電腦達人養成計畫 4-1：主機板的基本組成與架構

系統架構概觀

要討論主機板與晶片組之前，我打算從系統架構開始著手，這樣應該可以帶給大家一個比較「整體且全面」的觀點，此外，雖然近年來系統架構有整併的趨勢，但我希望能夠完整呈現整個架構，所以會先選用比較舊一點的架構來當範例，之後才會提出近期常用的架構讓大家能夠容易比較之間的不同。

上圖的架構是由 Intel 3 系列晶片組 (以 P35 為例) 與 Core 2 系列處理器所組成，出現的年代大約是 2007 年中附近，我們可以看到中間有兩顆大的晶片 (其實在主機板上也相當顯眼)，分別是 P35 與 ICH9，其中 P35 就是晶片組中的北橋晶片 (Northbridge)，又被稱為 GMCH (全名是 Graphics and Memory Controller Hub) 或 MCH (Memory Controller Hub)，從名稱中可以很明顯地知道這個晶片會負責連結顯示卡與記憶體，同時也因為這兩項設備是電腦中速度比較快的 (基本上僅次於處理器)，所以需要放在離處理器比較近的位置並與處理器直接連接，因此通常在主機板中比較偏上面或中間的位置，這同時也正是北橋這個名稱出現的原因。

按：CPU 與北橋晶片之間的那條線其實就是以前提過的前端系統匯流排 (FSB, Front System Bus)，至於在 3 Series Express Chipset 或更早期的 Intel 架構之中連接南北橋之間的則是 DMI (Direct Media Interface) 匯流排，這個名稱則首見於 2004 年的 ICH6 南橋晶片上。

而 ICH9 就是南橋晶片了 (名稱的由來就是位置通常在主機板上比較偏下方一些的地方)，全稱則是 I/O Controller Hub，顧名思義就是負責連接各類輸入、輸出裝置的晶片，連接的設備相當多樣，包含硬碟 (SATA/PATA 介面)、網路介面、用於非顯示卡的其他擴充卡之 PCI Express 或 PCI 通道、USB 連接埠、音效晶片等，而我們在討論晶片組 (Chipset) 這個東西時，實際上就是在指南橋與北橋這兩顆晶片。

看完早期的傳統架構之後，接下來是更接近現代一些的 X58 晶片組系統架構 (在 2009 年作為面相高階市場的 HEDT 平台而推出)，在下面這張圖上你可以很明顯的發現最大的不同在於記憶體改成直接與處理器連結了，這是 AMD 先採用的設計，將記憶體控制器整合到 CPU 中 (IMC, Integrated Memory Controller)，以提高記憶體與處理器之間的頻寬與傳輸速度。

因此在 X58 架構當中很明顯可以發現北橋晶片的任務少了一半，只剩下與高速 PCI Express 通道連接的任務，所以改名稱為 I/O Hub (IOH)，同時由於搭上了多顯示卡 (SLI 或 CrossFire 技術) 的熱潮，所以 X58 能夠連接的 PCI Express 通道數大增一舉來到了 36 條之多，於是為了滿足因 PCI Express 通道數大增而大幅提高的頻寬需求，因此 Intel 在處理器與 X58 之間用上了 Intel QuickPath Interconnect 匯流排 (QPI) 連結 (如同前面談過的，相當類似 AMD 的 HyperTransport)，頻寬足足可以達到 25.6 GB/s 之多，比以前同時要負責記憶體通道與 PCI Express 通道的整個北橋晶片可用的頻寬還大。

而相較於北橋的天翻地覆，在 X58 架構中南橋基本上就沒甚麼變化了，然而改變並沒有在此停歇，X58 實際上是唯一一代使用這樣架構的系統，稍晚一點出現並且同屬 5 系列晶片組的 P55/P57/H55/H57/Q57 系統上又使用了不同的架構。

如果你還記得在 CPU 介紹時我提過第一代 Core i 處理器的入門與主流版本開始整合了 PCI Express 控制器的話，或許你會想問：那我們還要北橋晶片幹甚麼？

的確，隨著北橋的功能完全被 CPU 吃了下去，北橋晶片也就沒有繼續單獨存在的必要了，於是從 P55 平台開始的晶片組實質上就只剩下南橋一顆，但習慣上我們還是繼續稱其為晶片組 (雖然只剩下一顆)，而此時我們也賦予了這顆晶片一個新名字，稱之為 PCH (Platform Controller Hub)，所以實質上今天我們指稱的晶片組其實是南橋晶片，並不是一般而言被認為比較重要的北橋，從 P55 以降的所有 Intel 晶片組大致上都是延續這樣的設計。