Системные платы
1. Форм-факторы системных плат
Важнейшим узлом компьютера является системная плата (system board), иногда называемая материнской (motherboard), основной или главной платой. Системные платы выпускаются в нескольких вариантах. Они отличаются размерами, или форм-факторами. Форм-фактор системной платы определяет тип корпуса, в котором ее можно установить. Ниже перечислены основные форм-факторы системных плат.
Устаревшие:
• Baby-AT
• полноразмерная плата АТ;
• LPX
Современные:
• ATX;
• Micro-ATX;
• Flex-АТХ;
• NLX
• WTX.
И другие.
|
Форм-фактор |
Область применения |
|
ATX |
Стандартные современные настольные компьютеры в корпусах mini-tower, full-tower |
|
Micro-ATX |
Системы нижнего уровня в корпусах desktop, mini-tower |
|
Flex-ATX |
Недорогие компьютеры в корпусах desktop, mini-tower |
|
NLX |
Корпоративные компьютеры в корпусах desktop, mini-tower с интегрированным сетевым адаптером |
|
WTX |
Высокопроизводительные рабочие станции и серверы среднего уровня |
1.1. Форм-фактор Baby-AT.
Первая объединительная плата РС была установлена в первый IВМ РС, выпущенный в 1981 году. В 1983 году IВМ выпустила системную плату ХТ РС с тем же форм-фактором, что и плата РС, но новая плата имела восемь слотов, а не пять; слоты располагались на расстоянии 0,8 дюйма, а не на расстоянии 1 дюйм, как в РС. В ХТ убрали кассетный порт, который использовался для хранения, программ, написанных на языке BASIC, на кассетной ленте, а не на дорогостоящем (в то время!) дисководе для гибких дискет. Небольшие отличия в расположения слотов почти не потребовали изменения конструкции корпуса. Объединительные платы стали настолько популярными, что многие изготовители посей день используют их. В компьютере АТ, IBM применила большую системную плату с большим форм-фактором. Однако благодаря миниатюризации схем удалось уместить все дополнительные цепи 16-разрядного ПК АТ на системной плате с форм-фактором, который применялся в ХТ. Такие платы стали называть Baby-AT.
Размеры платы Baby-AT соответствуют размерам системной платы ХТ, но крепежные отверстия расположены несколько иначе. Это сделано для того, чтобы данную плату можно было установить в корпус типа АТ.
Расположение разъемов клавиатуры и слотов на этих системных платах также должно соответствовать отверстиям в корпусе. Заметим, что почти во всех полноразмерных платах и платах Baby-AT для подключения клавиатуры используется стандартный 5-контактный разъем DIN. Системные платы Baby-AT можно установить практически в любой корпус, выпущенный до 1996 года (за исключением корпусов с уменьшенной высотой и Slimline). Именно поэтому они получили такое большое распространение.
Рис.1 Размеры системной платы Baby-AT
В любой корпус, в который можно установить полноразмерную системную плату, можно установить и Baby-AT. Начиная 1983 года, когда системная плата Baby-AT дебютировала в IВМ ХТ, и до 1996 года, форм-фактор Baby-AT был самым популярным. Системные платы с этим форм-фактором использовались для установки любого процессора от 8088 до Pentium П. Самый простой способ идентифицировать форм-фактор Baby-AT, не открывая корпус, рассмотреть корпус сзади. В Baby-AT платы устанавливаются на системную плату перпендикулярно к ней, т.е. слоты в корпусе расположены под углом в 90°. Кроме того, системная плата Baby-AT имеет только один видимый разъем, непосредственно присоединенный к плате; к этому разъему подключается клавиатура. Обычно это полноразмерный 5-штырьковый разъем типа DIN, однако в некоторых Baby-AT используется 6-штырьковый разъем типа mini-DIN (иногда называемый разъемом типа PS/2. Все другие разъемы установлены на корпусе или на скобах плат и присоединены к системной плате с помощью кабелей.
1.2. Полноразмерная плата АТ
Плата АТ по своим габаритам соответствует системной плате оригинального компьютера 1ВМ АТ. Это большая плата размером 12” х 13” (приблизительно 30,5х33 см), разъемы клавиатуры и слотов, которой должны совпадать с отверстиями в корпусе. Через год после начала выпуска плата была немного уменьшена. Затем она была спроектирована повторно, причем IBM уменьшила ее размер так, чтобы ее можно было установить в компьютер XT. Ее форм-фактор назвали XT-286. Именно этот форм-фактор впоследствии стал называться Baby-AT.
