Системные платы, виды и спецификация

Кроме тактового генератора, на материнской плате располагается  множество конденсаторов, которые  сглаживают скачки напряжения, тем  самым повышая стабильность работы и срок службы всех элементов ЭВМ (рисунок 8).

Во 2-й схеме подробно представлено расположение перечисленного набора компонентов на системной плате.

3. Фирмы–производители системных плат

Производителей материнских  плат на рынке множество. Некоторые  из них уже имеют имя, некоторые  только «становятся на ноги», а некоторые  являются «No name» - компаниями однодневками. Цена изделия в достаточной мере зависит от известности фирмы-производителя — чем популярнее фирма, тем дороже её изделия. Однако качество и возможности материнских плат зависят от известности в гораздо меньшей степени, а нередко неизвестные производители выпускают лучший товар, чем их знаменитые конкуренты.

Наиболее известными производителями  материнских плат в настоящее  время являются фирмы Asustek (Asus), GigaByte, Micro-Star International (MSI), Intel, Elitegroup, AsRock и др. По результатам Интернет-голосования были объявлены самые качественные материнские платы. Набрав 43.46%, лидирующую позицию заняла фирма-производитель Asus; на втором месте – GigaByte (15.4%); третье место разделили Abit и SUPoX (бывший EpoX), набрав по 9.97%; MSI – 6.35%; Intel – 2.23%; чуть выше 1% набрали такие производители, как AsRock, Albatron, Diamond Flower Inc, Elitegroup и Soltek; остальные фирмы набрали менее 1% голосов (Foxconn, Acorp, Aopen, Chaintech и др.).

Большинство компаний по производству материнских плат расположено на Тайване. Все они специализируются не только по выпуску системных плат, многие из них параллельно производят видеокарты, сетевое оборудование, электронные схемы, чипсеты, процессоры и многие другие компьютерные компоненты, а так же мониторы, ноутбуки, интернет-планшеты, мобильные телефоны и прочую электронику.

4. Форм-факторы системных плат и их спецификации

Для каждой системной платы  есть своя характеристика и архитектура. Материнские платы выпускаются в различных конфигурациях, включая их типоразмеры, характер начального оборудования и характер оснащения схемными элементами. Понятия «виды», «форм-факторы» и «типоразмеры» в данном случае являются синонимами.

Форм-фактор материнской  платы — это стандарт, определяющий размеры материнской платы для  персонального компьютера, места  её крепления к корпусу, расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода-вывода, сокета центрального процессора и слотов для оперативной памяти, а также  тип разъёма для подключения  блока питания. Т.е. это физические параметры платы.

Форм-фактор, как и любые  другие стандарты, носит рекомендательный характер. Производитель в праве  не соблюдать спецификацию, но при  этом страдает совместимость материнской  платы со стандартизированным оборудованием (периферии, карт расширения) других производителей. Такие нестандартные форм-факторы, к сожалению, являются препятствием для модернизации компьютера, поэтому  от их использования лучше отказаться. Обычно несоблюдение стандарта фирмой–производителем  обусловлено либо тем, что производимый компьютер узкоспециализирован, либо желанием производителя материнской  платы самостоятельно производить  и периферийные устройства к ней, либо невозможностью использования  стандартных компонентов. Так называемые «бренды», например Apple Computer, Commodore, Silicon Graphics, Hewlett Packard, Compaq, чаще других игнорировали стандарты; кроме того в нынешнем виде распределённый рынок производства сформировался только к 1987 году, когда многие производители уже создали собственные платформы.

Мы рассмотрим стандартные  разновидности системных плат, и  разделим их на три класса: устаревшие, современные и внедряемые платы.

1. Устаревшие форм-факторы

Полноразмерная  плата AT

AT (англ. Advanced Technology) – первый широко использовавшийся форм-фактор в ПК. Плата AT по своим габаритам соответствует системной плате оригинального компьютера IBM AT. Это большая плата размером 12х13.8 дюйма (приблизительно 305х350 мм). Данный стандарт был создан компанией IBM в 1984 году и пришёл на смену ранее существовавшим форм-факторам PC и XT. Для размещения всех компонентов, необходимых для поддержки 16-разрядного процессора 286, компании IBM потребовалась системная плата большего размера, чем у плат PC и XT, поэтому в модели АТ были увеличены размеры системной платы, но при этом сохранено размещение монтажных отверстий и разъёмов. Для этого IBM просто «расширила» системную плату PC/XT в обоих направлениях. Через год после начала выпуска благодаря интеграции ряда компонентов стало возможным создание платы с использованием меньшего числа комплектующих, поэтому плата была спроектирована повторно. Форм-фактор этой платы назвали XT-286 (плата была представлена в сентябре 1986 года), именно его впоследствии переименовали в Baby-AT. Системная плата AT помещается только в полноразмерный корпус AT или Tower. Поскольку их невозможно установить в распространённых корпусах Baby-AT и Mini-Tower (по причине уменьшения размеров других узлов), производство таких плат прекратилось.

