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​那些已经或正在消失的主板接口

2022-09-04 22:56 来源:网络 点击:

那些已经或正在消失的主板接口

曾经主板上有着各式各样的接口,功能相对比较单一,外观上也有着较大的差异,不过都为用户扩展或使用某些功能发挥着自己独特的作用。新技术和新接口的不断涌现,不少接口都已功成身退,有些则生不逢时,只是昙花一现,很快便消失无踪。

目前主板以 USB 和 PCIe 为中心,几乎统一了主板内外扩展的接口标准。随着英特尔和 AMD 新一代平台发布,主板上更多的接口出现的机率会越来越少,逐渐消失在我们的视野中。下面让我们回顾一下,这些年已经或正在消失的主板接口。

ISA

ISA 插槽是 PC 早期常见的扩展槽,一般为黑色,比现在主板上普遍配备的 PCIe x16 插槽还要长。其基于 IBM 制定的 ISA 总线(Industrial Standard Architecture,工业标准结构总线),诞生于 1981 年,采用并行结构,早期为 8 位,后来扩展到 16 位,工作频率为 8MHz,最大数据传输速度仅为 16MB/s,不支持热插拔。

图:最左侧为 ISA 插槽

最初 ISA 插槽是用来搭配英特尔 8086/8088 处理器平台,可以插声卡、显卡、网卡等扩展卡,留下了创新 Sound Blaster AWE64 Gold 这样经典的产品,一直到 20 世纪末的英特尔 400 系列芯片组时期,仍然是主板的标配插槽。

不过由于 ISA 插槽的 CPU 资源占用率高,数据传输的带宽小,从上世纪 90 年代中期开始,使用率就慢慢减少了。进入新世纪后,随着英特尔 i800 系列芯片组的推出,ISA 插槽已逐渐淡出人们的视野,到了 i945 芯片组时期,除了部分工控主板,基本就看不到了。

PCI

PCI 插槽也是在 PC 上存在很长时间的扩展槽,一般为乳白色,相比 PCIe x16 插槽要短一点,且粗一点。其基于英特尔制定的 PCI 局部总线(Peripheral Component Interconnection,周边元件扩展),诞生于 1992 年,仍然采用并行结构,为 32 位或 64 位,工作频率为 33MHz,最大数据传输速度仅为 133MB/s(32 位)或 266MB/s(64 位),一般 PC 上见到的是前者。

图:最左侧为 PCI 插槽

相比于 ISA 插槽,PCI 插槽的数据传输速度提高了不少,满足了相当部分扩展卡的带宽需求,可以插声卡、显卡、网卡、MODEM 等扩展卡,而且有着更好的可靠性,CPU 资源占用率也更低,所以被长期、广泛、大量地采用,各种扩展卡种类繁多。虽然进入 PCIe 时代后,PCI 插槽的作用就已变得非常有限了,但直到前几年,部分采用英特尔 300 系列芯片组的主板上仍可以看到 PCI 插槽,在 PC 主板上前后存在了二十多年,可以说相当长寿。

另外还有一种名为 PCI-X 的插槽,外观相比普通的 PCI 插槽更长一些,和 PCIe x16 插槽比较相像,一般出现在工作站或服务器主板上。其采用的仍是传统 PCI 总线技术,为 64 位,工作频率为 66MHz 或 133MHz,最高可提供 1066MB/s 的数据传输速度。

AGP

AGP 插槽(Accelerated Graphics Port)是在 PCI 总线基础上发展起来的,主要针对图形显示方面进行优化,专门用于显卡。其 1.0 版本诞生于 1996 年,在 PCI 2.1 规范基础上扩充和加强,工作频率为 66MHz,工作电压为 3.3V,1X 和 2X 的最大数据传输速度分别为 266MB/s 和 533MB/s。

图:最靠近 CPU 的是 AGP 2X 插槽

由于图形技术的飞速发展,AGP 1.0 版本已难以满足日益增长的带宽需求,很快便有了 AGP 2.0 版本,也就是 AGP 4X。1998 年推出的 AGP 2.0 版本中,工作电压降低到 1.5V,频率仍然为 66MHz,最大数据传输速度提高到了 1066MB/s。到了 2000 年,AGP 3.0 版本出现了,工作电压降低到 0.8V,可以兼容 1.5V,AGP 8X 最大数据传输速度提高到了 2133MB/s。不过 AGP 插槽仅支持单一设备连接,无法实现多卡互联扩展。

