电脑硬件基础知识充电之三（主板篇）

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本篇文章摘于本人博客:http://yangjieyj1987.blog.163.com/
主板！大家关心什么？现在的热点和焦点是什么？热管？全固态？前端总线（FSB）？做工？用料……很多是吧？没关系！为什么网上参数差不多的同芯片组的产品价格从几百到几千，差距这么大，很困惑？也没关系！！
[热管]
热管主要是利用工作流体的蒸发与冷凝来传递热量（热管工作流体涵盖从低温应用的氦、氮，到高温应用的钠、钾等液态金属；较为常见的热管工作流体则有氨、水、丙酬及甲醇等）。热管技术早在1963年就在美国的LosAlamos国家实验室中诞生了，其发明人是G.M.Grover。诞生早期主要应用于宇航、军工等行业，后来在冶金、化工、交通、机械以及电子技术等行业都有了广泛应用。现在，热管已经成为市面上一些中高端PC散热的主流配置部件，相比于传统金属散热器，热管散热器具备低噪声、高效能的技术优势，随着技术不断成熟和大规模的生产应用，热管的价格也越来越容易接受。
热管一般是由管壳、吸液芯和端盖三个部分组成。将管内抽至较高的真空度后充以适量的工作流体，使得紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。热管有两端，分别为蒸发端（加热端）和冷凝端（散热端），两端之间根据需要采取绝热措施。当热管的一端受热时（即两端出现温差时），毛细芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在压差之下流向另一端放出热量并凝结成液体，液体再沿多孔材料依靠毛细作用流回蒸发端。如此循环不已，热量得以沿热管迅速传递。由于蒸发——冷凝的传热过程中，管内工作流体处于饱和状态，因此热管几乎是在等温下传递热量。
从热管工作原理来看，它充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量，具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点，并且由热管组成的换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小等优点。
因此，相对与传统的金属热传导散热器来说，热管的导热效率无疑更高，对于超频玩家来说，由于处理器处于非常规状态下，发热量时常是相当恐怖的。这时候采用热管的散热器能令系统更稳定，同时也提高了超频成功率。
需要指出的是，由于热管中需要通道流动液体与气体，因此在使用中非常忌讳弯曲。有技术文档显示，热管每做一个180度的弯曲，就会降低大约37％的热传递效能。而在实际应用中，热管不可能不弯曲，为了保证不降低热传递性能，一般会采取两种措施：一是尽量合理走线，避免无谓弯曲；二就只能以增加热管数量来弥补，有的采用2根，4根，甚至有达到夸张的12根。
看到优势的同时，我们也应看到它的不足之处：
1.成本较高——相对传统的铜、铝合金等金属，材料成本提高了数倍以上。
　　2.加工复杂——由于增加了热管这种相对独立且细长的元件，散热片的成形过程复杂了很多，需要更多的人为干预，提高了加工成本，限制了产量。
　　3.存在介面阻抗——采用热管进行吸热底到鳍片的热传导，不可避免的需要将三者连接起来，则必然会产生介面阻抗，且由于热管对加工条件的一些特殊要求（例如温度——当热管温度超过一定水平时，会由于内部压力过大而爆炸），无法采用一些可获得低介面阻抗的结合工艺，难免损失一些性能。