Baby-AT

Baby-AT – это такой же форм-фактор, как и у системных плат XT (8.5х10-13 дюймов или 216х254-330 мм). Единственное отличие связано с небольшим изменением положения крепёжных отверстий. Подобные системные платы также характеризуются несколько иным расположением порта клавиатуры и других разъёмов, что связано с изменением положения монтажных отверстий. Материнские платы данного размера могут быть установлены практически в любой корпус, за исключением корпусов уменьшенной высоты и Slimline. Благодаря подобной универсальности Baby-AT был наиболее популярным форм-фактором с 1986 по 1996 год. Начиная с 1996 года, на смену Baby-AT пришёл форм-фактор ATX (далее Micro-ATX и NLX), поэтому рассматриваемый типоразмер стал быстро терять свои позиции. В настоящее время корпорация IBM сняла с производства материнские платы Baby-AT и перешла на выпуск материнских плат спецификации ATX.

LPX

Размер LPX составлял 9х11-13 дюймов (229х279-330 мм), был разработан Western Digital в 1987 году для тонких клиентов. Ещё до появления ATX, первым результатом попыток снизить стоимость PC стал форм-фактор LPX, который предназначался для использования в корпусах Slimline и Low-profile. Вместо того, чтобы вставлять карты расширения непосредственно в материнскую плату, в этом варианте они помещаются 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 (в названии LPX сокращение LP – Low Profile переводится как «низкий профиль», т.е. низкопрофильные корпуса уменьшенного размера). Расплатой за компактность стало максимальное количество подключаемых карт – 2-3 штуки. Ещё одно нововведение, начавшее широко применяться именно на платах LPX – это интегрированный в материнскую плату видеочип. Этот типоразмер никем, кроме как Western Digital, не был стандартизирован, и после появления NLX, LPX начал вытесняться этим форм-фактором и со временем устарел.

Mini-ATX

Размер данного форм-фактора, разработанного в 2005 году компанией  Aоpen, составляет 5.9х5.9дюйма (150х150мм). Mini-ATX является уменьшенной версией ATX и размещается в таком же корпусе. Отверстия в корпусе располагаются так же, как и при модели Baby-AT. Плата Mini-ATX разработана с использованием технологии MoDT (англ. Mobile on Desktop Technology), оптимизированной для мобильных процессоров.

2. Современные форм-факторы

ATX

ATX (англ. Advanced Technology extended) – этот форм-фактор персональных настольных компьютеров является доминирующим стандартом для массово выпускаемых, начиная с 2001 года, компьютерных систем. Он стал первым революционным изменением конструкции материнских плат. В нём сочетаются лучшие особенности стандартов Baby-AT и LPX и заложены многие дополнительные усовершенствования. Однако, необходимо запомнить, что конструкция АТХ физически несовместима ни с Baby-AT, ни с LPX. Размеры платы 12х9.6 дюйма (или 305х244 мм). По существу, ATX – это «лежащая на боку» плата Baby-AT с изменённым силовым разъёмом и другим местоположением источника питания. Данная архитектура устанавливается в системных блоках типов MiniTower и FullTower.

Впервые официальная спецификация АТХ была выпущена компанией Intel в июле 1995 года для замены использовавшейся долгое время платы AT. Системные платы ATX появились на рынке примерно в середине 1996 года и быстро заняли место ранее используемых плат Baby-AT. В феврале 1997 года появилась версия 2.01 спецификации ATX, после чего было сделано еще несколько незначительных изменений. В мае 2000 года выпускается последняя (на текущий момент) редакция спецификации ATX (содержащая рекомендацию Engineering Change Revision PI), которая получила номер 2.03. Компания Intel опубликовала подробную спецификацию ATX, тем самым открыв ее для сторонних производителей и фактически создав новый промышленный стандарт АТХ. Другие современные стандарты (Micro-ATX, Flex-ATX, Mini-ATX – см. рисунок 9) обычно сохраняют основные черты АТХ, изменяя лишь размеры платы и количество слотов расширения. В настоящее время данная архитектура является наиболее распространенным форм-фактором системных плат, рекомендуемым для большинства новых систем.

Micro-ATX

Micro-ATX (µATX, mATX, uATX) – форм-фактор материнской платы размером 9.6х9.6 дюйма (244х244 мм). Представлен корпорацией Intel в декабре 1997 года как вариант уменьшенной платы АТХ, предназначенный для небольших и недорогих систем. Используется как для процессоров архитектуры х86, так и для процессоров х64. Уменьшение форм-фактора стандартной платы АТХ привело к уменьшению размеров корпуса, системной платы и блоков питания, и, в конечном счёте, к снижению стоимости всей системы. Форм-фактор разрабатывался с учётом полной электрической и обратной механической совместимости с АТХ. Материнские платы mATX могут использоваться в корпусах АТХ, но не наоборот. При выпуске материнских плат часто выпускают на одном и том же чипсете платы как формата ATX, так и mATX, при этом различие обычно состоит в количестве PCI-слотов и интегрированной периферии. Весьма часто встречается следующее различие: платы mATX выпускаются со встроенной видеокартой, ATX — без (mATX предполагается для офисной работы и, в основном, не рассчитан на игровое применение, требующее мощных видеокарт).