AGP 插槽一般位于最接近 CPU 的扩展槽位置,与现在通常插显卡的 PCIe x16 插槽类似。AGP 插槽会有卡扣,与 ISA 和 PCI 插槽也不在同一水平位置。另外 AGP 插槽有一定的兼容性,比如支持 AGP 8X 的显卡也能插入 AGP 4X 插槽中,只不过带宽会减半,会影响显卡的性能,但是不能插到 AGP 1X 或 2X 插槽里。

在原有的 AGP 插槽基础上,为了满足显卡越来越高的供电要求,在 1999 年衍生出一种名为 AGP Pro 的插槽,比普通 AGP 插槽更长,不过可兼容 AGP 4X 显卡,最高可提高 110W 供电,对散热方面也有相应的要求。当时部分高端主板上可以看到这种插槽,支持这种接口的一般是专业显卡。

AMR

AMR 插槽(Audio / Modem Riser)是英特尔开发的一种扩展槽标准,定义了支持音频及调制解调器功能的扩展规范。由于这类型扩展卡是由接口、模拟电路、解码器、控制器和数字电路等组成,而数字讯号和模拟讯号之间容易相互干扰,英特尔将控制器和数字电路整合到芯片组的南桥中,其他则放置在扩展卡上,从而解决了讯号干扰的问题。

AMR 插槽最早见于集成设计的先驱 i810 芯片组,通过其南桥芯片 ICH 中整合了 AC'97 控制器,搭配 AMR 扩展声卡就能实现完整的软件音效。如果搭配 Modem 扩展卡,数据运算则由 CPU 完成,扩展卡负责转换工作。采用 AMR 插槽的扩展卡在功能上十分有限,而且主板需要相应的驱动程序以及 BIOS 代码的支持,所以厂商提供的产品都很少。

CNR

图:最左侧为 CNR 插槽

CNR 插槽(Communication Network Riser)的思路和 AMR 插槽是一样的,不过设计更为完善,扩展的功能也更为丰富一些。虽然 AMR 插槽和 CNR 插槽在外观上较为相似,但彼此之间并不兼容。

无论是 AMR 插槽还是 CNR 插槽,都缺乏市场支持度,大多都成为了摆设,很快便消失在主板上。

FDD

进入 21 世纪以后,3.5 英寸的软驱就不再是 PC 的标配了,更别说是 5.25 英寸的软驱了。在 Windows 操作系统里,看到的系统盘是 C 盘,相信不少用户都没见过 A 盘和 B 盘,因为这两个盘符对应的是 3.5 英寸软驱和 5.25 英寸软驱。

如果翻开 1999 年或 2000 年的装机推荐配置,或许列表上还能看到 3.5 英寸软驱的身影,安装需要接入的就是主板的 FDD 接口。其外形和 IDE 接口有点相似,不过要更短一些,共有 34 个针脚,连接的排线也会更窄一些。

IDE

IDE 接口也叫 ATA(Advanced Technology Attachment)接口,由 CDC、康柏和西部数据等公司共同开发,有 40 个针脚,诞生于 1986 年,到了 90 年代初开始用在 PC 上,一般常用于硬盘(HDD)和光驱(比如 CD/DVD-ROM)。

早期的 IDE 接口有两种传输模式,一种是 PIO(Programming I/O)模式,另一种是 DMA(Direct Memory Access)模式。

图:内存下方较长的是 IDE 接口,较短的是 FDD 接口

虽然 DMA 模式系统资源占用少,但需要额外的驱动程序或设置,因此早期接受程度比较低。不过随着数据传输速度的需求越来越高,DMA 模式执行效率较高的优势显现,操作系统开始直接提供支持,数据传输速度标准也在不断提高。一个 IDE 接口能连接两个设备,并通过数据线和跳线帽决定主从盘。

英特尔在 430TX 芯片组上,提供了对 Ultra DMA 33(ATA 33)的支持,数据传输速度为 33MB/s,随后伴随硬盘速度的提升,又出现了 ATA 66(66MB/s)、ATA 100(100MB/s)、以及 ATA 133(133MB/s)标准。不过英特尔的芯片组只支持到 ATA 100 标准,由迈拓牵头的 ATA 133 标准只有 VIA,SIS,ALi 以及 NVIDIA 的芯片组才会支持。

