硬件发展史——主板篇

硬件发展史——主板篇

 

  

主板的英文名称叫做Motherboard(也可以叫Mainboard)，也可以译做母板。从"母"字可以看出主板在电脑各个配件中的重要性。主板不但是整个电脑系统平台的载体，还负担着系统中各种信息的交流。

 

主板的平面是一块PCB印刷电路板，分为四层板和六层板，四层板分别是主信号层、接地层、电源层、次信号层。而六层板增加了辅助电源层和中信号层。在电路板上面，是错落有致的电路布线；在PCB印刷电路板上面，则为棱角分明的各个部件：插槽、芯片、电阻、电容等。 

 

芯片包括BIOS芯片，南北桥芯片，RAID控制芯片等；插槽包括CPU插座，内存插槽，PCI插槽，ISA插槽等；接口包括IDE接口，软驱接口，COM接口(串口)，PS/2接口，USB接口，IEEE1394接口，LPT接口(并口)，MIDI接口等。 

 

在本文中，主要将为大家介绍主板芯片组的变化，这个芯片组主要是指主板上的南北桥芯片，那么什么是南北桥芯片呢？南桥多位于PCI插槽的上面；而CPU插槽旁边，被散热片盖住的就是北桥芯片。北桥芯片主要负责处理CPU、内存、显卡三者间的"交通"，由于发热量较大，因而需要散热片散热。南桥芯片则负责硬盘等存储设备和PCI之间的数据流通。南桥和北桥合称芯片组。芯片组在很大程度上决定了主板的功能和性能。二、主板芯片组的发展历程 。

 

早期的386微机中采用的控制芯片组是82C30系列。82C30芯片组采用了六片结构，再加上一片外设控制芯片构成完整的386微机控制系统。82C30芯片组单片芯片的集成度小，功能差，是 C＆T公司的早期产品，但是它的某些基本功能至今仍然在使用。

 

除了82C30系列外，典型的386控制芯片组还有0PTI公司的W8386PC/AT芯片组。486微机采用的控制芯片组在功能上与386控制芯片组没有大的变化，只是由于486处理器把协处理器集成到 CPU内部(即FPU)，控制芯片组的局部性能有小的调整而已。常见的486控制芯片组如：FRX46C401、FRX46C402、HT321、HT342；M1489、 M1487、82C406、82C496等。486控制芯片组大多为两片结构，即由系统控制器和数据缓冲控制器组成。

 

严格说来，在这个时候，主板的发展还很不成规模，甚至可以说是原始，这里面的主要原因是大家在购买处理器的时候没有多余的选择，所有处理器的接口都是一样，这样的局面在INTEL推出奔腾处理器的时候开始发生了变化。可以说，从这个时候开始，主板进入了Socket 7时代(在早期的奔腾处理器中，有极少的一部分是采用的Socket 6接口)，用于Socket 7架构的控制芯片组有两类：一类是面向PCI结构的，不支持AGP接口，例如Intel 430系列的各类芯片组430FX、430HX、43OVX、430TX等，VIA公司Apollo VPl、Apollo VP2，SiS公司的5571/5572、5581/5582以及ALi公司的Aladdin III、Aladdin IV等都属于这一类。

 

另一类是支持AGP接口的芯片组，主要是非Intel控制芯片组，如VIA公司Apollo VP3、Apollo MVP3、Apollo MVP4，sis公司5591/5595、5597/5598，ALi公司Aladdin V等芯片组都支持AGP技术(支持Super7架构)。在这里需要解释一下，在Socket 7时代的后期，AMD公司在Socket7架构的基础上加上AGP和对100MHz总线的支持，把Socket 7升级成了Super 7，而且Super7的用户可以不用换主板，就可以直接升级到AMD推出的K6－3，可以说Super7还有一定的升级能力。不过Super 7的架构最终还是会灭亡的。AMD公司就是Super 7的"掘墓者"，因为K6－3是AMD公司推出的最后一款支持Super 7架构的CPU了。

 

在这里需要重点提一下威盛的MVP4芯片组，Apollo MVP4被业界喻为Super 7最佳化的终结版本。MVP4是一款高度集成化的芯片组，在MVP4的北桥芯片中集成了2D/3D AGP图形功能，带有Setup引擎和DVD硬件加速功能，采用了SMA(Share Memory Architecture，共享内存架构)技术，可以在内存中交换显示数据，别的功能和MVP3差不多。

 

