主機板知識詳解:主機板結構

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（01）主機板知識詳解:主機板結構由於主機板是電腦中各種裝置的連線載體，而這些裝置又各不相同，而且主機板本身也有晶片組、各種 I/O 控制晶片、擴充套件插槽、擴充套件介面、電源插座等元器件，因此，制定一個標準以協調各種裝置的關係是必須的。所謂主機板結構，就是根據主機板上各元器件的佈局排列方式、尺寸大小、形狀、所使用的電源規格等，制定出的通用標準，所有主機板廠商都必須遵循。主機板結構分為 AT、Baby-AT、ATX、Micro ATX、LPX、NLX、Flex ATX、EATX、WATX 以及 BTX 等結構。其中：AT 和 Baby-AT 是多年前的老主機板結構，現在已經淘汰。而 LPX、NLX、Flex ATX 則是 ATX 的變種，多見於國外的品牌機，國內尚不多見。EATX 和 WATX 則多用於伺服器/工作站主機板。ATX 是目前市場上最常見的主機板結構，擴充套件插槽較多，PCI 插槽數量在 4-6 個，大多數主機板都採用此結構。Micro ATX 又稱 Mini ATX，是 ATX 結構的簡化版，就是常說的“小板”，擴充套件插槽較少，PCI 插槽數量在 3 個或 3 個以下，多用於品牌機並配備小型機箱。而 BTX 則是英特爾制定的最新一代主機板結構。1) AT在 PC 推出後的第三年，即 1984 年，IBM 公佈了 PCAT。AT 主機板的尺寸為 13"×12"，板上整合有控制晶片和 8 個 I/0 擴充插槽。由於AT 主機板尺寸較大，因此係統單元（機箱）水平方向增加了 2 英寸，高度增加了 1 英寸。這一改變也是為了支援新的較大尺寸的 AT 格式適配卡。將 8 位資料、20 位地址的 XT 擴充套件槽，改變為 16 位資料、24 位地址的 AT 擴充套件槽。為了保持向下相容，它保留 62 腳的 XT 擴充套件槽，然後在同列增加 36 腳的擴充套件槽。XT 擴充套件卡仍使用 62 腳擴充套件槽（每側 31 腳），AT 擴充套件卡使用共 98 腳的的兩個同列擴充套件槽。這種 PC AT匯流排結構演變策略，使得它仍能在當今的任何一個 PC Pentium/PCI 系統上正常執行。PC AT 的初始設計，是讓擴充套件匯流排以微處理器相同的時鐘速率來執行，即 6MHz 的 286，匯流排也是 6MHz；8MHz 的微處理器，則匯流排就是8MHz。隨著微處理器速度的增加，增加擴充套件匯流排的速度也很簡單。後來一些 PC AT 系統的擴充套件匯流排速度達到了 10 和 12MHz。不幸的是，某些介面卡不能以這樣的速度工作或者能很好得工作。因此，絕大多數的 PC AT 仍以 8 或 8.33MHz 為擴充套件匯流排的速率，在此速度下，絕大多數介面卡都不能穩定工作。2) Baby ATAT 主機板尺寸較大，板上能放置較多的元件和擴充插槽。但隨著電子元件整合化程度的提高，相同功能的主機板，不再需要全 AT 的尺寸。因此，在 1990 年推出了 Baby/Mini AT 主機板規範，簡稱為 Baby AT 主機板。Baby AT 主機板是從最早的 XT 主機板繼承來的，它的大小為 15"×8.5"，比 AT 主機板是略長，而寬度大大窄於 AT 主機板。Baby AT 主機板沿襲了AT 主機板的 I/0 擴充套件插槽、鍵盤插座等外設介面及元件的擺放位置，而對記憶體槽等內部元件結構進行了緊縮，再加上大規模積體電路使內部元件減少，使得 Baby AT 主機板比 AT 主機板佈局緊湊而功能不減。但隨著計算機硬體技術的進一步發展，計算機主機板上的整合功能越來越多，Baby AT 主機板有點不負重荷，而 AT 主機板又過於龐大，於是，很多主機板商又採取另一種折衷的方案，即一方面取消主機板上使用較少的零部件，以壓縮空間（如將 I/0 擴充套件槽減為 7 個甚至 6 個，另一方面將Baby AT 主機板適當加寬，增加使用面積，這就形成了眾多的規格不一的 Baby AT 主機板。當然這些主機板對基本 I/0 插槽、外圍裝置介面及主機板固定孔的位置不加改動，使得即使是最小的 Baby AT 主機板，也能在標準機箱上使用。最常見的 Baby AT 主機板尺寸是 3/4Baby AT 主機板（662.5px×550px 即 10.7"×8.7"），採用 7 個 I/0 擴充套件槽。