Geum.ru

И в свет разрешаю на основании «Единых правил», п 14 Заместитель первого проректора начальник организационно методи- ческого управления В. Б. Юскаев Строение персонального компьютера учебное пособие

Вид материалаУчебное пособие

Содержание


Как создается материнская плата
Типы и типоразмеры
LPX (mini-LPX).
ATX (mini-ATX, micro-ATX, Flex-ATX).
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14

Как создается материнская плата


В данном разделе рассмотрен процесс изготовления материнским плат, используемый в компании Gigabyte.

  1. Многослойные куски текстолита поступают на фабрику уже готовыми, причем от десятков разных поставщиков, которые готовят их по шаблону, разработанному компанией.
  2. Путь платы на фабрике начинается с принтера, который наносит флюс.
  3. После нанесения флюса платы поступают в машину, которая устанавливает на них мелкие компоненты. Компоненты закреплены на специальных лентах, а специальный автомат поочередно захватывает их и лепит на плату.
  4. Затем на плату наклеиваются большие элементы.

  5. После этого плата сначала сушится горячим воздухом, затем переворачивается, и процесс печати, установки элементов и сушки повторяется заново.
  6. Затем наступает черед этапов контроля, которых на протяжении всего пути платы очень много, поэтому можно с уверенностью утверждать, что брак пройти не может. После первичной сборки, пока на плате нет еще даже разъемов, плата тестируется трижды:
  • первый раз – на предмет наличия и отсутствия контактов в соответствующих частях платы;
  • второй этап – это визуальное тестирование. На плату накладывается маска, и человеком проверяется правильность установки больших, и маленьких элементов ;

  • третий этап – оптический дефектоскоп, который автоматически высматривает наличие механических дефектов на плате.
  1. Окончательная сушка, а затем плата поступает в сборочный цех.
  2. Все операции по монтажу различных компонентов особым разнообразием не отличаются. Особо следует отметить, что паяльник на сборке практически не используется.
  3. После того как плата становится платой, она отправляется на этап окончательного контроля. Случайность определяет, куда именно она попадет – на автоматический контроль, где сборщик лишь устанавливает процессор и память, а все остальное делает автомат, или же на ручной, где оператор полностью собирает систему и проверяет ее с помощью специальных тестов.
    Из в общем-то обычных тестов следует выделить отдельно температурный, при котором готовые системы погружаются в шкаф с горячим (40 градусов по Цельсию) воздухом и работают там продолжительное время. Если верить Gigabyte, окончательное тестирование проходит 100% плат.
  4. После тестов готовые платы отправляются на упаковку.

Типы и типоразмеры


Крепится материнская плата к корпусу, и чтобы не возникло всякого рода недоразумений, были разработаны форм-факторы. Форм-фактор – это стандарт, определяющий размеры материнской платы, места ее крепления к корпусу; расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода/вывода, процессорного гнезда и слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания.

Первая материнская плата с разработанным форм-фактором появилась к 12 августа 1981 году в компьютере спецификации PC. В 1983 году в IBM разработали новую спецификацию – XT PC. Соответственно изменились и материнские платы: вместо пяти слотов стало восемь, а расстояние между ними изменилось от 1 дюйма до 0,8 дюйма. К тому же, в PC использовалось устройство для хранения программ на кассетной ленте, так вот этот кассетный порт в ХТ РС убрали.

На сегодняшний день существует четыре преобладающих типоразмера материнских плат – AT, ATX, LPX и NLX. Кроме того, есть уменьшенные варианты формата AT (Baby-AT), ATX (Mini-ATX, microATX) и NLX (microNLX). Более того, недавно выпущено расширение к спецификации microATX, добавляющее к этому списку новый форм-фактор – FlexATX. Все эти спецификации определяют форму и размеры материнских плат, а также расположение компонентов на них и особенности корпусов.

AT. Форм-фактор АТ делится на две, отличающиеся по размеру модификации – AT и Baby AT. Полноразмерная материнская плата этого форм-фактора была разработана для компьютеров ХТ РС. Помещалась она в корпуса Tower или Desktop. Через год размеры были уменьшены и появился новый форм-фактор – Baby-AT.