随着时代的进步，1997年5月，INTEL又推出了Pentium II处理器，一起推出的还有440LX芯片组，Intel为了彻底打垮它的跟班(AMD和Cyrix)，抛弃了已经相当成熟的Socket 7构架，转而进入全新的Slot 1构架，并运行专利权来限制AMD和Cyrix来生产能兼容Slot 1构架的CPU。Slot 1是将高速缓存与处理器整合在一块PCB板上，通过类似于内置板卡一样的金手指与主板相应插槽电路接触，而不是Socket架构的插针。

 

在1998年，Intel发布了众多的系统核心逻辑芯片组。这里面有用于占领低端市场的440EX、440ZX；也有专注于主流桌面市场的440BX。虽然它们无论从市场着眼点还是性能上都存在着或多或少的差别，尽管它们都使用了AGP总线来改善PC机在视频方面的表现，但其最基本的结构状况并没有发生根本性的改变。总的来讲，这些应该都还是属于一个系统架构下不同层次的产品。它们的共同特点是以系统主存为核心，把PCI总线作为传输数据主要手段的一代系统结构。

 

在这里我们需要重点注意的是Intel的440BX芯片组，我们所知道的很多经典主板产品就是采用这一芯片组的。比如当时号称"超频之王"的微星6163主板，微星的6199NA主板。440BX是一款具有里程碑意义的芯片组，是第一种支持100MHz系统总线(SystemBus)，并能完全展现英特尔PentiumII350MHz或400MHz处理器之高效能表现的主板芯片组，符合ACPI电源管理，支持AGP2X，虽然以现在的眼光来看，它是很落后的，但是在当时，有哪个使用计算机的发烧友不希望拥有一块超频新能良好的BX主板呢？

 

440BX芯片组的一个变种—使用双处理器的艾威DBD100主板在Intel推广他的Slot 1架构时，AMD也没闲着，他们搞出了一套在物理上完全兼容Slot 1架构，但在电气性能上迥然不同的Slot A架构，Slot A上主要存在两种芯片组：AMD750/751和VIA KX133。相比而言，AMD 750/751就显得有些落伍，也可能是因为当初急待配合Athlon推出的市场的缘故，它竟然不支持DMA100和AGP4X以及PC-133规范。而VIA的KX133的情况就好一些。

 

随着Intel处理器频率的不断提升，Intel宣布他们的处理器将转变到Socket370架构上，自此时起，长达四年时间的Socket370王朝来临了。在这一时期，Intel的芯片组产品乏善可陈，除了原有的440BX芯片组外，只推出了810，820，815三款芯片组。其中820芯片组还出了因MTH芯片存在问题而导致产品全部被收回的问题，这也是Intel首次大规模回收有缺陷的主板芯片组产品。在这里需要重点提到的是810芯片组和815EPT芯片组，首先是810芯片组，这个产品是非常具有创新精神的产品。其架构思想中最明显的一个变化是它不再完全采用以往传统的南、北桥双芯片设计方案了，取而代之的是高度集成的三芯片结构。

 

在新的体系结构中我们可以明显的感受到Intel在开始贯彻把2D、3D图形和图像功能整合进芯片组，进一步强化和延展系统功能的战略思想。它采用了一种被称为加速中心体系机构(Accelerated Hub Architecture)的全新系统框架。有了它，芯片一级的外围设备访问不再需要依赖PCI总线来进行通讯，改而使用主要I/O子系统的专用总线来完成任务。这样做的好处是把上述带宽占用大户从PCI总线上移走，用分流的办法来改善整个系统的表现状况，特别是强调减少对多媒体和互联网方面数据访问的延迟。

 

810是Intel一系列主板产品中第一个开始支持把主要设备互连这一重任从PCI手中接管到加速中心体系机构的芯片组。这种全新的结构给耗费大量系统带宽的各种多媒体子系统提供了直接通往芯片组的一个捷径。I810芯片组包括了Intel 82810图形、内存控制器，它采用了421针的BGA封装，主要负责内存管理并整合了加速运动视频的硬件设备，甚至内含有一个i740的核心逻辑；而Intel 82801 I/O控制器比82810要小一些只有241针也采用BGA封装，它透过加速中心体系机构向系统提供266MBps的数据带宽；Intel 82802固件中心(Firmware Hub)用于存储系统BIOS和视频BIOS，并提供了一个硬件随机代码发生器来支持新的加密技术和安全协议。

 

不过市场终究无情，虽然i810具有多项创新设计，但其自身的整合性却同时也给DIYer的选择带来难度。由于i740在性能上同当时主流3D加速卡有相当差距，这种整合本身不得不变成了廉价的同义词，直到今天，Intel主板芯片组产品里的低端产品，依然是整合有图形处理芯片的。

