玩機社科普|第2期:超詳細!主板基礎知識科普(完整版)

2021-02-23 JRS玩機社

之前我們撰寫了系列的科普文章——虎撲數碼WIKI系列,用通俗易懂的語言向大家科普電腦硬體和數碼產品的基礎知識,方便小白入門。這一系列文章得到了大家的歡迎,但是成文時間距離現在已經過去一年半了,亟待更新,從今天開始,我們會陸陸續續更新這一系列的文章,歡迎大家關注。

做這個系列文章,不能讓「小白」一夜之間變成「大神」,但能讓大家對於你所在使用的數碼產品有一個基礎的認識,選購的時候能更好地閱讀我們的推薦,也不用擔心被奸商忽悠。

本文約5200字,預計閱讀時長:30分鐘

之前也聽不少朋友反映,看我們的推薦帖,有一些詞彙和術語看不太明白,因此這個「玩機社科普」主要針對的就是這類人群。我們會用儘量淺顯易懂的語言,去闡述電腦和數碼產品中常見的參數;一些比較複雜的,與日常使用關係不同的參數,我們就不會在這個系列的文章裡細講了。

今天講主板。對於電腦新手來說,更重要的是了解主板的板型,以及主板晶片組和CPU的對應關係,自己買的時候不會買錯,以及了解主板上面的接口和對應的硬體,方便根據自己的需要選擇。因此今天的文章重點在這兩部分。

主板的用料今天就做一個簡單科普,不展開講。想學超頻最好選一塊好點的主板,超頻的教程今天也不講了,有興趣的朋友們可以看看相關的教程文章或者視頻。

主板是一臺電腦不可或缺的配件,它承載的功能主要有以下這些:

主板的主要功能是傳輸各種電子信號,部分晶片也負責初步處理一些外圍數據。電腦的各個部件都是通過主板來連接的,計算機在正常運行時對系統內存、存儲設備和其他I/O設備的操控都必須通過主板來完成。

簡單來說,一臺電腦所有的硬體都必須連接主板,硬體之間的數據傳遞通過主板來進行。主板可以看成是我們的軀體,我們所有的器官都必須在軀體上工作。

雖然說對大部分平臺而言,主板並不影響CPU和顯卡的性能,但是為了保證電腦運行的穩定,還是需要選擇一塊相對靠譜的主板。

挑主板,首先應該留意主板的板型

目前常見的就是上面三種板型,其中最多的是Micro-ATX板型,也稱為「中板」。主板板型和機箱對應,大機箱支持小板,小機箱不一定支持大板,買配件的時候一定要留意機箱支持的主板,可以在機箱的「商品詳情」中查到:

▲華碩ROG太陽神機箱支持主板一覽

除了上面三種主板板型之外,還有一些不太常見的板型,比如E-ATX、mini-DTX、thin-ITX等。一般中塔機箱都支持上述三種常見板型,也不需要過多去留意。

此外,板型和主板用料並沒有直接關聯,「小板用料不如大板」,這一觀點是片面的。

不少裝機新手在寫配置的時候,最常犯的毛病就是——CPU和主板對應關係寫錯了,比如AMD的CPU用了Intel晶片組的主板。晶片組是主板的核心組成部分,也是CPU與其它硬體溝通的「橋梁」:

▲AMD B450晶片組

假如買錯了主板,如果CPU插槽(也就是CPU安裝的位置)不一樣,CPU無法安裝;如果CPU插槽一樣,CPU能正常安裝,但是很可能點不亮。因此,一定要選購CPU對應的晶片組的主板。

▲Intel LGA1200 CPU插槽

現階段CPU和主板的對應關係如下表所示:

現在不少店鋪都是CPU和主板打包賣,所以一般不用擔心買到不合適的主板。

主板上有很多插槽和接口,這些接口分別有什麼用呢?這裡給大家簡單介紹一下。

1、CPU插槽

就是放CPU的地方,CPU安裝在上圖所示的位置。

2、pcie插槽

位於CPU下方,主要安裝顯卡等pcie接口的設備。一般來說顯卡安裝在靠近CPU的拿一條pcie x16槽,底下的短pcie槽是x1槽,往往安裝網卡、固態硬碟等設備。

▲不同種類的pcie接口對比

3、內存插槽

通常位於CPU右側,主要安裝內存。

4、硬碟接口:M.2和SATA

目前主板上有兩種能連接硬碟的接口,一種是M.2接口,一種是SATA接口。

▲M.2接口

通常位於CPU下方,pcie槽隔壁,用於安裝M.2固態硬碟。

▲SATA接口

一般位於主板右下角,特徵就是裡面呈L形的,主要用來連接機械硬碟和SATA接口的固態硬碟。

3、供電接口

主板有兩處供電位置,如圖所示:

分別是8pin的CPU供電,位於CPU左上方,連接電源「CPU」標識的供電線;以及24pin的主板供電,位於主板右邊緣,連接電源「主板」標識的供電線。

4、一些小的連接線

這裡集中講一下主板上一些比較常用的連接線吧。

▲風扇線

一般是位於主板上邊緣,主要連接CPU風扇和機箱風扇。

▲前置USB3.0線

一般位於主板右或者下邊緣,連接機箱前置USB3.0跳線。

▲主板機箱跳線

這是讓裝機小白」聞風喪膽「的存在,連接機箱跳線,執行開關機、重啟操作,以及開關機和硬碟工作指示燈。

怎麼接跳線?下面用數字表示跳線

1:power sw

2+:power LED+

2-:power LED-

3+:HD LED+

3-:HD LED-

跳線是這麼排列的

。。。。

。。。。。

對著這個接:

2+ 2- 1 1

3+ 3- 。。。

就完事兒了,其實真的不難。跳線位置一般在主板下邊緣,旁邊有」JFP「」Panel「等指示詞,具體可以參照主板說明書。

5、主板I/O面板接口

主板後面有很多接口,這裡簡單介紹一下常見的幾種接口吧:

它們用途如下:

今天給大家講講如何看主板的用料水平。一般來說,三大廠(華碩、微星、技嘉)相同價位的主板,用料水平差不多,所以其實電腦新手不需要過度關注主板的用料,跟著推薦選一般問題不大。

這裡主要簡單給大家講講可以用來衡量主板用料好壞的幾個點:供電水平、散熱、做工和自帶硬體配置。最後會給大家總結一下現階段我們推薦的主板,方便大家選購。

說起主板供電,相信大多數人,哪怕是有豐富DIY經驗的玩家,也未必搞得清楚。其中涉及的原理相當複雜,這裡我就簡單地給大家講講如何大致判別主板的供電水平。

1、主板供電原理簡介

現在不少主板會宣傳自己採用」XX相/XX路供電「,如下圖所示:

▲微星B460M MORTAR宣傳圖

這樣宣傳代表這塊主板是14相供電?非也。具體是多少相?我們需要了解一下主板一」相「供電的組成。一般來說,主板的一」相「包含了以下幾種元件:

PWM,英文全稱Pulse Width Modulation,簡稱脈衝寬度調製,是利用數字輸出的方式來對模擬電路進行控制的一種技術手段。PWM晶片依靠改變脈衝寬度來控制輸出電壓,並通過改變脈衝調製的周期來控制其輸出頻率,輸出方波信號。

▲主板上的PWM晶片

通俗來講,PWM晶片可以控制MOS管導通-斷開的時長,從而調整輸出電壓。一塊主板的真實「相數」,和PWM晶片直接相關,知道一塊主板的PWM晶片,它的真實相數就可以查到。

MOS驅動可以根據PWM的方波信號,控制MOSFET的開關。現在MOS驅動大多都集成到PWM晶片或者MOS管裡,所以主板上也找不到單獨的MOS驅動晶片了。

MOS管,又叫MosFET,在供電電路裡是受到柵極電壓控制的開關。

▲主板上的MOS管(紅圈部分)

