简单认识主板

一、总览

首先是一张16年的技嘉GA-H110M-S2主板全览图，图中的主要构件已经在图中有简单介绍。

二、主板

1、主板名称

GA-H110M-S2，命名遵循“品牌标识-芯片组类型-板型-功能/规格后缀”的规律。

GA代表品牌商技嘉

H110表示主板上芯片的类型，该类型支持6代酷睿cpu

M表示板型，即Micro-ATX板子，属于紧凑小板，适合小型机箱

S2表示技嘉的技术优化等级，S代表技嘉的 5项技术优化（Safe安全稳定 / Smart智能化 / Speed超频 / Silent-Pipe静音热管 / SLI双显），S2代表拥有前两项优化（Safe安全稳定 和 Smart智能化），是技嘉的一款入门级主板

主板的命名按照生产商不同和系列不同，规律都有所不同。

另外，主板大小设计也有行业规范，分为四类：

E-ATX（Extend ATX,加强型大板），尺寸305mm×330mm，高端主板定位，顶级配置，适合作为工作站

ATX（标准大板），尺寸305mm×244mm，中高级主板定位，拓展性强，适合游戏玩家和对性能有需求的专业人员

Micro-ATX（M-ATX，紧凑小板），尺寸244mm×244mm（方形），主打性价比，在市场中常见

Mini-ATX（ITX，迷你板），尺寸170mm×170mm（方形），为迷你主机设计，拓展有限，但供电和总线频率不一定弱于M-ATX

2、电源

由于不同部件对电源需求不同，多个pin口的电源线共同为一个或多个部件供电。不同颜色的电源线标识其提供不同电压，一般来说，黄色12V，红色5V，橙色3.3V，紫色（待机电压）5V，黑色（地线/GND）0V。其中紫色线提供关机时系统待机电路所需的电力，使其能提供接受开机信号，USB充电，网络唤醒功能。

3、晶振（晶体振荡器）

由于早期的LC振荡器提供的时钟频率会受到温度、老化影响而变得不稳定，人们开始寻求稳定的时钟信号来源。大家都知道物体自由振动时都有一个固有频率，在材料被制成音叉后可以最大程度减少能量的散失进行振动。而石英晶体所有的压电性质使得石英音叉在振动时产生稳定的电流脉冲，通过观测脉冲频率可以得到固定的时间间隔，因此被用在电脑芯片中，主板上的晶振内部存在微小的水晶音叉。主板上存在多个晶振，为CPU、USB接口、南桥等提供不同时钟频率。晶振为CPU、PCIE、内存、USB等大多数主板元件提供频率为14.318MHz（时钟晶振）的时钟频率，另外为南桥、bios系统时间提供32.768kHz（实时晶振）的时钟频率。因此大多数主板至少有两颗晶振，当然可能有其他晶振为声卡、网卡等提供时钟。

14.318MHz和32.768kHz是主板上最重要的两个频率。两者来源有所不同，14.318MHz与美国的模拟电视的发展有关，经过长时间发展逐渐作为一个行业标准，与显示有关的晶振频率都是这个数。32.768kHz可以经过石英钟的内部分频器15次二分频后得到1Hz（15次开方）信号，因此可以作为精确的计时信号。

4、PCIe（高速外围互联互联拓展接口）

现代个人计算机都使用PCIe协议，它规定了主板上除内存外其他几个直连CPU的PCIe插口的物理与电气标准，以及PCIe通道能提供的传输速率。PCIe协议由PCI-SIG(外围部件互联专业组，由英特尔、IBM等公司组成)制定，现如今已经发展到第六代（2022）。1.0和2.0使用8b/10b编码方案（如果有实际8b数据，在传输前编码为10b数据在通道中传输，最后解码还原为8b数据）传输数据，后续3.0、4.0、5.0使用128b/130b编码（同上）方案，6.0使用1b/1b（有编码，使用PAM4/Flit技术，可自行了解），逐渐提高了通道利用率。

因为PCIe通道采用串行传输，x1表示一条通道，在一次通道传输过程中发送一个比特信息。x4、x8、x16表示并行通道数量，故PCIe 4.0×4 的最大传输速率为 16GT/s × 4b × 128 / 130 / 8 ≈ 7.88GB/s。x1对于独立声卡、网卡已经足够，ssd硬盘一般插在x4接口（需要转接盒），独立显卡要插在x16上才能满足速率需求。

