Формфакторы системных плат

Технические средства информатизации
Системные платы
1
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
ATX
Micro-ATX
Flex-ATX
NLX
WTX
Область применения
Стандартные современные настольные
компьютеры в корпусах mini-tower, fulltower
Системы нижнего уровня в корпусах
desktop, mini-tower
Недорогие компьютеры в корпусах desktop,
mini-tower
Корпоративные компьютеры в корпусах
desktop, mini-tower с интегрированным
сетевым адаптером
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
2
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 формфактором, 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, формфактор Baby-AT был самым популярным. Системные платы с этим формфактором 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 Baby3
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 SCSIадаптера.
4
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
5
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 вводавывода 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 3,3вольтного стабилизатора на системной плате. В этой конструкции
используется один-единственный разъем питания. Кроме того, вы
можете укоротить внутренние кабели дисковых накопителей. Все это
6
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 BabyAT, 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 miniATX, 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.
7
Рис. 6 Спецификация платы ATX версии 2.03
Рис. 7 Типичное расположение разъемов на плате ATX (вид сзади)
8
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
9
1.6. Flex-ATX
В марте 1999 года Intel опубликовала дополнение к спецификации microATX, 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
10
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 мультимедиатехнологий 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
11
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
12
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.
13