MOS管一般在電感後面,是一片片小黑片。如上文所說,MOS管本質上就是開關,每相至少有兩個MOS管——上橋和下橋MOS管,這兩個開關輪流導通,電容和電感不停地充電-放電,從而給CPU穩定的供電。

因此高端的主板往往會選用能承載更大電流的MOS管,以應付旗艦CPU的用電需求。

電感在高中物理課有涉及,它能把電能轉化為磁能存儲起來,在電路斷開時,能維持電路中的電流不變。

▲主板上的電感(紅圈部分)

主板上採用的電感多為全封閉電感,能夠更好地屏蔽外界的電磁幹擾,電感的存在能讓輸出的電流更加平滑。

可能有一些比較老的文章,會讓大家通過數電感的方式來計算主板的供電相數,但其實這個方法現在來看並不靠譜。具體為什麼,下文會說明。

電容同樣也在高中物理中有設計,它的作用是存儲電能,利用其能保持電壓不變的特性為CPU供電,同時起到濾波的作用。

▲主板上的電容(紅圈部分)

主板上的電容一般屬於電解電容,這類電容具有容量大的優勢。

講完主板供電各個部件的作用,下面來講講主板是如何向CPU供電的。

主板的供電,可以用下面這張示意圖來表示:

首先輸入12V電壓,上橋MOS管導通,電感和電容存儲電能;接著上橋MOS管斷開,下橋MOS管導通,電感和電容放電,向CPU供電。

那麼PWM晶片和MOS驅動有什麼作用呢?它們控制MOS管導通-斷開的時間,也就是說,上橋MOS管導通的時間受PWM晶片控制,電感和電容充電的時間自然也受到PWM晶片控制了。

2、多相供電的主板如何數相?

最早期的主板都是單相供電的,隨著CPU性能的提升,單相供電顯然無法滿足CPU的用電需求,多相供電主板應運而生。

▲七彩虹H410M戰斧宣傳圖,這樣的低端主板也宣稱有6相供電

多相供電的優勢:

相之間相位錯開,使輸出電流更平滑

提高電流輸出

多相交替工作,降低元件溫度,延長使用壽命

為了提高主板的供電相數,目前有兩種主流的方法:倍相和並聯。

主板上的供電不單單給CPU核心供電:Intel的CPU供電主要分為核心+核顯供電,AMD的CPU供電主要分為核心+SoC(外圍)供電

(1)直連

直連就是沒有任何提高供電相數的手段,簡單粗暴。

▲微星B450i GAMING AC

這塊主板採用了6+2相供電,6相直連核心供電,MOS管型號是IR3555,還有2相SoC供電,在主板上也能找到8個電感。

(2)倍相

倍相是一種常見的提高供電相數的手段。倍相供電的主板,在其背後有專門的倍相晶片:

▲倍相晶片(圖截自PCEVA主板供電視頻)

倍相晶片的作用是把來自PWM晶片傳來的信號分成多路(2或者4),讓兩相供電的MOS管輪流導通,工作時間減半(或者減到原來的1/4),從而使CPU供電的相數倍增。

因此,經由倍相器輸出的相數,和直連是一樣的。

(3)並聯

並聯也是一種比較常見的提高供電相數的手段,和倍相供電不同,它沒有倍相晶片,而是通過一組MOS管並聯兩個電感的方式進行的。

▲採用並聯設計的微星B460M MORTAR

▲並聯供電的主板背面電感成對連接,沒有倍相器

並聯供電一組MOS管並聯兩個電感,這兩個電感同時充電、同時放電,工作原理上和倍相有根本不同(倍相供電中,各相的元件是交替工作的)。

辨析:倍相vs並聯

先上結論,這二者之間各有優劣。

地主要收割一片稻田,手裡有兩個農民,每人工作12個小時,太辛苦了。地主再叫來兩個農民,四個農民輪流工作,每人工作6個小時,這個就叫倍相;地主再叫來兩個農民,四個農民一起工作,12個小時收割完,這個就叫並聯。