　　4.易损坏——热管的正常工作要求完全的密封及吸液芯结构的完好，因此外部的物理损伤非常容易导致性能的大幅甚至全部丧失。与之相比，传统的散热片就要“坚强”得多。
　　5.工作温度不合适——虽然目前市场上散热器所采用的热管均为0～250℃的常温热管，但实际上目前半导体芯片正常工作的温度（不超过100℃），不足以令热管发挥出完全的效果，即无法达到最大热传导功率。因此，除非对热管工质进行大幅改进，或提高半导体制造工艺，令其可于高温下稳定工作，否则热管散热器就无法发挥出全部效能。
笔者小结： 在产品规格和性能参数大量同质化的今天，各个品牌为了突出自己的产品，都纷纷在散热器上面大做文章，顿时，散热器除了原来的散热功能之外，更走上了区分产品外观、价格甚至定位的畸形道路。没错，更大块头更帅气的散热器的确能让产品更加靓丽，满足用户爱美的心态，但是回归到实际使用过程中，散热器更应该回到够用，实用和提升散热技术的宗旨。
[全固态]
全固态电容设计主板最早出现于服务器领域。由于服务器主板长时间工作在机柜当中，液态电解电容很容易在恶劣环境中出现故障，全固态电容设计便应酝而生。
在主板厂商的大力宣传下，全固态电容设计主板逐渐在小范围内迅速传播，其中包括超频玩家、MOD改造玩家。随后，一线主板厂商在全固态电容设计主板的普及上起到了推波助澜的作用，彻底把全固态电容的设计理念普及到了主流市场。
需要了解的是，全固态电容设计属于对主板抗损耗的增强性质，其并不能直接对主板性能产生影响。在恶劣环境和温差较大极限超频中，全固态电容设计主板的稳定表现的确更加出色。但是这是在不计成本的条件下而谈的，对于仅限于应用层面的消费者来讲，并不能直接感受到全固态电容与普通电解电容设计主板之间的差异；而且桌面PC使用环境相对来讲比较理想，大部分桌面PC的使用周期也是间断的，所以我们要考虑一个投资回报率的问题。
另外，采用全固态电容设计确实可以提升主板的稳定性能，但并不是主板所有模块使用固体局聚合物电容都合理。例如，固体聚合物电容法拉较小，某些模块必须使用多颗电容才能满足需求。更重要的是，固体聚合物电容并不适合作为音频模块滤波元件，对音频信号纯净度存在一定影响。所以说，并不是整个主板全采用固体聚合物电容才是好主板。华硕高端全固态主板均提供独立音频模块，避免了此问题的发生。
这里只介绍“全固态电容设计”这个概念，详尽的电容知识介绍在[用料]部分推出，请继续关注。
[前端总线]
前端总线是将信息以一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的一组传输线。通俗的说，就是多个部件间的公共连线，用于在各个部件之间传输信息。常以MHz表示的速度来描述总线频率。前端总线的英文名字是Front Side Bus，用FSB表示，是将CPU连接到北桥芯片的总线。选购主板和CPU时，要注意两者搭配问题。一般来说，如果CPU不超频，那么前端总线是由CPU决定的；如果主板不支持CPU所需要的前端总线，系统就无法工作。也就是说，需要主板和CPU都支持某个前端总线，系统才能工作，只不过一个CPU默认的前端总线是唯一的，因此看一个系统的前端总线主要看CPU就可以。