 

接下来是815芯片组，在BX芯片组推出两年多后，Intel发现自己在很长一段时间里没有可以和对手相比较的中高端芯片组，只有低端市场上的810芯片组还可以为自己带来一定的市场份额。而原定的820芯片组又发生了回收事件，加上配套的Rambus内存居高不下的价格，无法为自己带来更大的利益，因此推出了815系列芯片组以解燃眉之急。算是填补440BX芯片组淡出江湖和因820芯片组退出市场而在高端领域出现的空白。

 

能够支持赛扬三处理器的810T主板

 

作i810E芯片组的修订版，它同样采用"加速集线器结构"(Accelerated Hub Architecture)技术。同时针对原有芯片组的不足，它正式支持AGP 4x、PCI33内存协议及ATA66/100技术，还整合了2D和3D加速芯片i752和支持AC97的音频芯片。与i810E芯片组不同的是，i815芯片组支持额外的AGP接口，可以外接显卡，这就比没有AGP接口的i810主板在升级性能上要好。

 

 

 

 

主板厂商可以用它来生产带有AGP插槽的主板，这样整合主板也可以通过升级显卡以获得更高的性能了。此外它还带有CNR(Communication and Networking Riser，通信网络提升器)接口，这是目前只有ICH2芯片才有的新接口，它比AMR要长一些，带有丰富的扩充功能。i815芯片组分为i815系列和i815E系列，它们的根本差别在于后者使用了最新的ICH2芯片(I/O Controller Hub，输人/输出控制器中心)，支持UDMA 100技术的接口，其他的功能基本相同。

 

Intel 815EP芯片组和Intel其它已经推出的i8xx芯片组一样，都是采用"加速中心架构"来取代传统的南北桥芯片架构，在此架构下，只有MCH(内存控制中心，即传统意义上的北桥芯片)、ICH(输入输出控制中心，即传统意义上的南桥芯片)共享线路和数据，而系统的其它设备是通过各自专属的线路独立与MCH或ICH芯片相连接。这种新型的芯片组设计架构的好处显而易见，它满足了系统内存、CPU等高速电脑部件带宽资源的要求，有助于系统整体性能的提高。i815EP芯片组主要由82815EP MCH芯片和82801BA ICH2芯片构成，82815EP MCH芯片采用了544引脚的BGA封装形式，82801BA ICH2芯片则采用了360引脚的EBGA封装形式。Intel 815EP芯片组还有一种特殊的变种，那就是815EPT芯片组，这种芯片组除了支持Tualatin核心的赛扬三处理器外，其他方面与Intel 815EP芯片组是相同的。

 

同一时期里，威盛的693X，694X芯片组也是相当出色的，其中694X芯片组是当时威盛Intel BX及815EP芯片组竞争的主流产品，其北桥芯片用的是VT82C694X，在693X的基础上提供了对AGP 4x的控制支持。南桥芯片用的是VT82C686B，同样提供了对一些外部设备接口的控制，由于它不单支持BX芯片组不支持的AGP 4x、UDMA100技术、PC133和异步调整等技术，还支持双CPU处理器。它的价格适中，性能特别是兼容性十分优越，因而成为VIA攻占主板主流市场的主打产品。

 

694X芯片组的特殊产品—使用双处理器的694D主板

 

说了支持Intel处理器的芯片组，下面我们一起来看看支持AMD处理器的芯片组。AMD在看到Intel从Slot平台全面转回Socket平台后，也照样画葫芦，来了个Socket A(Socket 462)。平心而论，Slot对于CPU而言几乎没有任何的好处，如果说是为了散热的话，那未必也太夸张了一些。相反，Socket更能节约成本。在采用Socket A接口的芯片组里，威盛推出了一系列的产品，速度之快，简直叫人眼花缭乱。KT133，KT133A，KT266，KT266A，KT333，KT400，KT400A，KT600……

 

KT133芯片组全面支持最新的AGP 4x技术、支持AMD Socket A结构的Athlon、Duron处理器、支持真正的PC133内存总线、支持200Mhz EV6系统总线、支持ATA-66硬盘传输率、符合AC-97 Audio标准、符合MC-97 Modem标准(支持AMR Fax/Modem模块)、支持4个USB端口。KT266芯片组采用了与以往VIA基于AMD平台所发布的芯片组完全不同的技术架构，借鉴了Apollo Pro266芯片组采用的V-Link总线技术，取代了通常所使用的PCI总线。V-Link总线带宽相当于PCI总线的2倍，每秒钟可以传递266MB数据，完全能够满足南桥芯片日益增长的带宽需求，消除了系统潜在的性能瓶颈。