倍相的優勢就是輪流工作,電感溫度低,但是會增加動態響應延遲,可能會增加波紋;並聯的優勢是主板布線簡單,可以拉高PWM頻率提升動態響應性能,對超高頻有利,但是會導致電感溫度偏高。

總之,目前來看,直連>倍相≈並聯,但是後兩者可以輕鬆實現直連無法實現的高相數,因此現在高端主板一般是倍相和並聯設計,直連反而成了少數派。

案例分析:微星B460M MORTAR

這塊主板是一塊定位中高端的Intel平臺主板,號稱「14路供電」,今天就以它為例,告訴大家如何分析主板的供電。

▲宣傳圖中的「14路供電」

以下分析的拆解圖來自超能網:

▲PWM晶片是立錡科技的RT3609BE

▲訪問立錡科技官網查詢,發現這款PWM晶片最高支持6+2相

所以可以得出結論,這款主板實際供電相數可能是6相核心+1相核顯。

▲微星B460M MORTAR供電分析

如上圖,核心供電採用6相併聯設計,每相供電的MOS管分別有一個上橋和一個下橋,等效12+1相,還有1相給內存控制器供電。

所以官方宣傳圖的「14路供電」就是這麼來的。

這部分內容比較多,很多內容其實已經超出了一個電腦新手需要知道的知識範圍,有興趣的朋友可以收藏了慢慢看。

影響主板供電性能的因素,除了和相數有關之外,和MOS管的用料也有關係,不少高端主板會採用90A的MOS管,一般主板大多數是50A或者60A的MOS管;此外,和供電散熱也有關,有一些主板儘管用了很好的MOS管,但是供電散熱不給力,而且還是並聯供電,實際性能自然會打折扣。

主板用料不光看供電用料,本身的散熱和做工也非常重要。

▲ROG Z490-A吹雪

這塊主板覆蓋了大面積的散熱裝甲,這些裝甲可不止是為了美觀,裡面有散熱片,能有效地給主板上幾個「發熱大戶」——電感、MOS管和M.2固態散熱。

▲微星Z590 GAMING Carbon採用合金材質的顯卡槽

現在旗艦顯卡重量、厚度都越來越大,自然需要更堅固的pcie槽位。現在不少主板都採用合金材質的顯卡槽,更能支撐沉重的顯卡。

最後聊聊硬體配置。主板上集成了兩種常見的硬體:音效卡、網卡,有一些主板會有比較好的音效卡和網卡,更有利於網遊的發揮,大家可以根據自己的需求選擇。

▲微星Z590 GAMING Carbon強大的硬體配置

值得注意的是,主流級別不少主板並不支持Wi-Fi,需要連接無線網絡的可能需要額外買一個無線網卡。

最後,主板的BIOS也值得關注,主流廠商的BIOS基本實現圖形化,裝系統、超頻也越來越方便了:

▲微星的BIOS很好用

主板的科普到這裡就告一段落了,本文字數較多,乾貨眾多,感興趣的朋友可以收藏起來慢慢看,也算是補齊了我們公眾號這一塊乾貨不足的短板。

本文供電部分的寫作過程中參考了PCEVA的視頻,以及知乎獵鷹萌新的文章,在這裡向他們表示感謝。

主板的選購可以參考我們的配置單:

一般一款CPU我們會列舉2-3款合適的主板,大家根據自己的喜好來選擇就行,想超頻的可以選一款供電更好的。

主板的選擇一定要和CPU匹配,「好馬配好鞍」。低端U+高端主板就是浪費錢,高端U+低端主板,CPU有可能跑不滿睿頻,主板散熱壓力也大,不利於CPU的穩定運行。

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