主板芯片组 板卡上的元器件逐个数(3)

我们花了两期时间为大家介绍了
PCB的相关内容。如果说PCB是主板的“身躯”，那么芯片组就是主板的“大脑”和“脊椎”。这些重要的“大脑”和“脊椎”都有哪些功能、有什么作用呢？本期就带大家进入主板芯片组的世界。

说起CPU，大家都认为是整台电脑中重要的部件；说起GPU，大家也会认为没有它不能显示绚丽的3D画面。那么说起芯片组，大家又有什么看法呢？芯片组是主板核心的部分，它决定了主板的性能高低。以往，参照在主板上所处位置的不同，芯片组又分为北桥芯片和南桥芯片，其中，北桥芯片又占据了主导地位，那么它们各自起到什么作用？而现在，芯片组又呈现了融合的趋势，从双芯片到单芯片，从单芯片到逐渐被CPU“吞噬”，这个过程又是怎么回事呢？

PC系统中的物流中心—芯片组的作用

大家都知道，CPU就像系统的大脑，负责处理各种各样的数据。但这些数据是谁送过来，谁调配出入的呢？这就得找我们本期的主角—芯片组了。

双芯片时期的芯片组结构示意图，看起来颇为复杂

芯片组的作用是配合CPU和其它设备，根据系统给出的命令，把CPU需要的数据合理分配，该存储的存储，该读取的读取，该删除的删除。如果把电脑比喻为一个大工厂的话，CPU是生产与控制中心，内存是物料中转站，硬盘是仓库，芯片组则是物流中心。物流中心根据生产中心的需求，将大工厂内的物料按需调配，并保证这些物料在传输过程中不出问题。从这个意义上来说，物流中心的地位也是非常重要的，如果没有物流中心，生产中心肯定无法顺利得到原材料供应，也就不可能完成生产任务，至于仓库和物料中转站就更难以顺利运转了。没有芯片组这个物流中心发挥作用，整个系统肯定会处于乱糟糟的瘫痪地步。

那么这个物流中心到底怎样调度数据的呢？不要着急，芯片组自有一套好办法，请继续往下看吧！

条条大路通罗马—芯片组的总线

说起芯片组，有一个永远绕不过去的话题，那就是总线。总线的名字看起来很奇怪，实际上理解却很简单。打比方来说，京广铁路是我国重要的铁路干线，北京到广州的绝大部分货物、客源都得走京广线。总线，就是电脑的京广铁路，CPU到北桥、北桥到南桥、显卡到北桥都需要修路，这些路就像生活中的铁路一样，将各个重要的“点”串联起来。没有京广线，北京到广州的物流客流就不通畅；没有总线，系统中各个地方的数据传输肯定无法保证。说到这里，总线的作用就呼之欲出了—总线是连接主板或安装在主板上的各个重要部件之间的“交通要道”，几乎所有的数据流都得服从总线的调配。

单芯片结构示意图，整个系统看起来要简洁一些

那么总线和北桥又有什么关系呢？我们先来想想，京广线这么庞大的铁路，肯定得安排一个专门的调度机构，要不然列车根本就不能正常运行—你要往北，我就偏往南，大家很快就堵在一起了。北桥内部包含了总线的调度部分，专门负责各种各样的数据传输调度。传统的架构中，CPU只能通过前端总线和北桥链接，而前端总线又负责了CPU和南桥、CPU和显卡等重要部件的通讯，在这种情况下，北桥就只好根据“先来后到、轻重缓急”来区分这些数据传输要求，着急的排在前面，不慌的排在后面。如果没有北桥内部的总线调度机构，所有的数据都得挤在一起，谁也别想落个好。

早期的芯片组分工非常清楚，因此终产品也是“分居”的—北桥和南桥各司其职。北桥负责疏通CPU、内存、显卡、南桥之间的数据，南桥负责硬盘、网络、声卡、USB等设备的数据并通过北桥传输给CPU等重要部件。南桥和北桥之间的数据沟通采用专门的总线连接。不过，随着时间发展，这种“分权合作”的方式很快又不能满足需求了，接下来，总线会发生什么样的变化呢？

分权合作还是中央集权—芯片组总线的进化过程

我们说过，传统的架构中北桥拥有总线的调度权力。典型的情况出现在Pentium 4、Core 2 Duo、Athlon XP等处理器以及与之搭配的芯片组上。这些处理器都通过前端总线和北桥相连。也就是说，前端总线是CPU统管系统、收发数据的唯一通道。

这样做在早期的好处很多，比如数据设计简单、传输速度也不错，集成化的北桥也能很好的满足系统数据传输“分工明确”的需求。不过随着CPU的性能渐渐提高，前端总线的传输带宽却难以跟上CPU对数据带宽“饥渴”的需求。比如Core 2 Duo的高主频普遍提升到了2.8GHz甚至3GHz，但前端总线频率始终难以跨越1.6GHz这个门槛。这样发展下去肯定会阻碍CPU性能的进一步提升。

技术人员想了很多办法，后决定：与其让CPU在不断的等待中浪费时间，干脆另外修一条路，直接通向内存甚至GPU。这就好比京广线不够用了，干脆再修一条京九线，不但大大缓解了京广线的压力，还能带来不少的好处。在CPU内置了内存控制器后，由于CPU读取内存数据不再需要经过北桥，步骤少了一环，需要的时间也少了不少，数据延迟大大降低。但是，这条路修起来之后，会对“物流中心”芯片组产生什么影响呢？这就是芯片组从双芯片到单芯片的转折点了。

合二为一还是兼并联合—越来越“小”的芯片组

CPU有了内存控制器，芯片组的作用就大大弱化了。典型的例子就是在发布了Athlon 64处理器后，作为当时AMD平台大芯片组提供厂商的NVIDIA，干脆将原有北桥剩下的PCI-E总线和其它设备以及南桥“打包”，做成单芯片nForce 4出售。从此开始，芯片组功能弱化、CPU集成化的趋势就越来越明显。

相比AMD，新一代的英特尔Core i7/i5/i3处理器就更进一步，北桥已经和CPU“合为一体”，因此在主板上只布置了功能类似于南桥的单颗芯片，这也是P55、H55芯片组都是单芯片产品的根本原因。

CPU彻底“吸纳”了内存控制器和PCI-E总线控制器等重要部件后，主板上的重要功能就基本上全部被CPU“包圆”了。从目前的发展情况看，在不远的未来，南桥所统管的磁盘、外设类的控制器很可能都会被CPU“包容并兼”，那个时候芯片组就彻底“消失”。除了BIOS、供电、I/O接口等设备所需的芯片外，主板上就只剩下大量的插槽和接口。

总的来说，从早期的主板上遍布芯片，到芯片组分工协作，以及现在的单一芯片，未来的主板将很可能只剩下插接件。这符合人们追求更简约、更简单的生活的要求。

本期看点

1.芯片组是主板的“大脑”，在整个PC系统中起到物流中心的作用。
2.北桥芯片是芯片组起主导作用的部件，负责数据传输的调度工作。南桥芯片则主要负责I/O接口的控制，I/O总线的通信，比如USB、SATA、音频、键盘等，都是交由南桥来管理和协调。
3.传统架构芯片组的很多功能都整合到了CPU当中，当芯片组越来越简单的时候，主板的重要性也在逐渐降低，PC系统的结构也会更加简单。

下期预告：在下期，我们将给大家带来GPU核心的相关知识。