IDE 接口的优点是价格低廉、兼容性强、性价比高,而缺点是数据传输速度慢、连接设备少、线材过宽影响散热和安装。随着硬盘内部传输速率的不断提高,IDE 接口很快会成为性能提升的瓶颈,从而被 SATA 规范所取代,新的点对点传输协议有着明显的优势,初始数据传输速度 150MB/s 也超出了 ATA 133 标准。

PS/2

PS/2 接口属于 IBM 的专利,首次出现于 1987 年 IBM 的 PC,是一种 6 针的圆形接口,专门用于连接鼠标和键盘,不支持热插拔。鼠标只会使用其中的 4 针信号传输和供电,其余 2 个为空脚,这是因为键盘需要双向沟通造成的差别。PS/2 接口是输入装置接口,而不是传输接口,不存在数据传输速度的概念,只有扫描速率,Windows 环境下,PS/2 鼠标的默认采样率为 60 次 / 秒。

图:最左侧为鼠标和键盘通用的 PS/2 接口

在 PC'99 规范中,鼠标的接口为绿色、键盘的接口为紫色,一般鼠标接口在上,键盘接口在下。现在也有主板的 PS/2 接口是鼠标和键盘通用的,接口一半是绿色一半是紫色。PS/2 接口和 USB 接口是可以互转的,市场上可以找到售卖的转接线。PS/2 接口的鼠标和键盘已逐渐被 USB 接口的同类设备取代,现在部分主板仍保留有 PS/2 接口,一般是一个通用型的 PS/2 接口。

并行接口

并口是并行接口的简称,也有人会叫 LPT 接口,可通过并行线路同时传输 8 位数据。并口在 1981 年被 IBM 采用,成为 PC 的标准接口。随着距离增加,并口的数据传输越容易受到干扰,出错机率增加,所以线缆的长度会受到限制。并口早期主要用于行式打印机,直到现在,还能看到不少针式打印机使用并口,所以不少人也称其为打印机接口。

并行接口模式有三种,按照 IEEE1284 标准分别是 SPP(Standard Parallel Port)标准并行接口、EPP(Enhanced Parallel Port)增强并行接口、以及 ECP(Extended Capabilities Port)扩展功能并行接口。并口一般为 25 针 D 型,除了打印机,也可能用于绘图仪或其它数字化仪器。

串行接口

串口是串行接口的简称,通常也会叫 COM 接口,是采用串行通信方式的扩展接口。串口是 1970 年由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的。其结构简单,数据会一位一位地顺序传送,利用一对传输线就可以实现双向通信,成本也低,适合长距离传输数据,不过传输的速度会比较慢,而且不支持热插拔。

一般常见的串口为 9 针 D 型,和 15 针 D 型的 VGA 接口比较相似。不同的是,VGA 一般是母头在设备,公头在线缆上,而串口是相反的。串行接口按电气标准及协议来分,包括了 RS-232-C、RS-422、RS485 等。串口的最大数据传输距离约为 1219 米,最大数据传输速度为 10Mb/s,长度与速率成反比,意味着能达到满速,那么长度也会非常短。

虽然一般的 PC 主板已基本看不到串口,但工控主板上还是经常能看到串口的身影。相比日常使用的 USB 接口,串口编程简单,接口结构也更为牢固,一些专业机械设备仍然会使用串口。

IEEE1394

IEEE1394 接口是苹果开发的串行标准,又称火线接口(FireWire)。其特点是稳定性及高效率,还支持热插拔,提供电源,能连接多个不同设备,可双向同步数据传输。如果早期有使用 Mac 产品的用户,大多能看到这种接口。

IEEE-1394 接口分别有 9 针、6 针和 4 针三种类型。早期苹果使用的是 6 针接口,后来经过索尼改良,出现了 4 针接口,到了 2008 年又推出了 9 针接口,以满足更高的数据传输速度需求。IEEE1394 标准分为 IEEE 1394a-2000(FireWire 400)、IEEE 1394b-2002(FireWire 800)和 IEEE 1394b-2006(FireWire S800T)三种,数据传输速度从 400Mbps 到最高 3.2Gbps。