Flex-ATX

Данная спецификация была разработана компанией Intel в 1999 как замена Micro-ATX. В настоящее время актуален, но не получил популярности. Flex-ATX определяет размер материнской платы не более 9х7.5 дюйма или 229x191 мм (эта системная плата является наименьшей из семейства АТХ), а также размещение на ней не более, чем 3-х слотов расширения. Flex-ATX построен на тех же базовых элементах, что и ATX, и Micro-ATX, имеет расположение отверстий для крепежа, совместимое с Micro-ATX, блок разъёмов ввода-вывода, как у ATX и Micro-ATX, но сочетает все компоненты на меньшей площади. Подобно Mini-ITX, Flex-ATX нацелен на индустриальные компьютеры.

NLX

В отличие от довольно строгих  прочих спецификаций, NLX обеспечивает производителям куда большую свободу в принятии решений. Размеры материнской платы NLX колеблются от 8х10 дюймов до 9х13.6 дюймов (203х254 и 229х345 мм). NLX-корпус должен уметь управляться как с этими двумя форматами, так и со всеми промежуточными. Особенность NLX-корпуса заключается в расположении портов USB на передней панели. Также эту архитектуру можно отличить по компоновке разъёмов портов ввода-вывода на задней панели системного блока: в левой части разъёмы располагаются в один ряд, в правой – уже в два. Низкопрофильный форм-фактор был призван заменить нестандартный LPX. Он был представлен в ноябре 1997 года и быстро завоевал популярность на рынке корпоративных настольных систем. Данная конструкция сходна с первым вариантом LPX, его можно рассматривать как улучшенную версию нестандартной LPX. Если на платы LPX нельзя было установить самые новые процессоры из-за их более крупных размеров и повышенного тепловыделения, то в разработке NLX эти проблемы прекрасно разрешены. Стандарт ориентирован на использование в низкопрофильных корпусах. Для установки карты расширений используется устанавливаемая в специальный разъём на плате «ёлочка» с множественными слотами расширений. Предусмотрен AGP, охлаждение лучше, чем у LPX. Но не смотря на все эти преимущества, формат не получил широкого распространения.

WTX

Стандарт разработан Intel в 1998 году специально для мощных серверов того времени на платформе Xeon. Несмотря на наличие к моменту появления стандарта двух других стандартов форм-факторов – АТ и АТХ, концепция которых позволяла использовать блоки питания мощности, достаточной для обеспечения нужд ПК, для мощных рабочих станций и серверов этих стандартов было недостаточно. Помимо этого, в их случае требовалась большая необходимость в обеспечении нормального охлаждения, удобной поддержке многопроцессорных конфигураций, размещении больших объёмов оперативной памяти, портов контроллеров, накопителей данных и портов ввода-вывода. В связи с этими проблемами была создана спецификация WTX, ориентированная на поддержку двухпроцессорных материнских плат любых конфигураций и различных технологий видеокарт и памяти. Эта архитектура гораздо больше плат АТХ (14х16.75 дюймов или 355.6х425.4 мм), что позволяло разместить два и более процессора. Версия 1.0 была представлена в сентябре 1998 года, а уже в феврале следующего года была разработана вторая версия (1.1). С тех пор WTX не обновлялся и его поддержка была прекращена, но архитектура распространена  до сих пор.

CEB

Полное название конструкции  – SSI CEB (CEB – Compact Bay Specification). Это стандарт плат для высокопроизводительных рабочих станций и серверов среднего уровня. Плата является производной от стандарта АТХ, её габариты составляют 12х10.5 дюйма (305х267 мм). Стандарт разработан в 2005 году совместно корпорациями Intel, Dell, IBM и Silicon Graphics в рамках форума SSI (Server System Infrastructure). Последняя из трёх версий стандарта 1.1 описывается в документе Compact Electronics Bay Specification.

3. Внедряемые форм-факторы

Mini-ITX

Семейство ITX было разработано корпорацией VIA Technologies. Конструкция Mini-ITX была разработана в 2003 году. При сохранении электрической и механической совместимости с АТХ, материнские платы Mini-ITX существенно меньше по размеру – 6.7х6.7 дюйма (170х170 мм). В 2001 году для продвижения процессора С3, купленного у Cyrix, был создан форм-фактор ITX (215х191 мм). На практике он не использовался, вместо него активно начал использоваться «уменьшенный» форм-фактор — Mini-ITX. Нередко одной из особенностей материнских плат формата Mini-ITX является наличие впаянного процессора, что удешевляет общую стоимость компьютера. Благодаря относительно низкому тепловыделению на многих материнских платах Mini-ITX используется пассивная система охлаждения. Это позволяет создавать бесшумные компьютеры, не содержащие движущихся механических деталей. Материнские платы формата Mini-ITX за счёт своего размера используются во встраиваемых компьютерах, тонких клиентах, нетребовательных по энергопотреблению, но высокопроизводительных домашних компьютерах. В 2004 году VIA представила уменьшенную версию Mini-ITX, названную Nano-ITX.