电脑硬件之主板基础知识科普（1）
本科普帖原创作者：知彼而知己 本站转载分享
电脑的所有硬件都要连接到主板上，如果主板不好，其他硬件再好也不能发挥应有的性能，今天科普一下主板的一些基础知识。
主板厂商会找CPU厂商购买芯片组(包括南桥芯片组、CMOS芯片组等)，CPU只有Intel和AMD这两家，两家的芯片组不同，所以AMD的CPU不能插到Intel芯片组的主板上。主板的型号名称，是根据芯片组的名称来命名的，今天只介绍Intel系列。
一、主板布线
电脑上的设备都会直接或间接的和CPU进行通信，但不能把所有设备都直接连接到CPU吧？因为这会对主板布线的设计带来难度，并且提高成本。
和CPU直连的有内存、高要求的PCIE插槽(显卡)、HDMI/DP视频输出接口（连接CPU核显），有些M.2接口也会和CPU直连；其他的设备(网卡接口、音频接口、SATA接口、M.2接口、USB接口、其他PCIE接口)不和CPU直连，这些设备通通连接到南桥芯片组，然后南桥芯片组通过PCIE总线(DMI总线)连接到CPU，所以在芯片组里面，最重要的就是南桥芯片组了。
我前面介绍固态硬盘时介绍了https://shangpinnotes.com/post/30.htmlPCIe总线，它的传输速度快，其中CPU和显卡、M.2接口都是通过PCIE总线直连的（有的M.2和南桥连接）。CPU和内存之间是通过内存总线。我画了一个布线示意图，可以参考下图。
二、主板芯片组
根据芯片组名称划分，按照高低端排列主要有X、Z、B、H四个系列。最近几年的常见的有：Z790、B760；Z690、B660、H610。目前主流的是B760/B660。如果只从功能上看，低端和高端的区别在哪呢？具体的区别可以详见下表：
对上述表格做一个简要的介绍。区别主要在于：提供的接口是否足够丰富（上图中的各种接口和插槽数量）？是否支持CPU超频/内存超频？直连CPU的PCIE通道有哪些？PCIE总线是3.0还是4.0抑或是5.0版本？芯片组扩展出的PCIE通道数量有多少？......
直连CPU的PCIE通道：Z790/Z690支持16条PCIE5.0通道(PCIE5.0×16)和4条PCIE4.0通道，16条的这个通道支持拆分成2个PCIE5.0×8；B760/B660支持的通道数一样，但不支持拆分。
拆分可以这么理解：假设某主板两个PCIE插槽都直连CPU，只安装一个显卡时，CPU分配给它的就是PCIE5.0×16；如果插双显卡，则各自分一个PCIE5.0×8，有双显卡需求的就要考虑这种具有拆分能力的芯片组了。（一个PCIE插槽+一个M.2插槽同理）
Z790/Z690/B760/B660都给了M.2接口4条PCIE4.0通道，H610则无。
DMI总线的带宽：Z790/Z690的DMI总线支持PCIE4.0×8；而B760/B660/H610的DMI总线仅支持PCIE4.0×4，所以Z790/Z690的带宽更大，扩展能力就更强。
芯片组的扩展能力：Z790最多支持20条PCIE4.0通道（和8条PCIE3.0通道）；Z690最多支持12条PCIE4.0通道（和16条PCIE3.0通道）；B760最多支持10条PCIE4.0通道（和4条PCIE3.0通道）；B660最多支持6条PCIE4.0通道（和8条PCIE3.0通道）。
上面只是说这些芯片组具备上述能力，但不代表主板制造商会把所有功能都提出出来，比如芯片组扩展能力都不错，可以提供好多个M.2接口，但是主板就给你提供一个。这样人为的区分高中低端。
在看主板的时候，需要根据自己的需求看一下这些接口是否够用，例如Z系列主板给的M.2插槽较多5个左右、B系列2个起步、H系列1-2个，选择主板时就要根据自己固态硬盘数量选择了。其他的还有PCIE插槽数量、内存插槽数量、有线网卡（千兆、万兆）、是否支持无线网卡；还要看一下PCIE总线，比如M.2接口走的是PCIE3.0通道，那么安装支持PCIE4.0的固态硬盘就浪费了；除此之外就是上表中剩余的参数了。
三、主板大小
功能越多的主板往往做的越大。按照大小分为EATX（主要用于服务器）、ATX、MATX、阉割的MATX、mini-ITX。
ATX、MATX是最常见的板型。因为高端芯片组接口多，一般用ATX（大板），中低端芯片组通常用于MATX（中板）。