三、CPU

1、类型/指令集架构（ISA）

cpu作为整个计算机中最重要的元件，承载着数据处理与计算、用信号控制与协调资源、异常与中断处理、用时钟同步计算机各部件的功能，是计算机不可替代的“大脑”。人脑最基础的功能就是协调各身体部位和器官，共同为人的生命活动提供本钱。cpu也类似，为了基础的逻辑计算和调用硬件需要一套使用cpu的操作，为了图像和音频处理需要另一套使用cpu的操作，诸如此类。因此开发者在设计cpu时在其上硬编程了各种的指令集，将复杂的硬件操作抽象成一条条具体的指令，供软件和操作系统使用。而这些不同指令集如果随意编程在cpu上，极易导致cpu设计难度飞升，软件的兼容性降低。于是指令集架构（ISA，Instruction set architecture）就此诞生，它规定了cpu能提供的操作数类型和操作码（指令集），寄存器的大小、数量、通信方式，物理空间的布局和寻址方式，异常与中断响应和处理机制等等，是给软件和操作系统开发者的“说明书”。现如今有多个主流架构活跃在市场上，例如大名鼎鼎的x86_64、与之渊源颇深的AMD64、ARM等等。区分不同架构的主要标准就是看它的指令集风格和位宽。

位宽就是cpu片内总线宽度，它直接影响了cpu所能使用的寻址空间大小，以及总线单次传输数据块大小，以及指令的丰富程度。外在直接表现就是，可以使用更多更大的内存和硬盘，例如64位cpu可以使用2⁶⁴B=16777216TB的物理空间。

指令集风格分为两大类，一类是复杂指令集计算机（CISC），另一类是精简指令集计算机（RISC），两者在硬件和软件上均有很大差别。

CISC,具有微指令和微处理器，寄存器多，指令长度不固定，可以实现复杂功能的指令，可拓展性强，兼容性强，易编程（软件设计简单）。但也因为其有着复杂的控制电路（微处理器），晶体管和电路使用更多，体积更大，功耗也更大，芯片设计和制造更加复杂。x86_64、AMD64芯片就是典型的CICS风格，个人电脑、服务器更多使用这一类cpu。

RISC，具备极度简练的指令风格，指令数量少且长度固定，方便指令流水线实现。为了极致的运算速度，指令全部都由硬件电路实现（与CISC的一条或多条微指令构建一条指令的软件风格不同），芯片设计和制造简单，体积小且能耗低。不过也因为指令简洁，实现复杂功能的任务交给了编写操作系统和软件的开发者们，且软件的存储体积可能会因此变大。ARM就是典型的RISC风格，手机、平板电脑、嵌入式系统更多使用这一类cpu。

虽然ISA最早是由IBM公司的大佬们开创，但现如今的ISA却是由Inter、AMD和ARM这些后起之秀继续发展。市面上主流的ISA有：

x86_64/AMD64/x64:x86最初指的是Intel于1978年提出Intel 8086架构（16位），由于后续系列cpu型号都以86结尾（802886、803886等），所以即使有了更多位数的芯片也统称x86架构。Intel授权AMD制造x86处理器，AMD在此过程中也在积极促进x86发展，两者同为对手和合作伙伴。2003年AMD率先推出兼容x86的64位架构拓展规则，为了纪念在其中的重要贡献，将这一架构命名为AMD64。由于Intel当时并未及时认识到处理器的发展趋势，没能及时推出合适的64架构，因此当AMD64处理器大火之后，Intel 64采用了与AMD64几乎一致的架构（徒弟教了师傅）。现代软硬件厂商为了表示对两种架构的兼容，通常会使用x64、x86_64这样的名字不表达任何倾向。一般来说，x86_64=amd64=Intel 64=x64,如果只说x86一般指32位x86处理器或统称x86家族。

ARM:外文名称为Advanced RISC Machine或者Acorn RISC Machine，是Acorn公司于1983年开发的32位精简指令集架构处理器，后续Acorn公司经过拆分、收购等经历，现在ARM架构的专利被安谋国际科技股份公司（Arm Limited，也简称ARM，2016年被软件银行集团收购，孙正义那个）继承。这种架构专门优化了java的速度，比运行在纯软件（jvm）的情况性能好多的，运行java时的能耗要比运行同等的非java加速核的能耗低得多。ARM公司不生产自己设计的ARM架构芯片，只授权其他具有半导体制造能力的公司以收取授权费，被授权的公司可以根据授权的程度自行拓展设计或者生产制造ARM架构芯片。除了绝大部分手机芯片外，部分PC电脑如mac、window电脑也在采用以这一架构，嵌入式产品如任天堂也在使用。可以说ARM架构芯片占据了几乎所有手机、嵌入式设备设备、部分pc和服务器市场。

