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主板结构

主板作为其他硬件运行的平台,为电脑的运行发挥联通和纽带的作用。

由于主板是电脑中各种设备的连接载体,而这些设备的各不相同的,而且主板本身也有芯片组,各种I/O控制芯片,扩展插槽,扩展接口,电源插座等元器件,因此制定一个标准以协调各种设备的关系是必须的。所谓主板结构就是根据主板上各元器件的布局排列方式,尺寸大小,形状,所使用的电源规格等制定出的通用标准,所有主板厂商都必须遵循。

分为AT、Baby-AT、ATX、Micro ATX、LPX、NLX、Flex ATX、EATX、WATX以及BTX等结构。其中,AT和Baby-AT是多年前的老主板结构;而LPX、NLX、Flex ATX则是ATX的变种,多见于国外的品牌机,国内尚不多见;EATX和WATX则多用于服务器/工作站主板;ATX是目前市场上最常见的主板结构,扩展插槽较多,PCI插槽数量在4-6个,大多数主板都采用此结构;Micro ATX又称Mini ATX,是ATX结构的简化版,就是常说的“小板”,扩展插槽较少,PCI插槽数量在3个或3个以下,多用于品牌机并配备小型机箱;而BTX则是英特尔制定的最新一代主板结构。

PCAT主板

在PC推出后的第三年即1984年,IBM公布了PCAT。AT主板的尺寸为13"×12",板上集成有控制芯片和8个I/0扩充插槽。由于AT主板尺寸较大,因此系统单元(机箱)水平方向增加了2英寸,高度增加了1英寸,这一改变也是为了支持新的较大尺寸的AT格式适配卡。将8位数据、20位地址的XT扩展槽改变到16位数据、24位地址的AT扩展槽。为了保持向下兼容,它保留62脚的XT扩展槽,然后在同列增加36脚的扩展槽。XT扩展卡仍使用62脚扩展槽(每侧31脚),AT扩展卡使用共98脚的的两个同列扩展槽。这种PC AT总线结构演变策略使得它仍能在当今的任何一个PC Pentium/PCI系统上正常运行。

PC AT的初始设计是让扩展总线以微处理器相同的时钟速率来运行,即6MHz 的286,总线也是6MHz;8MHz的微处理器,则总线就是8MHz。随着微处理器速度的增加,增加扩展总线的速度也很简单。后来一些PC AT系统的扩展总线速度达到了10和12MHz。不幸的是,某些适配器不能以这样的速度工作或者能很好得工作。因此,绝大多数的PC AT仍以8或8.33MHz为扩展总线的速率,在此速度下绝大多数适配器都不能稳定工作。

AT主板尺寸较大,板上能放置较多的元件和扩充插槽。但随着电子元件集成化程度的提高,相同功能的主板不再需要全AT的尺寸。因此在1990年推出了Baby/Mini AT主板规范,简称为Baby AT主板。

Baby AT主板

是从最早的XT主板继承来的,它的大小为15"×8.5",比AT主板是略长,而宽度大大窄于AT主板。Baby AT主板沿袭了AT主板的I/0扩展插槽、键盘插座等外设接口及元件的摆放位置,而对内存槽等内部元件结构进行了紧缩,再加上大规模集成电路使内部元件减少,使得Baby AT主板比AT主板布局紧凑而功能不减。

但随着计算机硬件技术的进一步发展,计算机主板上集成功能越来越多,Baby AT主板有点不负重荷,而AT主板又过于庞大,于是很多主板商又采取另一种折衷的方案,即一方面取消主板上使用较少的零部件以压缩空间(如将I/0扩展槽减为7个甚至6个,另一方面将Baby AT主板适当加宽,增加使用面积,这就形成了众多的规格不一的Baby AT主板。当然这些主板对基本I/0插槽、外围设备接口及主板固定孔的位置不加改动,使得即使是最小的Baby AT主板也能在标准机箱上使用。最常见的Baby AT主板尺寸是3/4Baby AT主板(26.5cm×22cm即10.7"×8.7"),采用7个I/0扩展槽。

由于Baby AT主板市场的不规范和AT主板结构过于陈旧,英特尔在95年1月公布了扩展AT主板结构,即ATX(AT extended)主板标准。这一标准得到世界主要主板厂商支持,目前已经成为最广泛的工业标准。97年2月推出了ATX2.01版。