Размер полноразмерной AT платы Full Size AT достигает 12x13,8 дюйма, а это значит, что такая плата вряд ли поместится в большинство сегодняшних корпусов. Монтажу такой платы наверняка будет мешать отсек для дисководов и жестких дисков и блок питания. Кроме того, расположение компонентов платы на большом расстоянии друг от друга может вызывать некоторые проблемы при работе на больших тактовых частотах. Поэтому после материнских плат для процессора 386 такой размер уже не встречается.

Единственные материнские платы, выполненные в форм-факторе AT, доступные в широкой продаже, - это платы соответствующие формату
Baby AT (8,57x13,04 дюйма). Появился этот форм-фактор в 1983 году для ХТ РС компьютеров, но применялся он и для спецификации АТ. До 1996 года материнские платы этого форм–фактора были, пожалуй, самыми распространенными.

Полноразмерную плату АТ всегда можно заменить платой Baby–AT, но вот наоборот вряд ли может получиться. Дело в том, что размеры Baby-AT равны 33х22,5 см, и не каждый корпус, созданный под этот форм-фактор, может позволить разместить материнскую плату типа АТ. В принципе, некоторые производители могут уменьшать длину платы для экономии материала или по каким-то другим причинам. Для крепления платы в корпусе в плате сделаны три ряда отверстий. Платы форм-фактора Baby-AT снабжены встроенным разъемом для подключения клавиатуры. Это может быть 5-штырьковый DIN или PS/2 (min-DIN).

Все AT платы имеют общие черты. Почти все имеют последовательные и параллельные порты, присоединяемые к материнской плате через соединительные планки. Они также имеют один разъем клавиатуры, впаянный на плату в задней части. Гнездо под процессор устанавливается на передней стороне платы. Слоты SIMM и DIMM находятся в различных местах, хотя почти всегда они расположены в верхней части материнской платы.

Сегодня этот формат плавно сходит со сцены. Часть фирм еще выпускает некоторые свои модели в двух вариантах – Baby AT и ATX, но это происходит все реже и реже. Тем более, что все больше новых возможностей, предоставляемых операционными системами, реализуются только на ATX материнских платах. Не говоря уже просто об удобстве работы – так, чаще всего на Baby AT-платах, все коннекторы собраны в одном месте, в результате этого либо кабели от коммуникационных портов тянутся практически через всю материнскую плату к задней части корпуса, либо от портов IDE и FDD – к передней. Гнезда для модулей памяти находятся чуть ли не под блоком питания. При ограниченности свободы действий внутри весьма небольшого пространства MiniTower это неудобно. Вдобавок, неудачно решен вопрос с охлаждением – воздух не поступает напрямую к самой нуждающейся в охлаждении части системы – процессору.

LPX (mini-LPX). Еще до появления ATX, первым результатом попыток снизить стоимость PC стал форм-фактор низкопрофильных корпусов LPX. В 1987 году компания Western Digital разработала системную плату с новым форм-фактором LPX. Предназначался для использования в корпусах Slimline или Low-Pro file.

Задача снижения стоимости была решена путем введения стойки. Вместо того чтобы вставлять карты расширения непосредственно в материнскую плату, в этом варианте они помешаются в подключаемую к плате вертикальную стойку параллельно материнской плате. Это позволило заметно уменьшить высоту корпуса, поскольку обычно именно высота карт расширения влияет на этот параметр. Расплатой за компактность стало максимальное количество подключаемых карт - 2-3 штуки. Еще одно нововведение, начавшее широко применяться именно на платах LPX - это интегрированный на материнскую плату видеочип. Размер корпуса для LPX составляет 9х13'', для Mini LPX - 8x10''. После появления NLX LPX начал вытесняться этим форм-фактором.

Платы этого типа имеют только один интерфейс для подключения одной платы. На такой плате размещены слоты шин, куда подключаются уже платы расширения, которые оказываются расположенными параллельно системной плате. Такое расположение позволяет значительно уменьшить высоту корпуса, хотя и имеет несколько недостатков. На самой материнской плате расположены в ряд порты ввода/вывода, разъем для подключения монитора, разъемы для подключения клавиатуры и мыши, USB. Размеры системных плат LPX составляют 33х22,9 см. Позже появился форм-фактор Mini-LPX с размерами плат 26,4х20,1 см.