RISC-V：一种开源架构，服务于微控制器和服务器领域。

PowerPC：IBM主导，主要用于服务器与嵌入式系统

知道上面那一坨的最大作用就是——不会把arm认成amd，知道amd64=x64，不会下错软件包了（？

3、指令集拓展

人脑拥有逻辑能力、抽象能力、想象力、身体协调能力一样，开发者也为cpu设计了不同指令集拓展，使得原本单一功能的cpu能够实现更多功能。到目前为止x64架构也经历了数次迭代，每次迭代都会更新一些指令集拓展。2003年x86_64_v1,原始版本x64；2011年x86_64_v2加入SEE3、SSE4.1等SIMD拓展（单指令多数据流，增加指令执行效率）;2017年x86_64_v3加入AVX和AVX2（对多媒体数据的处理）、FMA（新的乘和算法）;2020年x86_64_v4加入AVX-512（处理向量）、VNNI（神经网络指令）和AMX（更多处理矩阵的方法）。

说这么多，cpu买新的就行。。

4、现在还常见的Intel系列

用的是Intel，所以只写Intel

（一）酷睿i系列的名称可以看出芯片的生产年份（14600就是2024年生产），但后续的Ultra和酷睿只能通过观察芯片表面的序列号得知。

（二）小白常见误区，3579只是产品定位不同，而不是生产时间先后，同一代里性能9>7>5>3,但跨世代不可这么比较。一般来说现世代的5跟上世代的7性能是差不多的，比较好的比较方式是去查cpu性能天梯图。

（三）英特尔处理器名称以N或U开头。

（四）常见后缀意义

各芯片性能排名跟表格排序一样从高到低，台式机处理器不会出现HX、HK，笔记本不会出现K、F。

5、大小核架构

Intel从12代酷睿开始（2022）引入全新”大小核“混合设计架构。不同于操作系统的”大核“”微核“概念，”大小核“是应用于硬件上实际存在的两种处理机内核的统称。

大核（Performance Core，P核），从英文名就能看出——执行核，拥有相比于小核更高的主频、计算机能力，适合处理高性能需求的任务，但能耗也更高。

小核（Efficiency Core，E核），效能核，较大核有着更低的功耗，更好的多线程调度能力，能够处理低负载多请求的任务，例如浏览网页、查看文件等。

Intel引入这一设计的初衷就是让”专核“干”专事“以达到更好的cpu利用效果。例如一个软件有多窗口、有文本、有动画，如果内核能够让创建多窗口和文本时调用小核去处理，运行动画时调用大核去处理，两者互不影响，性能既得到充分使用，能耗尽可能小，软件会被完美地运行。

但现在为什么许多用户对Intel的”大小核“设计有很大意见？原因有几点，一点是大小核之间的切换有不可消除的系统响应时间，如果应用程序频繁切换大小核，那延迟会很明显。第二点是小核的能耗比大核低很多，需要的供电也会少许多，如果频繁切换大核，那么会出现大核供电不稳定，供电不足，性能降低的情况。第三点，是部分常见的操作系统没有对大小核调度做好适配，如windows10，由于缺乏对大小核结构的识别策略，仅有默认的内核调度策略，可能会出现”一核有难，九核围观“（一个内核承受了所有）的困境，或者全部用大核（小核占了核数但不干事）、全部用小核（性能不足）的问题。因此在购买12代酷睿后的处理器时就需要考虑windows11或者其他适配该设计的操作系统了，否则传统的全大核处理器可能会更合适。

实际上，内核调度问题不仅在大小核架构上出现，在一些跨平台的移植软件上会更加明显，经常出现在其他架构下流畅运行的软件在另一架构的高性能机上运行卡顿甚至崩溃的情况。

四、内存

内存不必多说，但值得注意的是内存在进入DDR时代后，有一个单位的转换。MH/s表示每秒总线传输百万次数，老的单位是MHz表示总线的传输频率。由于DDR技术使得内存能在一个传输周期中传送数据两次，因此DDR5的入门速率4800MH/s=2400MHz，换算成比特率为4800MH/s×64b=307.2Gbps。现在一些测量软件还是用MHz做单位，而生产商基本已使用MH/s代替MHz。