ATX结构主板

Baby AT结构标准的首先表现在主板横向宽度太窄(一般为22cm),使得直接从主板引出接口的空间太小。大大限制了对外接口的数量,这对于功能载来越强、对外接口越来越多的微机来说,是无法克服的缺点。其次,Baby AT主板上CPU和I/0插槽的位置安排不合理。早期的CPU由于性能低、功耗小,散热的要求不高。而今天的CPU性能高、功耗大,为了使其工作稳定,必须要有良好的散热装置,加装散热片或风扇,因而大大增加了CPU的高度。在AT结构标准里CPU位于扩展槽的下方,使得很多全长的扩展卡插不上去或插上去后阻碍CPU风扇运转。内存的位置也不尽合理。早期的计算机内存大小是固定的,对安装位置无特殊要求。Baby AT主板在结构上按习惯把内存插槽安放在机箱电源的下方,安装、更换内存条往往要拆下电源或主板,很不方便。内存条散热条件也不好。此外,由于软硬盘控制器及软硬盘支架没有特定的位置,这造成了软硬盘线缆过长,增加了电脑内部连线的混乱,降低了电脑的中靠性。甚至由于硬盘线缆过长,使很多高速硬盘的转速受到影响。ATX主板针对AT和Baby AT主板的缺点做了以下改进:

主板外形在Baby AT的基础上旋转了90度,其几何尺寸改为30.5cm×24.4cm。

采用7个I/O插槽,CPU与I/O插槽、内存插槽位置更加合理。

优化了软硬盘驱动器接口位置。

提高了主板的兼容性与可扩充性。

采用了增强的电源管理,真正实现电脑的软件开/关机和绿色节能功能。

Micro ATX保持了ATX标准主板背板上的外设接口位置,与ATX兼容。

MATX结构主板

Micro ATX主板把扩展插槽减少为3-4只,DIMM插槽为2-3个,从横向减小了主板宽度,其总面积减小约0.92平方英寸,比ATX标准主板结构更为紧凑。按照Micro ATX标准,板上还应该集成图形和音频处理功能。在很多品牌机主板使用了Micro ATX标准,在DIY市场上也常能见到Micro ATX主板。

BTX是英特尔提出的新型主板架构Balanced Technology Extended的简称,是ATX结构的替代者,这类似于前几年ATX取代AT和Baby AT一样。革命性的改变是新的BTX规格能够在不牺牲性能的前提下做到最小的体积。新架构对接口、总线、设备将有新的要求。重要的是所有的杂乱无章,接线凌乱,充满噪音的PC机将很快过时。当然,新架构仍然提供某种程度的向后兼容,以便实现技术革命的顺利过渡。

BTX具有如下特点

支持Low-profile,也即窄板设计,系统结构将更加紧凑;针对散热和气流的运动,对主板的线路布局进行了优化设计;

主板的安装将更加简便,机械性能也将经过最优化设计。

而且,BTX提供了很好的兼容性。在已经有数种BTX的派生版本推出,根据板型宽度的不同分为标准BTX (325.12mm), microBTX (264.16mm)及Low-profile的picoBTX (203.20mm),以及未来针对服务器的Extended BTX。而且,现在流行的新总线和接口,如PCI Express和串行ATA等,也将在BTX架构主板中得到很好的支持。

值得一提的是,新型BTX主板将通过预装的SRM(支持及保持模块)优化散热系统,特别是对CPU而言。另外,散热系统在BTX的术语中也被称为热模块。一般来说,该模块包括散热器和气流通道。在已经开发的热模块有两种类型,即full-size及low-profile。

得益于新技术的不断应用,将来的BTX主板还将完全取消传统的串口、并口、PS/2等接口。

Mini-ITX主板

Mini-ITX是由威盛电子主推的主板规格。Mini-ITX主板能用于microATX或ATX机箱,尺寸为17 x 17厘米,刚刚好能包括四颗固定螺丝和一条扩充插槽。由于扩充性不大,Mini-ITX主要用于嵌入式系统。英特尔亦有推出使用 Mini-ITX 规格的桌面系统主板,尺寸为171.45mmx 171.45mm,但在网页上标示为“uATX”而非 Mini-ITX

ITX主板相对于普通的ATX和mATX主板要小巧的多,而且功能也相当齐全。集成CPU的ITX主板可以大大降低平台的组建成本,以Intel集成ATOM的ITX主板为例,主板售价499元,加上2G的内存大概150元,电源大概150元左右,对于不同用户对硬盘要求不同如果是下载用户配上1TB的硬盘599元整个平台造价为1398元,远远要比组装一台低价的电脑要便宜很多,而且价格可能要比市面上售卖的1TB的NAS还便宜,功能要比NAS更为强大。