ATX (mini-ATX, micro-ATX, Flex-ATX). В середине 1995 года компанией Intel был предложен новый форм-фактор, предназначенный для исправления всех тех недостатков, что выявились со временем у форм-фактора AT.

Принципиально конструктивное воплощение было очень простым – повернуть Baby AT-плату на 90 градусов и внести соответствующие поправки в конструкцию. К тому моменту у Intel уже был опыт работы в этой области – форм-фактор LPX. В ATX как раз воплотились лучшие стороны и Baby AT, и LPX: от Baby AT была взята расширяемость, а от LPX – высокая интеграция компонентов. В результате получилось:
  • интегрированные разъемы портов ввода-вывода. На всех современных платах коннекторы портов ввода-вывода присутствуют на плате, поэтому вполне естественным выглядит решение расположить на ней и их разъемы, что приводит к довольно значительному снижению количества соединительных проводов внутри корпуса. К тому же, заодно среди традиционных параллельного и последовательного портов, разъема для клавиатуры, нашлось место и для новичков – портов PS/2 и USB. Кроме всего, в результате несколько снизилась стоимость материнской платы за счет уменьшения кабелей в комплекте;
  • значительно увеличившееся удобство доступа к модулям памяти. В результате всех изменений гнезда для модулей памяти переехали дальше от слотов для материнских плат, от процессора и блока питания. В результате наращивание памяти стало в любом случае минутным делом, тогда как на Baby AT - материнских платах порой приходится браться за отвертку;
  • уменьшенное расстояние между платой и дисками. Разъемы контроллеров IDE и FDD переместились практически вплотную к подсоединяемым к ним устройствам. Это позволяет сократить длину используемых кабелей, тем самым повысив надежность системы;
  • разнесение процессора и слотов для плат расширения. Гнездо процессора перемещено с передней части платы на заднюю рядом с блоком питания. Это позволяет устанавливать в слоты расширения полноразмерные платы - процессор им не мешает. К тому же, решилась проблема с охлаждением – теперь воздух, засасываемый блоком питания, обдувает непосредственно процессор;
  • улучшено взаимодействие с блоком питания. Теперь используется один 20-контактный разъем вместо двух, как на AT-платах. Кроме того, добавлена возможность управления материнской платой блоком питания – включение в нужное время или по наступлению определенного события, возможность включения с клавиатуры, отключение операционной системой и т.д.;
  • напряжение 3,3 В. Такое напряжение, используемое современными компонентами системы (карты PCI), поступает из блока питания. В AT-платах для его получения использовался стабилизатор, установленный на материнской плате. В ATX-платах необходимость в нем отпадает.

По требованию стандарта ATX, материнские платы должны иметь порты ввода/вывода в как бы одном блоке в верхнем левом углу. Конкретный размер материнских плат описан в спецификации исходя из удобства разработчиков – из стандартной пластины (24х18") получается либо две платы ATX (12x9,6"), либо четыре – Mini-ATX (11,2х8,2"). Кстати, учитывалась и совместимость со старыми корпусами - максимальная ширина ATX платы, 12", практически идентична длине плат AT, чтобы была возможность без особых усилий использовать ATX-плату в AT-корпусе. Однако сегодня это больше относится к области чистой теории – AT корпус практически не найти. Также, по мере возможности крепежные отверстия в плате ATX полностью соответствуют форматам AT и Baby AT.

Кроме этого, изменилось расположение процессорного гнезда, разъемов IDE и слотов оперативной памяти. Изменился и разъем подключения блока питания, предотвращающий неправильное подключение электропитания. Собирать компьютеры на базе платы АТХ приятно и быстро. Малое количество шлейфов способствует лучшей циркуляции воздуха в корпусе.

Впоследствии появились уменьшенные версии материнских плат АТХ: Mini-ATX – 28,4х20,8 см, Micro-ATX – 24,4х24,4 см и Flex-ATX –
22,9х20,3 см.

