI-X目前分為66MHz、100MHz和133MHz三個版本。工作於66MHz的PCI-X控制器將能連接最多4個PCI-X設備,當然,如果增加PCI-X至PCI-X的橋接晶片,那麼可以支持更多的設備。66MHz PCI-X擁有533MB/s的頻寬。

100MHz PCI-X的設備均工作於100MHz下,此時PCI-X總頻寬只能管理最多兩個PCI-X設備,在64bit位元和100MHz頻率下,擁有800MB/s的頻寬。

最豪華的133MHz PCI-X 工作於133MHz,將能提供驚人的1066MB/s頻寬。當然,此時僅能支援1個PCI-X設備工作。對於對頻寬需求很大的設備,如光纖介面、1G乙太網路介面等來說,PCI-X 133MHz則能提供更多優勢。PCI-X的頻率將不再像PCI那樣是固定的,而是可隨設備的變化而變化,如果某一設備工作於66MHz,那麼它將工作於66MHz;而如果設備支援100MHz,那麼PCI-X就將於100MHz下工作。在主機板外頻提高的同時,PCI-X通過增加指令數來解釋和管理由主機板外頻提升所引發的奇偶錯誤,如果作業系統和PCI-X驅動程式都支持奇偶錯誤管理,那麼問題可能會在產生更嚴重的後果之前被解決,而此前的PCI就只有重新啟動了。

可以說PCI-X使PCI資料傳輸結構達到了一個前所未有的境界,同時也再度激發了PCI的生命力。當然,PCI-X並非盡善盡美,它仍然延續了共享資料傳輸的設計理念,並沒有徹底消除I/O的瓶頸,與RISC體系的交換式資料傳輸結構相比,就像集線器對交換機,這也是IA服務器與RISC體系伺服器的性能差距所在。要徹底改變這種狀況恐怕不是PCI-X所能夠解決的,仍處於計劃中的NGIO和Future I/O也許會是希望所在。




主機採購指南:

選購主機板前可得先決定用那一種CPU(每一種CPU的腳位和電壓都不同),再來要決定用那一種晶片組,晶片組與 CPU的相容性關係到電腦的穩定性和效能,接著參考主機板的附加功能,例如顯示晶片、音效晶片、網路晶片、USB版本及外接數,最後作使用情形考量,記憶體插槽夠不夠用、匯流排插槽夠不夠用、是否需要第二組磁碟機介面(IDE RAID)等等。

由於晶片量產技術成熟後成本大幅下降,主機板上附加的功能愈來愈多,我們稱為多合一主機板(ALL IN ONE),這類型的主機板雖然便宜,但效能較低,尤其是顯示晶片在主機板上大多沒有額外的記憶體,所以當您搭配了256MB的記憶體,卻只有 248MB可以使用,有時會造成系統問題。此外,主機板有固定的 IRQ控制數目,多合一的主機板更是少的可憐,容易造成您無法擴充其它硬體設備。

主機板上的零件並不是焊上去就好了,每一個零件位置、電路走向、穩壓電容是否足夠....等等,都是需要精密設計規劃的,其次品檢及保固也非常重要,所以買知名廠牌的主機板會比較安心。