北桥芯片(North Bridge)是主板芯片组中起主导作用的最重要的组成部分,也称为主桥(Host Bridge)。一般来说,芯片组的名称就是以北桥芯片的名称来命名的,例如英特尔965P芯片组的北桥芯片是82965P,975P芯片组的北桥芯片是82975P等等。北桥芯片负责与CPU的联系并控制内存、AGP,PCI-E数据在北桥内部传输,提供对CPU的类型和主频、系统的前端总线频率、内存的类型(SDRAM,DDR,DDR2以及DDR3等等)和最大容量、AGP插槽、PCI-E插槽,ECC纠错等支持,整合型芯片组的北桥芯片还集成了显示核心。通常在主板上靠近CPU插槽的位置,这主要是考虑到北桥芯片与处理器之间的通信最密切,为了提高通信性能而缩短传输距离。因为北桥芯片的数据处理量非常大,发热量也越来越大,北桥芯片都覆盖着散热片用来加强北桥芯片的散热,有些主板的北桥芯片还会配合风扇进行散热。

南桥芯片(South Bridge)也是主板芯片组的重要组成部分。主要负责I/O总线之间的通信以及IDE设备的控制等。例如英特尔的P35芯片组所搭配的南桥芯片就是ICH9系列,根据同需要和定位南桥规格略有同。

我们知道,CPU需要通过某个接口与主板连接的才能进行工作。CPU经过这么多年的发展,采用的接口方式有引脚式、卡式、触点式、针脚式等。而CPU的接口都是针脚式接口,对应到主板上就有相应的插槽类型。不同类型的CPU具有不同的CPU插槽,因此选择CPU,就必须选择带有与之对应插槽类型的主板。主板CPU插槽类型不同,在插孔数、体积、形状都有变化,所以不能互相接插。

Socket 775又称为Socket T,支持Pentium 4、Pentium 4 EE、Celeron D以及双核心的Pentium D,Pentium EE和Core架构的Cornoe处理器等CPU,采用触须状针脚,通过与CPU底部对应的触点相接触而获得信号,是InTEL平台的主流CPU插槽。

Socket AM2是2006年5月底发布的支持DDR2内存的AMD64位桌面CPU的插槽标准,支持AMD Athlon 64 FX/Athlon 64 X2/Athlon 64/Sempron等处理器。Socket AM2具有940个CPU针脚插孔,支持200MHz外频和1000MHz的HyperTransport总线频率,支持双通道DDR2内存。

Socket AM2+针脚跟现行AM2完全一样,只是HyperTransport总线提高到3.0标准,支持最高2.6GHz的工作频率,该频率下数据传输带宽将达到5.2GT/s 即20.8GB/s ,是AMD K10处理器的标准插槽,可以兼容AM2。

内存插槽是主板上用来安装内存的地方。需要注意的是不同类型的内存插槽它们的引脚,电压,性能功能都是不尽相同的,不同的内存在不同的内存插槽上不能互相兼容

SDRAM是Synchronous Dynamic Random Access Memory(同步动态随机存储器)的简称,采用3.3伏工作电压,168Pin的DIMM接口,带宽为64位,有PC66、PC100、PC133等不同规格,SDRAM内存金手指上有两个缺口。

DDR应该叫DDR SDRAM是Double Data Rate SDRAM的缩写,采用的是2.5V电压,184pin,内存金手指有一个缺口。

DDR2(Double Data Rate 2)是由JEDEC(电子设备工程联合委员会)进行开发的新生代内存技术标准是目主流内存类型,电压为1.8V,针脚数量为240pin,虽然和DDR金手指同样有一个缺口,但两者缺口的位置略有不同,所以不可兼容。

DDR3(Double Data Rate 3)电压为1.5V,针脚数量为240pin。

PCI插槽是基于PCI局部总线(Pedpherd Component Interconnect,周边元件扩展接口)的扩展插槽。其位宽为32位或64位,工作频率为33MHz,最大数据传输率为133MB/sec(32位)和266MB/sec(64位)。可插接显卡、声卡、网卡、内置Modem、内置ADSL Modem、USB2.0卡、IEEE1394卡、IDE接口卡、RAID卡、电视卡、视频采集卡以及其它种类繁多的扩展卡。


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