Полноразмерная плата помещается только в полноразмерный корпус АТ или Tower. Поскольку полноразмерные платы невозможно установить в самых распространенных в настоящее время корпусах Baby-AT и Mini-Tower (по причине уменьшения размеров других узлов), производство таких плат практически прекратилось
Обратите внимание, что полноразмерную системную плату АТ всегда можно заменить платой Baby-AT, но не наоборот, ведь если корпус не достаточно большой, полноразмерная системная плата АТ просто не поместится!
1.3. LPX
Плата LPX (и Mini-LPX) была разработана фирмой Western Digital в 1987 году. Хотя такие системные платы уже не выпускаются фирмой Western Digital, их конструкции используют некоторые другие производители. Они применяются в широко распространенных в настоящее время корпусах с уменьшенной высотой (типа Slimline). Платы LPX во многом отличаются от остальных. Например, слоты расширения в них смонтированы на отдельной выносной плате, которая вставляется в системную плату. Платы расширения вставляются в выносную плату, и их плоскости оказываются параллельными системной плате; что позволяет уменьшить высоту корпуса компьютера.
Слоты расширения в зависимости от конструкции могут располагаться как на одной, так и на обеих сторонах выносной платы. Еще одно отличие плат LPX состоит в том, что все разъемы установлены на задней панели платы. Имеются в виду разъемы для монитора VGA, параллельного порта, двух последовательных портов и разъемов mini-DIN для клавиатуры и мыши стандарта PS/2. Все эти разъемы смонтированы на самой плате, и после установки оказываются расположенными напротив соответствующих отверстий в корпусе. На некоторых системных платах LPX устанавливаются дополнительные встроенные разъемы, например для сетевого или SCSI-адаптера.
Рис. 2 Размеры системных плат LPX и mini-LPX
Рис. 4 Расположение разъемов на задней панели системной платы LPX
1.4. ATX
В последнее время (с 1996 г.) наметился переход от системных плат форм-факторов Baby-AT, AT и LPX к платам ATX и ее семейству NLX.
Конструкция ATX была разработана сравнительно недавно. В ней сочетаются наилучшие черты стандартов Baby-AT и LPX и заложены многие дополнительные усовершенствования. По существу, ATX это лежащая на боку плата Baby-AT с измененным разъемом и местоположением источника питания. Конструкция ATX физически несовместима ни с Baby-AT, ни с LPX. Для системной платы ATX нужен особый корпус и источник питания.
Официально спецификация ATX была опубликована фирмой Intel в июле 1995 года, и по этому другие производители могут использовать конструкцию ATX в своих компьютерах. Такой открытой публикацией Intel фактически создала новый промышленный стандарт ATX.
Конструкция ATX позволила усовершенствовать стандарты Baby-AT и LPX.
• Наличие встроенной двойной панели разъемов ввода-вывода. На тыльной стороне системной платы есть область с разъемами ввода-вывода шириной 6,25 и высотой 1,75 дюйма. Это позволяет расположить внешние разъемы непосредственно на плате и исключает необходимость использования кабелей, соединяющих внутренние разъемы и заднюю панель корпуса, как в конструкции Baby-AT.
• Наличие одноключевого внутреннего разъема источника питания. Это упрощает замену разъемов на источнике питания типа Baby-AT. Он легко вставляется и его невозможно установить неправильно. Этот разъем имеет контакты для подвода к системной плате напряжения 3,3 В, а это означает, что для системной платы ATX не нужны встроенные преобразователи напряжения, которые часто выходят из строя.
• Перемещение процессора и модулей памяти. Изменены места расположения этих устройств: теперь они не мешают платам расширения, и их легко заменить новыми, не вынимая при этом ни одного из установленных адаптеров. Процессор и модули памяти расположены рядом с источником питания и обдуваются одним вентилятором, что позволяет обойтись без специального вентилятора для процессора, который не всегда эффективен и часто склонен к поломкам. Есть также место и для большого пассивного теплоотвода.
• Более удачное расположение внутренних разъемов ввода-вывода. Эти разъемы для накопителей на гибких и жестких дисках смещены и находятся не под разъемами расширения или самими накопителями, а рядом с ними. Поэтому можно уменьшить длину внутренних кабелей к накопителям, а для доступа к разъемам не нужно убирать одну из плат или накопитель.