北桥芯片负责联系内存、显卡等数据吞吐量最大的部件，并和南桥芯片连接。CPU就是通过前端总线（FSB）连接到北桥芯片，进而通过北桥芯片和内存、显卡交换数据。前端总线是CPU和外界交换数据的最主要通道，因此前端总线的数据传输能力对计算机整体性能作用很大，如果没足够快的前端总线，再强的CPU也不能明显提高计算机整体速度。数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率，即数据带宽＝（总线频率×数据位宽）÷8。前端总线频率越大，代表着CPU与北桥芯片之间的数据传输能力越大，更能充分发挥出CPU的功能。现在的CPU技术发展很快，运算速度提高很快，而足够大的前端总线可以保障有足够的数据提供给CPU，较低的前端总线将无法供给足够的数据给CPU，这样就限制了CPU性能得发挥，成为系统瓶颈。
显然，在同等条件下，前端总线越快，系统性能越好。
[CPU供电部分]
主板中一个很重要的部位则是CPU供电部分，其优劣程度是衡量主板品质的重要标准之一。CPU耗电量瞬息万变、极不稳定，而CPU所需要的电流必须要纯净。从机箱里的电源流出来的电流是不纯净的，会出现很多尖峰和杂波，这些尖峰和杂波都可能会使CPU运行不稳定，因此主板必须对这些不纯净的电流进行净化、过滤才能够提供给CPU。主板供电部分的元件主要有扼流线圈（就是我们常说的“相”）和电容，原始的电流首先要流向扼流线圈，它可以初步过滤掉一些高频的杂波，然后经过初步过滤的电流再进入电容进行进一步过滤。电容的主要作用就是将一些电流的尖峰和杂波进一步过滤，以此保证各部分供电的稳定性。可见，扼流线圈（就是我们常说的“相”）是一次过滤，电容是2次过滤。这里先讲一次过滤。 目前普通主流以3相4相为主，中高端有用6相，8相甚至12相。无论多少相，目的都是提供稳定干净的电流。相数越多，每相分担的负荷越低，理论上更稳定长寿，提供的电流也更纯净。 值得一提的是，现在大家的焦点都集中在关注是几相上了，忽视了其他。良好的3相供电强过粗糙的4相供电，这是事实。那么我们除了关注几相，还应关注些什么？
每相配备的MOS管。这很重要，部分4供电相电主板，每相才配备2个MOS 管，无疑是大打嗜头牌子。另外MOS管散热也很重要，不可忽视，大家可以看到某些高端的主板，不但有连接南北桥的热管，还涵盖了极端供电部分MOS管散热，连成一片；如果再夸张一点，热管线路兼顾内存，整个路线就在整个CPU四周环绕。
电感。全封闭式电感更稳定，高效。另外，部分厂家还有采用数字供电模式的主板，这种供电方式比普通供电方式更先进，同等条件下，价格合适值得考虑。
所以，CPU供电部分并不是相数越多就越好，精良与否才是关键。
[整体布局]
设计良好的主板，整体的布局，包括芯片的摆放、电容和接插件的位置安排都有学问，好的主板应符合繁而不乱，紧密有序的特征。
如果一款板子布局零乱，实现某一功能的芯片和相应的电容电阻之类的元器件相隔较远，主板电路势必出现交叉和干扰，进而影响到系统的稳定性和超频能力。例如某些使用热管的主板，由于走线设计不合理，热管为了躲避电容，内存插槽，模块等元件，被迫做得歪歪拐拐，不了解的朋友还以为这样很“好看”，其实不然，这样会降低散热效率，影响散热效果（上面热管部分也有介绍）。厂家当然不会自己截自己的“短”，对于不了解的消费者，能蒙一个是一个，能骗一个是一个。
各种接口的位置摆放，通常最好的做法是把所有接口放到板子的边缘，从而方便拔插。假如一款主板的IDE接口被放到了主板中央位置，很显然是不符合标准的，因为这势必会造成IDE排线对其他设备比如CPU风扇和各种扩展卡之类的纠缠和冲突，这样的板子显然是设计的时候欠考虑，使用的过程中也会造成不少不必要的麻烦。