mini-ITX是一种最小的版型（小板），高/中/低端芯片组都会用到，像这种紧凑式的设计，技术要求也比较高，这种主板用在迷你主机上。
四、主板供电
衡量主板性能最重要的一个参数就是「供电」。供电不好，其他一切都是白搭。
电源给主板供电，然后主板给各种设备供电，由于各类设备所需的电压都是不同的，所以主板起到了变压、稳流的作用。主板供电包括CPU核心供电、核显供电、IO供电、外围供电。由于CPU供电最为重要，我们介绍一下CPU的供电（其他类似）。
如下图所示，电源12V电压过来后→电感/电容→MOSFET→电感/电容→CPU，降压到1~1.5V左右，这就是一个BUCK电路。
由中学物理知识可知，在电路中，开关闭合/断开，电容可以充放电，电感产生自感电动势，在它们充放电的过程中可以给下游设备供电，通过控制充放电的时间进而控制电压，起到升降压的作用。所以，Buck电路中，「电感」用来储能续流，「电容」用来滤波稳压，它们的品质直接影响了电路的供电性能。那么开关是什么？
「MOSFET」是一个半导体，分为上桥MOS和下桥MOS，这两个晶体管都可以闭合、断开(即开关)，上桥闭合时限流，下桥闭合时限压，上下桥轮流休息。「PWM」控制它们导通的顺序和频率（通过MOS驱动），从而起到降压的作用。控制开关好理解，为什么还能降压呢？根据公式：输出电压Vout=输入电压Vin × D，其中D是PWM的占空比，D就是上图中的这个波形图峰值的时间与总时间的比值（即导通的时间÷总时间）。D<1，所以电压就降下来了。
最后再经过电感电容进行稳压稳流、滤波，就得到了一个比较稳定平滑的输出电压Vcore送给CPU，这就是一相供电。看下图，一相供电（以橘黄色为例）的话，波动会比较大，一会高一会低的，这哪受得了？而下图4相一起供电，输出的波形就会比较稳（浅绿色部分）。
此外，考虑到一相供电的承受力、散热等因素，通常一相供电不会做太大，都采用多相供电。比如一相供电输出30A电流，四相就可以达到120A。因此，主板是几相供电非常重要，不同的PWM控制器支持的相数也不同，一般可以首先在说明书中看一下PWM控制器支持的最大支持的供电相数（决定了供电的上限）。
理论介绍完了，下面结合具体的示例，解释一下：直出供电、并联供电、倍相供电，这几种情况下怎么数供电相数。一般都是a+b相供电，a指的是CPU核心供电，b指的是核显供电。
直出供电：
一般是MOS+1个电感。所以通常通过数电感的个数来判断供电相数。上下桥MOS通常有：1上1下、1上2下、2上2下。下图每一相：1个上桥+2个下桥+1个电感；右上方的两相，与其他4相不同，这两个是核显供电。所以它是4+2相供电。
有的主板把外围供电和CPU核心供电放到一起，IO供电放到CPU下面。看起来电感挺多，但下图只是6相CPU核心供电+1相核显供电。这种布局，华硕/微星等很多主板商都爱干这事
有的MOSFET采用了一体化的设计，上下桥都集成到了一起叫做DrMOS。如下图，12相CPU核心供电。
还有少数主板没有核显供电...
并联供电：
下图中看到，每一相CPU核心供电中，有2个电感，这就是并联供电。它其实只有4相CPU核心供电，这时数电感个数就不行了。每一相2个电感并不能增加供电能力，但可以分担压力提高相应速度，但是散热可能会大一些。中高端主板一般都会有散热片。并联供电在高中低端主板中都有应用，中低端用的较多。
倍相供电：
在PWM和MOSFET之间加了一个倍相器。相数可以翻倍的意思。一般用在高端主板上。倍相器一般在主板的背面，PWM传过来的信号分成两路，轮流导通，1相变2相。即，一般情况下1个倍相器+2个DrMOS+每个DrMOS连接1个电感。
下图为6*2相CPU核心供电+1相核显供电。红框内的两路，是轮流导通的，所以是真实的2相供电。和上文介绍的并联供电有所不同，并联的两路是同时工作，只是起到分担电压等作用，所以并联本质上还是1相供电。
假如倍相后是12相（6×2），则不如12相直出供电好，但直出供电成本也会更高。
供电相数多一定好吗？大致上是这样的，但也取决于上面提到的各种元器件的性能，如果每一相能提供的电流比较小，相数多也未必整体性能就一定好。
主板供电如果要看的准确，还得看PWM控制器的说明书，直接肉眼看主板上元器件的布局，有时候难以辨别。