• Улучшение охлаждения. Процессор и модули памяти охлаждаются тем же вентилятором, что и источник питания. Кроме того, в конструкции ATX вентилятор источника питания направляет поток воздуха внутрь корпуса, увеличивая в нем давление и препятствуя проникновению пыли и грязи. (В современных блоках направление воздуха такое же как и в старых блоках питания АТ. Это сделано прежде всего из-за того, что вентилятор блока питания не справляется с охлаждением процесора). Вы можете установить фильтр и сделать компьютер еще более защищенным.
• Снижение стоимости. Конструкция ATX не требует наличия гнезд кабелей к разъемам внешних портов, встречающихся на системных платах Baby-AT, дополнительного вентилятора для процессора и 3,3-вольтного стабилизатора на системной плате. В этой конструкции используется один-единственный разъем питания. Кроме того, вы можете укоротить внутренние кабели дисковых накопителей. Все это существенно уменьшает стоимость не только системной платы, но и всего компьютера, включая корпус и источник питания.
Рис. 5 Схема и особенности конструкции компьютера ATX
Системная плата ATX, по сути, представляет собой конструкцию Baby-AT, перевернутую на бок. Разъемы расширения параллельны более короткой стороне и не мешают гнездам процессора, памяти и разъемам ввода-вывода. Кроме полноразмерной схемы ATX, фирма Intel описала конструкцию mini-ATX, которая размещается в таком же корпусе. Полноразмерная плата ATX имеет размеры 305х244 мм (12х9,6 дюймов), а плата mini-ATX 284х208 мм (11,2х8,2 дюйма).
Несмотря на то, что отверстия в корпусе располагаются так же, как и в Baby-AT, конструкции ATX и Baby-AT несовместимы.
Не снимая кожух компьютера, можно определить, имеет ли установленная в нем плата форм-фактор ATX. Обратите внимание на заднюю панель системного блока. ATX имеет две отличительные черты. Во-первых, все разъемы плат расширения подключены непосредственно к системной плате; нет никаких выносных плат, как у LPX или NLX. Разъемы перпендикулярны к плоскости системной платы. Во-вторых, платы ATX имеют уникальную платформу удвоенной высоты для всех встроенных разъемов на системной плате.
Рис. 6 Спецификация платы ATX версии 2.03
Рис. 7 Типичное расположение разъемов на плате ATX (вид сзади)
1.5. Micro-ATX
Форм-фактор micro-ATX впервые был представлен в декабре 1997 года. Эти платы предназначены для небольших недорогих систем. Уменьшение размеров позволило существенно снизить стоимость компьютеров на базе этих системных плат. Форм-фактор micro-ATX обратно совместим с ATX.
Системные платы форм-факторов micro-ATX и ATX имеют следующие основные различия:
-
уменьшенная ширина (244 мм (9,6 дюйма) вместо 305 мм (12 дюймов) или 284 мм (11,2 дюйма)); -
уменьшенное число разъемов; -
уменьшенный блок питания (форм-фактора SFX)
Благодаря этому системные платы micro-ATX можно устанавливать в корпуса форм-фактора ATX.
Рис. 8. Спецификация платы micro-ATX версии 1.0
1.6. Flex-ATX
В марте 1999 года Intel опубликовала дополнение к спецификации micro-ATX, названное Flex-ATX. В этом дополнении описывались системные платы еще меньшего размера, чем ATX, которые позволяют производителям создавать небольшие и недорогие системы.
Спецификация форм-фактора Flex-ATX описывает системную плату размером 229х191 мм (9,0х7,5 дюймов). В отличие от плат с форм-фактором micro-ATX в платах Flex-ATX для установки процессора используются гнезда типа Socket: Socket 7, Socket 370 или Socket A, что позволяет устанавливать процессоры семейств AMD K6-3, Athlon, Intel Celeron, Intel Pentium III. Этими платами не поддерживаются гнезда Slot 1 , Slot 2 и Slot A.
Платы Flex-ATX обратно совместимы с платами ATX, используют ту же систему крепления, аналогичную панель ввода-вывода и одинаковые разъемы питания.
Рис. 9 Сравнение размеров ATX, micro-ATX, Flex-ATX
1.7. NLX
Первое представление системных плат форм-фактора NLX состоялось в ноябре 1996 года. Платы этого стандарта на первый взгляд напоминают платы LPX, но на самом деле они гораздо совершеннее. Если на платы LPX нельзя установить новые процессоры Pentium III из-за их крупных размеров и повышенного тепловыделения, то в разработке NLX эти препятствия полностью устранены. Системная плата NLX подключается к выносной плате, в то время как в платах LPX наоборот выносная плата подключается к системной. Все внешние кабели подключаются к выносной плате, так что можно без труда извлечь системную плату. Кроме упрощенного монтажа системной платы в корпусе форм-фактора NLX, можно извлекать блок питания или диски и при этом не требуется полной разборки системы.