五、硬盘

我们在选一个合适的硬盘时会考虑很多问题——硬盘的传输协议是否先进，主板总线是否够承载数据传输，接口是否适配，这三者有一项拖后腿都可能导致无法发挥硬盘的正常性能或者正常使用。

1、传输协议

现在流行的传输协议有三种：

AHCI（Serial ATA Advanced Host Controller Interface,高级主机控制器接口）是由Intel主导、联合、AMD等多家企业共同制定（2003）的SATA存储设备硬件接口规范，最初是为了硬盘能适应即将到来的64位主机，赋予SATA硬盘更多端口、64位寻址、热插拔、甚至LED活动指示灯等，规范最后更新于1.3.1（2014年）。

NVMe（NVM Express^@，Non-Volatile Memory Express，非易失性存储器接口规范）是由NVMe联盟（成员包含三星、英特尔等）制定（2011）的行业规范，专为固态硬盘（Solid State Disk）设计的一系列行业规范的总称，包含存储器接口规范、存储器模块规范、I/O指令集、传输协议等内容，几乎定义了新一代SSD的所有细节，最新版本日期为2026/08/04。

SCSI（Small Computer System Interface,小型计算机接口）是一个庞大的标准家族，在上世纪80年代初期被提出时是为了解决各类存储设备于计算机系统之间的传输需求。早期的存储设备考虑的是增加并行信号线的数量以提升数据传输速度，但随着存储设备向提高频率方向发展，并行方案越来越不适用，最终在2003年规范停止更新，不过其中的许多子指令集（SPC、SBC等）直到今天还在更新并服务于各类存储设备。SAS是SCSI在串行传输规范的继承者。

实际上传输协议并没有在规范上限制存储设备的传输速度，因此我们常常讨论的硬盘速度实际受制于总线和接口。主板制造商在制造主板时就已经设计好了适配的主板总线和接口，因此消费者只需要考虑主板上是否设计有对应的硬盘接口，以及主板总线是否能承载硬盘。

2、总线标准

总线标准有三种：

SATA（Serial ATA，Serial Advanced Technology Attachment，串行高级技术附加装置），是由Intel、IBM、戴尔等公司共同提出（2001）的硬盘接口规范，规定SATA硬盘的物理接口、数据编码格式(8b/10b编码)、主机与硬盘间的传输方式等，SATA既是总线标准也是接口标准。该规范到目前为止一共有三个大版本：

现代主板已经不提供1.0接口，可以通过看颜色来快速分辨2.0接口（黑色）和3.0接口（蓝色）。另外SATA 3.0理论带宽上限为600MB/s，因此只要走的是SATA总线，无论是固态硬盘还是机械硬盘都只有这个速度（不过由于固态本身性质原因，一般会快一些）。

PCIe：这个之前有解释。

SAS（Serial Attached SCSI,串行连接SCSI）作为SCSI的串行传输版本，其中规定了与其他SCSI协议家族之间的通信方式，以及与标准ATA模块之间的关系。现在主要用于服务器、工作站等需要存储设备阵列的场景（什么商场监控也算）中，提供多硬盘级联，即一个SAS控制器能够控制128-16384设备（硬盘）。SAS控制器可以向下兼容（直接安装）SATA硬盘，但个人电脑的SATA接口无法向上兼容（需要额外配置SAS控制器或者转接设备）SAS硬盘。SAS到目前为止共有4个版本，SAS 1.0 3Gbps（2005）、SAS 2.0：6Gbps（2009）、SAS 3.0：12Gbps（2013）、SAS 4.0：24Gbps（2019）。

3、主板接口

主板接口：SATA、mSATA（硬盘体积更小）、M.2、PCIe、SAS等。

M.2本质是物理外形规范（规定了接口和硬盘外形），主要目的是缩小硬盘体积以适应移动设备（笔记本、平板等），不定义总线标准，而是通过接口去适应SATA、PCIe、USB等多种总线（即速度有多快取决于主板M.2接口连接的总线标准）。根据金手指上的防呆口（key）位置（硬盘标签朝上看）将M.2硬盘分为三类：

4、硬盘协议关系

硬盘三方面，任意一方面拖后腿都会成为其性能瓶颈。