3) ATX由於 Baby AT 主機板市場的不規範和 AT 主機板結構過於陳舊，英特爾在 95 年 1 月公佈了擴充套件 AT 主機板結構，即 ATX（AT extended）主機板標準。這一標準得到世界主要主機板廠商支援。目前，已經成為最廣泛的工業標準。97 年 2 月推出了 ATX 2.01 版。圖15過去，由於 Baby AT 的結構標準首先表現在主機板橫向寬度太窄（一般為 550px），使得直接從主機板引出介面的空間太小。大大限制了對外介面的數量。這對於功能越來越強、對外介面越來越多的微機來說，是無法克服的缺點。其次，Baby AT 主機板上 CPU 和 I/0 插槽的位置安排不合理。早期的 CPU 由於效能低、功耗小，散熱的要求不高。而今天的 CPU 效能高、功耗大，為了使其工作穩定，必須要有良好的散熱裝置，加裝散熱片或風扇，因而大大增加了 CPU 的高度。在 AT 結構標準裡，CPU 位於擴充套件槽的下方，使得很多全長的擴充套件卡插不上去或插上去後阻礙 CPU風扇運轉。記憶體的位置也不盡合理。早期的計算機記憶體大小是固定的，對安裝位置無特殊要求。Baby AT 主機板在結構上按習慣把記憶體插槽安放在機箱電源的下方，安裝、更換記憶體條往往要拆下電源或主機板，很不方便。記憶體條散熱條件也不好。此外，由於軟硬碟控制器及軟硬碟支架沒有特定的位置，這造成了軟硬碟線纜過長，增加了電腦內部連線的混亂，降低了電腦的可靠性。甚至由於硬碟線纜過長，使很多高速硬碟的轉速受到影響。有鑑於此，ATX 結構的主機板，針對 AT 和 Baby AT 主機板的上述缺點，做了以下改進：一是主機板外形在 Baby AT 的基礎上旋轉了 90 度，其幾何尺寸改為 762.5px×610px。二是採用 7 個 I/O 插槽，CPU 與 I/O 插槽、記憶體插槽位置更加合理。三是優化了軟硬碟驅動器介面位置。四是提高了主機板的相容性與可擴充性。五是採用了增強的電源管理，真正實現電腦的軟體開/關機和綠色節能功能。4) Micro ATXMicro ATX 保持了 ATX 標準主機板背板上的外設介面位置，與 ATX 相容。圖16 MATX 結構主機板Micro ATX 主機板把擴充套件插槽減少為 3-4 只，DIMM 插槽為 2-3 個，從橫向減小了主機板寬度，其總面積減小約 0.92 平方英寸，比 ATX 標準主機板結構更為緊湊。按照 Micro ATX 標準，板上還應該整合圖形和音訊處理功能。目前很多品牌機主機板使用了 Micro ATX 標準，在 DIY 市場上，也常能見到 Micro ATX 主機板。5) BTXBTX 是英特爾提出的新型主機板架構 Balanced Technology Extended 的簡稱，是 ATX 結構的替代者，這類似於前幾年 ATX 取代 AT 和Baby AT 一樣。革命性的改變，是新的 BTX 規格能夠在不犧牲效能的前提下，做到最小的體積。新架構對介面、匯流排、裝置將有新的要求。重要的是，目前所有雜亂無章、接線凌亂、充滿噪音的 PC 機將很快過時。當然，新架構仍然提供某種程度的向後相容，以便實現技術革命的順利過渡。BTX 具有如下特點：一是支援 Low-profile，也即窄板設計，系統結構將更加緊湊；二是針對散熱和氣流的運動，對主機板的線路佈局進行了優化設計；三是主機板的安裝將更加簡便，機械效能也將經過最優化設計。而且 BTX 提供了很好的相容性。目前，已經有數種 BTX 的派生版本推出，根據板型寬度的不同，可分為：標準 BTX（325.12mm）microBTX（264.16mm）Low-profile 的 picoBTX（203.20mm）以及未來針對伺服器的 Extended BTX而且目前流行的新匯流排和介面，如 PCI Express 和序列 ATA 等，也將在 BTX 架構主機板中得到很好的支援。值得一提的是，新型 BTX 主機板將通過預裝的 SRM（支援及保持模組）優化散熱系統，特別是對 CPU 而言。另外，散熱系統在 BTX 的術語中，也被稱為熱模組。一般來說，該模組包括散熱器和氣流通道。目前，已經開發的熱模組有兩種型別，即：full-size 及 low-profile。得益於新技術的不斷應用，將來的 BTX 主機板還將完全取消傳統的串列埠、並口、PS/2 等介面。