Рис. 10 Системная плата форм-фактора NLX
Основные достоинства этого нового стандарта.
-
Поддержка современных процессорных технологий. Это особенно важно для систем с процессором Pentium II/III, поскольку размер его корпуса SEC (Single Edge Contact) практически не позволяет устанавливать этот процессор на платах Baby-AT и LPX. -
Гибкость по отношению к быстро изменяющимся процессорным технологиям. Идея гибких систем с объединительной платой нашла новое воплощение в конструкции плат NLX, установить которые можно быстро и легко, не разбирая при этом всю систему на части. В отличие от традиционных систем с объединительными платами, новый стандарт NLX поддерживают такие лидеры компьютерной индустрии, как AST, Digital, Hewlett Packard, IBM, Micron, NEC и др. -
Поддержка других новых технологий. Речь здесь идет о таких высокопроизводительных решениях, как AGP (Accelerated Graphics Port), USB (Universal Serial Bus), технология модулей памяти RIMM и DIMM.
Учитывая неуклонно возрастающую роль мультимедиа-приложений, разработчики встроили в новую системную плату еще и поддержку таких возможностей, как воспроизведение видеоданных, расширенные средства для обработки графики и звука. И если в прошлом использование мультимедиа-технологий требовало затрат на различные дополнительные платы, то теперь необходимость в них отпала.
Системная плата NLX и платы ввода-вывода (располагающиеся, как и в конструкции LPX, параллельно системной) теперь легко вставляются и вынимаются, при этом другие платы, в том числе и расположенные вертикально, остаются нетронутыми. Легче стало добираться и к самому процессору, который охлаждается теперь гораздо лучше, чем в системах с близко расположенными компонентами.
Стандарт NLX обеспечивает максимальную гибкость систем и оптимальное использование свободного пространства. Даже самые длинные платы ввода-вывода устанавливаются без труда, и при этом не задеваются никакие другие системные компоненты, что было настоящей проблемой для компьютеров типа Baby-AT.
1.8. WTX.
Форм-фактор системных плат и корпусов WTX предназначен для рабочих станций среднего уровня. Этот форм-фактор впервые был представлен в сентябре 1998 года (версия 1.0) и модернизирован в феврале 1999 года (версия 1.1). Он создавался на основе форм-фактора ATX;
Форм-фактор WTX обладает следующими свойствами:
-
рассчитан на поддержку будущих 32- и 64-разрядных процессоров Intel -
предназначен для создания двухпроцессорных систем; -
рассчитан на поддержку будущих технологий памяти и графических подсистем; -
поддерживает адаптеры Flex Slot I/O (удвоенная шина PCI); -
поддерживает корпуса Tower; -
рассчитан на модульную сборку; -
обеспечивает простой доступ к модулям памяти и платам расширения; -
имеет улучшенный блок питания;
Рис. 11 Внешний вид корпуса WTX.
Впервые в спецификации форм-фактора WTX был описан адаптер Flex Slot с интерфейсом удвоенной шины PCI. Все устройства ввода-вывода с высоким электромагнитным излучением смонтированы на этой плате и располагаются на относительно большом расстоянии от процессора, модулей памяти и набора микросхем системной логики. На этой плате расположены следующие компоненты системы: контроллер шины РС’, аудио-, SCSI и сетевой адаптеры, последовательный и параллельный порты, разъемы клавиатуры и мыши, контроллеры шины USB и 1394, а также системные средства, например схема управления скоростью вращения вентилятора.
Рис.12 Внешний вид адаптера Flex Slot I/O для систем WTX
Системная плата форм-фактора WTX имеет максимальные размеры 355,6х425,45 мм (14х16,75 дюймов). Следовательно, она больше стандартной системной платы форм-фактора WTX. Ограничения минимальных размеров этих системных плат не существует, т.е. производители могут самостоятельно определять не только ее размеры, но также расположение и размеры крепежных отверстий.
В спецификации WTX определены зоны (или области), которые должны быть свободны, т.е. в них не должно быть никаких элементов системы. Благодаря этим зонам достигается простой доступ к большим элементам системы, а также их охлаждение. Для питания WTX-систем используется два форм-фактора источника питания 350 и 850 Вт.