主板布局还有一个部件位置间距的问题。如果某些插槽和其他部件之间距离太近或者不合理，就可能会影响到内存或者显卡等部件的安装。1.CPU插座的位置很重要：如果过于靠近主板上边沿，则在一些空间比较狭小或者电源位置不合理的机箱内会出现安装CPU散热器比较困难的情况；2.同理，CPU插座周围的电容也不应该靠得太近，否则一是安装散热器不方便(甚至有些CPU大型散热器根本就没法安装)，二则有可能损坏电容；3. ATX电源的位置，几乎每块主板的ATX电源接口位置都不太一样。比较合理的位置应该是在主板上边沿靠右的一侧或者在CPU插座与内存插槽之间，而不应该出现在CPU插座与左侧I/O接口之间。这样可以避免一些电源的接线过短的尴尬，也不会出现妨碍CPU散热器安装或者影响CPU周围空气流通的问题；4. 安装比较长的AGP显卡后，与显示卡相邻内存插槽的卡扣会不会打不开。如果为换内存而必须把显卡拆下来，那就比较麻烦了；另外，内存插槽也不应太靠近主板右侧边沿，否则有可能会导致安装光驱时光驱与内存条相碰……问题看似细微，需要注意的实在很多很多。
还有一些标准性的概念和判断依据，本文推荐列举几个： 1、时钟线等长概念
在一块主板上，从北桥芯片到CPU、内存、AGP插槽的距离应该相等，这是主板设计的基本要求，即所谓的“时钟线等长”概念。作为CPU与内存连接桥梁的北桥芯片，在布局上是很有讲究的。例如，部分有开发实力的主板厂商，就在北桥芯片的安排布局上采用旋转45度的巧妙设计，不但缩短了北桥芯片与CPU、内存插槽及AGP插槽之间的走线长度，而且更能使时钟线等长。
2、蛇行走线的误区
蛇行线是一种电脑主板上常见的走线形式（玩过诺基亚手机游戏《贪食蛇》的人应该不会陌生）。主板上的走线设计是一门专业学问，有人认为蛇行线越多就说明有越高的设计水平，这个观点是错误的。
其实，在一块主板上采用蛇行线的原因有两个：
一是为了保证走线线路的等长。因为像CPU到北桥芯片的时钟线，它不同于普通家电的电路板线路，在这些线路上以100MHz左右的频率高速运行的信号，对线路的长度十分敏感。不等长的时钟线路会引起信号的不同步，继而造成系统不稳定。故此，某些线路必须以弯曲的方式走线来调节长度。 另一个使用蛇行线的常见原因为了尽可能减少电磁辐射(EMI)对主板其余部件和人体的影响。因为高速而单调的数字信号会干扰主板中各种零件的正常工作。通常，主板厂商抑制EMI的一种简便方法就是设计蛇形线，尽可能多地消化吸收辐射。
我们应该看到，虽然采用蛇行线有上面这些好处，但是也并不是说在设计主板走线时使用的蛇行线越多越好。因为过多过密的主板走线会造成主板布局的疏密不均，会对主板的质量有一定的影响。好的走线应使主板上各部分线路密度差别不大，并且要尽可能均匀分布，否则很容易造成主板的不稳定。 3、忌用“飞线”主板
判断一块主板走线的好坏，还可以从走线的转弯角度看出来。好的主板布线应该比较均匀整齐，走线转弯角度不应小于135度。因为转弯角度过小的走线在高频电路中相当于电感元件，会对其它设备产生干扰。
而某些设计水平很差的主板厂商在设计走线时，由于技术实力原因往往会导致最后的成品有缺陷。此时，便采取人工修补的方法来解决问题，这种因设计不合理而出现的导线，称之为“飞线”。如果一块主板上有飞线，就证明该主板的走线设计有一些问题。
看主板的整体布局多积累才能需要很产生“功力”，大家可以通过多比较来产生感觉，有条件的可以没事到卖场多转转，多看看。注意：尽量多看实物，图片有选择性的参考（某些网上图片处理过）。
[PCB]
PCB是主板的主载体，其品质好坏很重要。好比一个体格孱弱的人，再怎么穿金戴银，再怎么有才华修养，也免不了早死的厄运。辨别PCB板的一个简单方法是看层数，一般来说，层数越多主板各部分线路之间发生干扰和冲突的几率也就越小，物理应力抵抗性越强，接插件和长期使用过程中不容易产生变形扭曲，从而使得主板的稳定性和超频能力也会相应提高不少。通常情况下，主板的PCB层数至少要达到四层才能满足需要，而高端主板通常都会采用高价格的六层板甚至八层板。