 

KT266芯片组一个非常重要的功能就是能够支持内存和CPU以异步运行模式。这样，我们就可以将133MHz内存(PC2100 DDR SDRAM或PC133 SDRAM)与100MHz CPU搭配使用。当然，除了异步运行模式之外，VIA KT266还可以允许在133MHz FSB系统中使用PC1600 DDR SDRAM，系统内存和CPU以相同的频率运行。

 

2000年11月21日，Intel发布了新一代的奔腾处理器—奔腾四，采用Willamette核心，Sock423接口，配套的芯片组产品是I845和I850，I845支持PC-133 SD内存，而I850则使用Rambus内存，这是820芯片组回收时间后，Intel再次推出支持Rambus内存的芯片组。不过市场并没有Intel想象的那么美好，使用SD内存的845芯片组表现十分拙劣，有的时候甚至还比不上使用赛扬三处理器的平台，而850平台昂贵的价格又让人望而却步，Intel这才发现他们又陷入了一个困境。为了扭转这种困境，他们又发布了采用Sock478接口，Northwood核心的新P4，同时为了进一步的抢占市场，把对DDR内存的支持也考虑在内，845D就是在这种情况下产生的。在这里需要重点提到的是810芯片组和815EPT芯片组，首先是810芯片组，这个产品是非常具有创新精神的产品。其架构思想中最明显的一个变化是它不再完全采用以往传统的南、北桥双芯片设计方案了，取而代之的是高度集成的三芯片结构。在新的体系结构中我们可以明显的感受到Intel在开始贯彻把2D、3D图形和图像功能整合进芯片组，进一步强化和延展系统功能的战略思想。它采用了一种被称为加速中心体系机构(Accelerated Hub Architecture)的全新系统框架。有了它，芯片一级的外围设备访问不再需要依赖PCI总线来进行通讯，改而使用主要I/O子系统的专用总线来完成任务。这样做的好处是把上述带宽占用大户从PCI总线上移走，用分流的办法来改善整个系统的表现状况，特别是强调减少对多媒体和互联网方面数据访问的延迟。

 

810是Intel一系列主板产品中第一个开始支持把主要设备互连这一重任从PCI手中接管到加速中心体系机构的芯片组。这种全新的结构给耗费大量系统带宽的各种多媒体子系统提供了直接通往芯片组的一个捷径。810芯片组包括了Intel 82810图形、内存控制器，它采用了421针的BGA封装，主要负责内存管理并整合了加速运动视频的硬件设备，甚至内含有一个i740的核心逻辑；而Intel 82801 I/O控制器比82810要小一些只有241针也采用BGA封装，它透过加速中心体系机构向系统提供266MBps的数据带宽；Intel 82802固件中心(Firmware Hub)用于存储系统BIOS和视频BIOS，并提供了一个硬件随机代码发生器来支持新的加密技术和安全协议。不过市场终究无情，虽然i810具有多项创新设计，但其自身的整合性却同时也给DIYer的选择带来难度。由于i740在性能上同当时主流3D加速卡有相当差距，这种整合本身不得不变成了廉价的同义词，直到今天，Intel主板芯片组产品里的低端产品，依然是整合有图形处理芯片的。

 

接下来是815芯片组，在BX芯片组推出两年多后，Intel发现自己在很长一段时间里没有可以和对手相比较的中高端芯片组，只有低端市场上的810芯片组还可以为自己带来一定的市场份额。而原定的820芯片组又发生了回收事件，加上配套的Rambus内存居高不下的价格，无法为自己带来更大的利益，因此推出了815系列芯片组以解燃眉之急。算是填补440BX芯片组淡出江湖和因820芯片组退出市场而在高端领域出现的空白。作为i810E芯片组的修订版，它同样采用"加速集线器结构"(Accelerated Hub Architecture)技术。同时针对原有芯片组的不足，它正式支持AGP 4x、PCI33内存协议及ATA66/100技术，还整合了2D和3D加速芯片i752和支持AC97的音频芯片。与i810E芯片组不同的是，i815芯片组支持额外的AGP接口，可以外接显卡，这就比没有AGP接口的i810主板在升级性能上要好。主板厂商可以用它来生产带有AGP插槽的主板，这样整合主板也可以通过升级显卡以获得更高的性能了。此外它还带有CNR(Communication and Networking Riser，通信网络提升器)接口，这是目前只有ICH2芯片才有的新接口，它比AMR要长一些，带有丰富的扩充功能。i815芯片组分为i815系列和i815E系列，它们的根本差别在于后者使用了最新的ICH2芯片(I/O Controller Hub，输人/输出控制器中心)，支持UDMA 100技术的接口，其他的功能基本相同。