Форм-фактор ATX во всех его модификациях становится все более популярным. В особенности это касается плат для процессоров на шине P6. Так, к примеру, из готовящихся к выпуску материнских плат LuckyStar для этих процессоров 4 будут исполнены в формате Mini-ATX, 3 – ATX и всего лишь одна – Baby AT. А если еще учесть, что материнских плат для Socket 7 сегодня делается гораздо меньше, хотя бы по причине значительно меньшего числа новых чипсетов для этой платформы, то ATX одерживает убедительную победу.

microATX. Форм-фактор ATX разрабатывался еще в пору расцвета Socket 7 систем, и многое в нем сегодня несколько не соответствует времени. Например, типичная комбинация слотов, из расчета на которую составлялась спецификация, выглядела как 3 ISA/3 PCI/1 смежный, ISA, отсутствие AGP, AMR, и т.д. Опять же, в любом случае, 7 слотов не используются в 99 процентах случаев, особенно сегодня, с такими чипсетами, как MVP4, SiS 620, i810, и прочими, готовящимися к выпуску подобными продуктами. В общем для дешевых PC ATX – пустая трата ресурсов. Исходя из подобных соображений, в декабре 1997 года была представлена спецификация формата microATX, модификация ATX платы, рассчитанная на 4 слота для плат расширения.

По сути, изменения, по сравнению с ATX, оказались минимальными. До 9,6x9,6" уменьшился размер платы, так что она стала полностью квадратной, уменьшился размер блока питания. Блок разъемов ввода/вывода остался неизменным, так что microATX плата может быть с минимальными доработками использована в ATX 2.01 корпусе.

NLX (Mini-NLX). Со временем спецификация LPX подобно Baby AT перестала удовлетворять требованиям времени. Выходили новые процессоры, появлялись новые технологии. И она уже не была в состоянии обеспечивать приемлемые пространственные и тепловые условия для новых низкопрофильных систем.

В результате, подобно тому, как на смену Baby AT пришел ATX, так же в 1997 году как развитие идеи LPX, учитывающее появление новых технологий, появилась спецификация форм-фактора NLX. Формат нацелен на применение в низкопрофильных корпусах. При ее создании брались во внимание как технические факторы (например, появление AGP и модулей DIMM, интеграция аудио/видеокомпонентов на материнской плате), так и необходимость обеспечить большее удобство в обслуживании. Так, для сборки/разборки многих систем на базе этого форм-фактора отвертка не требуется вообще.

Платы NLX схожи с платами LPX, но они рассчитаны на системы с новыми процессорами. К тому же они оборудованы портом AGP. Вследствие новых требований к охлаждению элементы платы размещены таким образом, чтобы как можно меньше мешать циркуляции воздуха в корпусе. Изменилось крепление самой платы. Порты ввода/вывода смещены к краю платы.

Основные черты материнской платы NLX:
  1. стойка для карт расширения, находящаяся на правом краю платы. Причем материнская плата свободно отсоединяется от стойки и выдвигается из корпуса, например, для замены процессора или памяти;
  2. процессор, расположенный в левом переднем углу платы прямо напротив вентилятора;
  3. группировка высоких компонентов, вроде памяти, в левом конце платы, чтобы позволить размещение на стойке полноразмерных карт расширения;
  4. нахождение на заднем конце платы блоков разъемов ввода/вывода одинарной (в области плат расширения) и двойной высоты для размещения максимального количества коннекторов.

Фактически стойка – это одна материнская плата, разделенная на две части – часть, где находятся собственно системные компоненты, и подсоединенная к ней через 340-контактный разъем под углом в 90 градусов часть, где находятся всевозможные компоненты ввода/вывода – карты расширения, коннекторы портов, накопителей данных, куда подключается питание. Таким образом, во-первых повышается удобство обслуживания - нет необходимости получать доступ к ненужным в данный момент компонентам. Во-вторых, производители в результате имеют большую гибкость – делается одна модель основной платы и стойка под каждого конкретного заказчика с интеграцией на ней необходимых компонентов.

В отличие от довольно строгих прочих спецификаций NLX обеспечивает производителям куда большую свободу в принятии решений, NLX-корпус должен уметь управляться как с этими двумя форматами, так и со всеми промежуточными. Обычно платы, вписывающиеся в минимальные размеры, обозначаются как Mini NLX. Размеры системной платы NLX равны 34,5х22,9 см, а Mini-NLX – 25,4х20,3 см.