不过，PCB板的层数很难用肉眼去识别，有些PCB版的厚度很小，却是很高级的8层板。不过，这并不是说我们就没法辨别PCB的好坏，笔记本抛开不说，普通台式电脑的主板还是可以大致检验出来的，标准是：好的PCB厚且柔韧。厚并不能说明PCB层数多，而且有时越是层数越低的板子越厚，但是加上柔韧这个指标就不一样了。好PCB在生产中会考虑应力的影响，譬如你上螺丝或安装设备时，PCB要能承受一定的弯曲，否则很容易损坏。一般的4层板柔韧程度有限，层数上到6层后柔韧程度会提高一些。检验的时候可以握住板的两端，往中间稍微用力，就能基本感受出这块板的柔韧度（不要用力过猛哈，否则折了谁买单？忽忽）。
需要补充的是，PCB的颜色并不能代表品质，色彩只不过是层防锈漆，主起保护作用，相当于主板的“皮肤”。现在说到“黑板”大家都觉得是高端，其实没实际依据。不过，由于主板故障会导致某些部位出现烧毁的黑色痕迹，如果使用黑色PCB板，由于颜色混淆，理论上会加大故障排查难度。从这个角度来说，可以反映厂家对这块主板品质的信任，自信可以将故障返修率控制在一个可观的位置，所以就出现了现在“黑板”即高端的说法。其实从没有一个生产厂家主动说过黑板就是高端，只有某些枪文才不停的说什么“采用黑色PCB的XX高端主板”。
还是那句话：大家用了好，才是真的好！管它什么说法不说法。
[用料]
用料是影响主板品质的一个最重要的指标。俗话说：巧妇难为无米之炊。主板的用料主要包括电容和接插件。
对电子产品来说，电容是必备的元件，在电子电路中起到振荡、滤波、耦合等作用。针对主板，电容主要起到保证电压和电流稳定的滤波作用。如上文CPU供电部分我们已经讲过，电容在CPU供电部分属于2次过滤。
现在主板上我们常见的身影是固态铝质电解电容和普通的电解电容。固态电容全名为固态铝质电解电容，是除了钽电容外最高端的电容，它采用高导电性分子材料，而普通的电解电容采用的是电解液，就是我们常说的电解电容。[铝电容容量较大、价格较低，但易受温度影响、寿命相对较短；而且随着使用时间会逐渐失效；钽电容寿命长、耐高温、准确度高，不过容量较小、价格高。由于钽电容的精密度更高，价格也更加昂贵（通常一颗钽电容的价格可能是铝质电解电容的好几倍甚至更高）。
目前以日系的电容的产品质量最好，无论是固态电容还是电解电容。固态电容的代表Sanyo三洋最有名气，在高端板卡上都有它的身影；Fujitsu是二线厂家，不过它的固态电容也很有名气，属军工级电容。电解电容方面，Nichicon蓝宝石或者叫尼康；Rubycon红宝石都是比较牛X的代表。
通常，电解电容采用塑料包皮包裹电容，而固态电容则是由铝壳包裹，当然也有一些个别的例子，著名的三洋固态电容则是采用紫色的塑料包皮，一些电解电容却采用了铝壳包裹。那如何分辨“固液”就需要另一个观测方法：电解电容顶部有类似十字或K字的防爆纹，主要作用是缓冲（防爆浆）；固态电容由于几乎没有爆浆可能，则一般没有这样的纹理。只有部分品牌极少的固态电容出于安全考虑采用了防爆纹，比较常见的是黄色的富士通R5级固态电容，我们只要记住这极少的几个，就能基本准确地辨认出哪些是固态电容，哪些是电解电容。
固态电容相比液态电容有优势，但我们不应否定电解电容的好处。实际上，由于成本较高以及容量限制，普通家用主板电容的主力还是要由它来担当，而电解电容本身也是存在三六九等的。大体来说，目前主要可以分三个档次：第一档次是以Rubycon红宝石等为代表的日系电容；第二档次是一些台系大厂的台系电容；其他小厂的产品归为第三档次。三者价格也依次拉开。通常大厂的中高端主板产品都会全盘采用日系高品质电容，也有部分厂商出于品质和稳定性的考虑在低端产品中采用日系电容。