 

Intel 815EP芯片组和Intel其它已经推出的i8xx芯片组一样，都是采用"加速中心架构"来取代传统的南北桥芯片架构，在此架构下，只有MCH(内存控制中心，即传统意义上的北桥芯片)、ICH(输入输出控制中心，即传统意义上的南桥芯片)共享线路和数据，而系统的其它设备是通过各自专属的线路独立与MCH或ICH芯片相连接。这种新型的芯片组设计架构的好处显而易见，它满足了系统内存、CPU等高速电脑部件带宽资源的要求，有助于系统整体性能的提高。i815EP芯片组主要由82815EP MCH芯片和82801BA ICH2芯片构成，82815EP MCH芯片采用了544引脚的BGA封装形式，82801BA ICH2芯片则采用了360引脚的EBGA封装形式，Intel 815EP芯片组还有一种特殊的变种，那就是815EPT芯片组，这种芯片组除了支持Tualatin核心的赛扬三处理器外，其他方面与Intel 815EP芯片组是相同的。

 

同一时期里，威盛的693X，694X芯片组也是相当出色的，其中694X芯片组是当时威盛Intel BX及815EP芯片组竞争的主流产品，其北桥芯片用的是VT82C694X，在693X的基础上提供了对AGP 4x的控制支持。南桥芯片用的是VT82C686B，同样提供了对一些外部设备接口的控制，由于它不单支持BX芯片组不支持的AGP 4x、UDMA100技术、PC133和异步调整等技术，还支持双CPU处理器。它的价格适中，性能特别是兼容性十分优越，因而成为VIA攻占主板主流市场的主打产品。 

 

2001年，显示芯片制造商nVIDIA开始步入主板产业，首先推出的是nFORCE主板，严格说来，这种主板是nVIDIA制造XBOX的一种副产品，不过它优异的性能还是在业内引起了震动，不过由于价格高昂，性能和同时代的KT266A芯片组相比没有特别明显的优势，这种产品一直叫好不叫座。情况在nVIDIA推出nFORCE2主板的时候发生了改变，nFORCE2主板是最先支持双通道DDR400内存的主板，同时支持USB 2.0和火线两种接口，它还有一项独特的DualNet功能，能够控制两组网络接口，它的音频系统(APU)是芯片组的一部份，不需要额外购买声卡。在一些后期的版本里，nFORCE2主板还提供了对SATA的支持。所有这些，综合起来，使得nFORCE2主板在很长的一段时间里一直稳坐Athlon平台性能之王的宝座。目前nVIDIA的nFORCE4主板也即将推出，它会带给我们什么样的惊喜呢？让我们一起期待吧。

 

提了nVIDIA，也需要提一下矽统科技(SiS)，一直以来，矽统科技保持着非常低调的态度，在Intel推出810芯片组的时候，他们也推出了自己的整合芯片组—SiS620、SiS630，这两款芯片组的性能其实要比810芯片组略好一些，但是由于市场推广的一些原因，在零售市场上总是默默无闻。到了Athlon时代，他们支持AMD处理器的芯片组曾经获得过权威媒体的称赞，可惜的是，还是由于市场策略，零售市场上还是没有看到他们的大力宣传。严格说来，矽统的主板芯片组是非常不错的，他们的MuTIOL 1G和HyperStreaming架构等功能都非常实用，不管是在AMD处理器平台还是Intel处理器平台上都有非常不俗的表现，也许他们需要的是更多的关注。矽统，一路辛苦了。我们以前习惯的AGP总线标准也在这一系列的芯片组中消失了，取代它的是PCI Express总线标准，这也意味着升级可以保留原有显卡的认识也必须抛弃，从使用AGP总线标准的主板升级到使用PCI Express总线标准的主板，原有的显卡可能必须被舍弃。

 

 

 

原来的廉价音频解决方案—AC97，现在也被ICH6南桥内建的音效系统所取代，这种名为"High Definition Audio"的方案是一个高保真的音频解决方案，也叫Azalia技术，是英特尔与杜比实验室合作推出的一项音频技术，目标是为PC构建家庭影院级别的高保真音频系统。