Стоит также упомянуть небезынтересную подробность: у NLX-корпуса порты USB располагаются на передней панели, что очень удобно для идентификационных решений типа e.Token.

По спецификации некоторые места на плате обязаны оставаться свободными, обеспечивая возможности для расширения функций, которые появятся в будущих версиях спецификации. Например, для создания на базе форм-фактора NLX-материнских плат для серверов и рабочих станций.

WTX. Спецификации AT и ATX не вполне устраивают мощные рабочие станции и серверы. Там свои проблемы, где стоимость играет не самую главную роль. На передний план выходят обеспечение нормального охлаждения, размещение больших объемов памяти, удобная поддержка многопроцессорных конфигураций, большая мощность блока питания, размещение большего количества портов контроллеров накопителей данных и портов ввода/вывода. Так, в 1998 году родилась спецификация WTX. Ориентированная на поддержку двухпроцессорных материнских плат любых конфигураций, поддержку сегодняшних и завтрашних технологий видеокарт и памяти. Особое внимание, пожалуй, стоит уделить двум новым компонентам -Board Adapter Plate (BAP)и Flex Slot.

В этой спецификации разработчики попытались отойти от привычной модели, когда материнская плата крепится к корпусу посредством расположенных в определенных местах крепежных отверстий. Здесь она крепится к BAP, причем способ крепления оставлен на совести производителя платы, а стандартный BAP крепится к корпусу.

Помимо обычных вещей вроде размеров платы (14х16,75''), характеристик блока питания (до 850 Вт) и т.д. спецификация WTX описывает архитектуру Flex Slot в каком-то смысле, AMR-для рабочих станций. Flex Slot предназначен для улучшения удобства обслуживания, придания дополнительной гибкости разработчикам, сокращения выхода материнской платы на рынок. Выглядит Flex Slot-карта примерно так, как показано на рисунке.

На подобных картах могут размещаться любые PCI, SCSI или IEEE 1394 контроллеры, звук, сетевой интерфейс, параллельные и последовательные порты, USB, средства для контроля за состоянием системы.

FlexATX. Развитием спецификаций microATX и NPX стало появление форм-фактора FlexATX. Это даже не отдельная спецификация, а всего лишь дополнение к спецификации microATX. Глядя на успех iMac, в котором, по сути, ничего нового, кроме внешнего вида, и не было, производители PC решили также пойти по этому пути. И первым стал как раз Intel, в феврале на Intel Developer Forum объявивший FlexATX – материнскую плату, по площади процентов на 25-30 меньшую, чем microATX.

Теоретически, с некоторыми доработками, FlexATX-плата может быть использована в корпусах, соответствующих спецификациям ATX 2.03 или microATX 1.0.

Обычно замена материнской платы требует переустановки всей системы. Если на ПК установлен XP, то, благодаря механизму активации XP, система жёстко привязывается к железу, и замена слишком большого количества оборудования (сейчас это больше трёх, но в ближайшем будущем Microsoft обещает увеличить это количество до 5) приведёт к тому, что система перестанет работать и потребует активировать её ещё раз. Для замены системной платы без переустановки необходимо в Device Manager в разделе IDE ATA/ATAPI Controllers поменять Bus Master IDE контроллер, установленный там, на Standard Dual Channel PCI IDE Controller. Если этого не сделать, то при загрузке на новой материнской плате система может не найти жёсткого диска и поступит сообщение о inaccessible boot device.

ВТХ - стандарт, обладающий рядом преимуществ по сравнению с устаревшим и изжившим себя АТХ. Известные крупные производители, среди которых AOpen, ASUS, AVC, Chenbro, Evercase, FIC, FSP, Foxconn, HIPRO , Gigabyte, MiTAC, MSI, Shuttle, TaiSol, Thermaltake и Yeong Yang, уже освоили выпуск ВТХ-совместимых продуктов и готовы к смене стандарта АТХ на ВТХ. С поддержкой этих компаний, Intel рассчитывает на то, что ВТХ станет основным стандартом, преобладающим на рынке уже в 2006 году.