用料的高档还要配合精密的设计。大小电容精密配合，保证提供纯净电流才是关键。否则主板就仅仅是一个堆砌场，一块普通电路板都能干的事情，值得我们花那么多米吗？
除了电容之外，主板上的接插件也是重要的一环。好的插件也是有品牌的，FOXCONN是使用最多的产品，质量最好；另外AMP的产品也不错。如果你的主板插件是些不知道品牌的小牌子，板子的档次基本上可以确定不高。
接下来就应该从内存，显卡扩展槽和磁盘扩展接口方面来选择了。有内存双通道，硬盘RAID阵列还有显卡SLI交火需要的的朋友应该注意这些。另外，内存供电部分的设计是否完善，有无偷工减料（对内存超频很重要），都值得我们注意。背部的接口方面，USB接口、同轴音频输出口、eSATA、IEEE1394等是否具备，这些都要根据自己的需要来选择。虽然我们不应该盲目追求一些自己用不上的东西，但大家如果有这些方面的要求，就必须要细心考虑。
最后来说说超频
我们都知道CPU 寿命是至少十年,几十年，甚至有人说正常使用根本不会坏。即便拿来OC减个几年寿命都无所谓。但是主板却不是这样，主板长期处于超频状态不但对系统的稳定有影响，对整个硬件环境也会造成伤害；而且超频以后，可能会有很多小毛病随之而来，谁都不希望自己的主板没过保质期就夭折吧？可能有些朋友知道，我帮群里的小A同志配了一台机，用技嘉 GA-P35-DS4将他的E4400超至3.33G（前端总线正好主板默认支持的1333），其实超上400外频也没问题，不过，那样前端总线就达到了1600，主板也处于超频状态，照这个板的体质，顶一段时间应该没问题，不过能顶多久？顶住这段时间会让它减寿多少？对硬件环境会有多少伤害？会有多少莫名其妙的小问题出现……相信谁也说不清。另外，E4400上到400外频，4G的主频有几人用得上？综合起来，我选择放弃。小A，现在能明白我的良苦用心了么？呵呵。
超频用文雅一点的话说是“体验”，说直接点就是“玩”。CPU可以用来玩，不容易坏，我们也玩得起；主板则不然，它不但自身比CPU“小气”太多，而且关系到整个系统稳定和硬件环境寿命，可以说一般人玩不起，也没必要去玩。当然，有米能玩又喜欢玩的不在此讨论范围。
所以，我一直主张CPU适度超频；显卡，内存谨慎超频；主板追求的是稳定，为系统提供一个安全保证。最好不超频。体质实在优秀，加上有必要的，也要非常小心。
[总结]
本文的目的之一是想利用自己浅薄的硬件知识积累分析现今主板的热点焦点和介绍一些识板基础知识，由于水平有限，各个细部可能阐述不全，甚至出现错误，望指正！其实我还有一个我更想表达的重点：一块主板的好坏不是有硕大热管，多少固态电容，8相甚至12相供电等等这些就能决定的。无可否认，这些都很重要，但是如何让这些优势协同，达到资源利用最大化才是关键。如何在有限的资金条件下，选择一款综合性能最强，最适合自己的主板，需要考虑的因素实在太多，不可顾此失彼。厂家和JS也正是抓住主板选择综合因素繁琐以及消费者喜欢盲目追捧的消费心理，大打噱头战术，我们能做的就是：拒绝忽悠，对噱头SAY NO！
当然，需要重点强调的是，我今天说的这些都是在实用经济这个前提下进行，我们需要考虑最大的资源利用化和投资回报率。离开了这个，一切都是空谈。对于追求实用的DIY玩家来说，盲目追捧+不切实际=无视+鄙视。
总之，主板的识别和选择，最能将DIY精神体现得淋漓尽致。