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超能課堂(322):為什麼PC主板上會有一顆紐扣電池?

2023年02月09日 首頁 » 其他

PC硬體的發展可以說是日新月異,尤其是板卡類的產品可以說是每年一個樣,某些在今年還是「小甜甜」的硬體組成,到了明年可能就變成「牛夫人」了,再過兩年可能連影子都看不見了。然而主板上有一個設計卻已經沿用了超過三十年的時間也未曾發生過質的變化,那就是板載電池。那主板上為什麼要有電池呢?沒有這個電池,主板還能正常工作嗎?

主板電池的作用

首先主板上為什麼會有電池呢?有經驗的玩家可能會給出這兩個答案,一個是「為CMOS供電」,另一個就是「保存BIOS設置」。事實上這兩個答案其實是一個意思,CMOS的全稱是Complementary Metal Oxide Semiconductor,也就是互補金屬氧化物半導體,一般用來指代製造大規模集成電路晶片所用的技術,或者是使用這種技術製造出來的晶片,在PC領域中就是後者,指代的用來存儲BIOS設置的晶片,這顆晶片的工作方式與RAM類似,一旦失去供電,內部的存儲資訊就會被初始化,也就是我們常說的「重置BIOS設置」。

而BIOS(Basic Input & Output System)即基本輸入輸出系統則存儲在另外的閃存晶片中,理論上說往這顆閃存晶片刷入新的BIOS並不會影響CMOS晶片中存儲的BIOS設置資訊,只是出於兼容性的考慮,在進行過刷BIOS操作後,存儲在CMOS晶片中的BIOS設置資訊都會被初始化,同樣是一個「重置BIOS設置」的操作。因此對於第二個問題的答案,那就是沒有了主板上的電池,主板也是可以工作的,但是BIOS設置很可能會在關機之後全部被初始化,再次開機之時,部分硬體的性能可能會得不到充分發揮。

為什麼BIOS資訊要依靠電池保存?

這個時候可能會有同學靈魂發問,BIOS設置為什麼要存儲在這樣一個類似於RAM的晶片中,而不能像BIOS那樣儲存在閃存中,這樣不就不需要配置電池了嗎?其實這是故意如此設置的。如果說主板上的硬體是固定,不會發生改變,也沒有可以自主選擇啟用與否的功能,那把BIOS設置存儲在閃存晶片中當然也是可以的。

超能課堂(322):為什麼PC主板上會有一顆紐扣電池?

在PC DIY領域中,主板設置是否正確會影響硬體性能的發揮

然而事實上是,安裝在主板上面的硬體可以說是千變萬化,即便是配置相對固定的OEM機器,同一款式中也可能有不同的配置可選,就更別說是面向DIY玩家的主板產品了,為了滿足硬體兼容性的需求,初始化的BIOS設置往往是比較保守的,很多時候都會限制硬體的性能發揮,這時候就需要玩家進入到BIOS中,手動打開某些功能,例如內存的XMP設置,或者是根據自己的實際需要調整CPU頻率以及功耗限制等等,這樣才能讓PC硬體按照玩家的需求發揮相應的性能。

然而這些需要玩家手動設置的項目,在啟用後往往會帶來硬體兼容性的下降,例如有些內存在默認頻率下可以隨意使用,但是在啟用XMP設置後,就不是哪塊主板或者哪個CPU都能順利開機了。倘若這個「錯誤的設定」是存儲在斷電不會丟失的閃存中,那麼玩家很可能會面臨「重置BIOS需要開機但不重置BIOS無法開機」的尷尬。

CMOS清除按鈕本質上就是斷開CMOS供電,使其得以初始化

相比之下將BIOS設置儲存在斷電會自動初始化的COMS晶片中,那事情就簡單多了,我們只需要把主板上電池取下來,或者是按照操作指示短接某兩個針腳,或者是直接按下CMOS重置的按鈕,那麼COMS晶片的供電都會被切斷,BIOS設置資訊就會被初始化,硬體再次以默認狀態運行,自然就能重新開機了,這時你就有了再一次設置的機會了。

部分主板在設計時會考慮隱蔽電池

這就是為什麼主板發展至今,上面的那個紐扣電池都一直存在的原因。雖然說現在有不少主板廠商處於美觀的原因,都一直嘗試著將這顆電池隱藏起來,但能做的也只是隱藏而不是取消,畢竟相比於硬體兼容性,或者是開發一套全新且有效的BIOS設置資訊存儲系統,這套已經使用需求的「電池 CMOS」不僅成熟,而且成本也是足夠低了。

BIOS時鐘也需要依靠電池運作

超能課堂(322):為什麼PC主板上會有一顆紐扣電池?

BIOS時鐘在關機斷電後是需要電池來保持運作的

而除了用來保存CMOS上的BIOS設置資訊外,這顆電池其實還有一個功能,就是讓BIOS上的實時時鐘RTC(Real-time Clock)可以正常運作,以確保電腦的時鐘功能保持準確。BIOS實時時鐘的準確與否並不會影響硬體的正常工作,但是對於作業系統以及應用軟體能否正常工作卻有莫大關係,作業系統以及應用軟體的的時間是以BIOS時鐘為準的,如果電池失效導致BIOS時鐘出現錯誤,那麼部分需要依靠時鐘來做判斷的軟體功能可能就會失去作用,只是如今的作業系統以及應用軟體大都已經加入了網路時鐘校正功能,所以在一定程度上可以降低對BIOS時鐘的依賴,但如果機器是斷網運行的,那麼BIOS時鐘依然會起到非常重要的作用。

主板電池需要更換嗎?

目前主板基本上都是使用電壓為3V的CR2032紐扣電池,由於需要持續為CMOS晶片供電,電量總歸有消耗殆盡的一天,因此它在PC中算是一個消耗品,確實是需要更換的。只是其更換周期一般來說都是比較長的,基本上只要沒出現BIOS設置在PC斷電後自動初始化,或者BIOS時鐘運轉異常的情況,那是不需要主動更換的,這個周期可能會達到2年至3年的長度,甚至5年時間的也並不罕見,因此有部分升級平台比較頻繁的玩家可能自始至終都沒更換過主板電池。

至於未來的PC主板是否還會繼續使用這種「帶電池設計」呢?從目前來看,短期內將其淘汰的可能性其實並不大,就算部分高端主板確實用上了更先進、更靈活的BIOS設置資訊存儲方式,在講究性價比的主流上也很可能會繼續沿用這套成熟且成本可控的方案。在各種意義上說,它很可能是PC硬體中,被沿用時間最長的一個組成部分。

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