图:来自科视创科技

非苹果用户,大多可能在一些数码摄影机上看到 IEEE1394 接口,而索尼则将这种接口称为 "i.Link"。如果不了解 IEEE1394 接口,很可能以为是 USB Type-B 或者 Micro USB 接口。PC 主板通常不会配备 IEEE1394 接口,除了个别高端主板,若有使用 IEEE1394 接口的需求,一般会购买扩展卡。

由于 IEEE-1394 对线缆屏蔽性要求较高,大多用于传输距离较近的设备,使用上有局限性。随着 USB 3.0 接口的出现,IEEE-1394 接口在数据传输速度方面的优势也逐渐消失,而苹果也开始转向数据传输速度更高、功能更为全面且强大的 Thunderbolt(雷电)接口。

eSATA

eSATA 的全称是 External Serial ATA(外部串行 ATA),是 SATA 接口的外部扩展规范,数据传输速度可达到 3Gbps。eSATA 就是主板上常规的 SATA 的延伸,由内部转向了外部,以解决当时 IEEE1394(800Mbps)以及 USB 2.0(480Mbps)数据传输速度不足的问题,本质上就是外置式 SATA II 规范。早在 2006 年,希捷就展示了 eSATA 存储设备。

eSATA 采用了新的接口设计,连接处加装了金属弹片来保证物理连接的稳固性,eSATA 线缆能够插拔 2000 次,而且支持热拔插,以满足快速的传输速度和方便的移动能力两方面的要求。可惜的是,eSATA 生不逢时,很快 USB 3.0 就出现了,无论数据传输速度、成本、易用程度、兼容性和通用性等各方面都完胜于 eSATA。只有部分中高端主板能看到 eSATA 接口,而且用户几乎不会用到。

VGA

VGA(Video Graphics Array)视频图形阵列,是 IBM 于 1987 年提出的一个使用模拟信号的电脑显示标准,还被称为 D-Sub 接口。VGA 接口共有 15 针,分成 3 排,每排 5 个,外观一般为蓝色。

图:很长时间内主板上普遍都配备 VGA+DVI+HDMI 的组合

VGA 接口是一种模拟接口,会将视频信号分解为 R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)三原色三原色信号和行、场同步信号进行传输,意味着会经历了一个数模转换和一次模数转换的过程,信号存在损失。虽然 VGA 接口已经属于较为老旧的接口,但可以支持的分辨率并不低,最大能达到 2048 x 1536@60Hz,高于 DVI 单通道接口。

很长时间里,VGA 接口都是 PC 视频输出的标准接口,是应用最为广泛的接口类型。除了独立显卡,主板上也经常能看到,用于集成显卡的视频输出。过去的十几年里,VGA 接口逐步被 DVI、HDMI、以及 DisplayPort 接口所取代,不过还能在许多显示设备上看到它。

DVI

DVI(Digital Visual Interface)中文名为 " 数字视频接口 ",可用于传输未经压缩的数字化视频,由 Silicon Image 的 PanelLink 技术发展而来。与 VGA 接口不同,DVI 接口属于数字接口,像素的亮度与色彩信号会从信号来源(比如显卡)以二进制方式发送到显示设备。

DVI 接口一般为白色,分成三种类型,分别是 DVI-D(Digital 数字信号;single link 或 dual link)、DVI-A(Analog 模拟信号)、以及 DVI-I(Integrated 混合式;数字及模拟信号皆可;single link 或 dual link)。此外,能实现第二组链路接头的接口也称为 DVI-DL(dual link)。这些不同的 DVI 接口,针脚分别上也是有所不同的。

图:来自百度百科

DVI 接口可使用被动式转接头转成 VGA 接口,不过只能在 DVI-I 接口或 DVI-A 接口上使用,所以部分显卡即便有 DVI 接口,也不一定能转接成 VGA 输出。DVI 接口也可以通过被动式转接头转成 HDMI 接口,不过只能在 DVI-I 接口或 DVI-D 上接口使用,一般转出后就不再带有音频输出。

DVI 接口能得到广泛使用,与液晶显示器的普及有很大的关系。虽然现在 DVI 接口还是经常能看到,但随着显示设备的分辨率越来越高,DVI 接口已有点力不从心,近年新款显卡或主板上逐渐消失,被 HDMI 和 DisplayPort 接口所取代。