Форм-фактори системних плат. Компоненти системної плати

1. АКСМ

Лекція № 2
Тема: Форм-фактори
системних плат. Компоненти
системної плати.
Лектор – доц. каф. КІТАР,
Аллахверанов Рауф Юсіфович

2. План лекції

– вступ;
– форм-фактори системних плат;
– основні компоненти системної плати.

3. Вступ

Найважливішим вузлом комп'ютера є системна плата (system
board), яка іноді називається материнською (motherboard), (main
board); всі ці терміни взаємозамінні. Практично всі внутрішні
компоненти персонального комп'ютера вставляються в материнську
плату, і саме її характеристики визначають можливості комп'ютера, не
кажучи вже про його загальну продуктивність. У цій лекції розглянемо
основні типи материнських плат, їх компоненти та інтерфейсні роз'єми.

4. Основні компоненти

Якщо говорити про
комп'ютерну начинку, то довгий час
різні пристрої випускалися або EОMкомпаніями, або власне
комп'ютерними виробниками.
Наприклад, вироблена окремо як
комерційний продукт, материнська
плата з'явилася на ринку тільки в 90-
х роках.
Рис. 1

5. Основні компоненти

Основні компоненти, встановлені на системній платі:
Центральний процесор.
набір мікросхем системної логіки (англ. chipset) — набір мікросхем, що
забезпечують підключення ЦПУ до ОЗП та контролерів периферійних
пристроїв. Як правило, сучасні набори системної логіки будуються на
базі двох НВІС: «північного» та «південного мостів».

6. Основні компоненти

Північний міст (Northbridge), MCH (Memory controller hub), системний
контролер - забезпечує підключення ЦПУ до вузлів, що
використовують високопродуктивні шини: ОЗУ, графічний контролер.
Південний міст ( Southbridge ) , ICH ( I / O controller hub ) , периферійний
контролер -- містить контролери периферійних пристроїв ( жорсткого
диска , Ethernet , аудіо ) , контролери шин для підключення
периферійних пристроїв , а також контролери шин , яким
підключаються пристрої, що не потребують високої пропускної
спроможності.

7. Форм-фактори системних плат

Оперативна пам'ять (також оперативний запам'ятовуючий
пристрій, ОЗП). Кожен осередок оперативної пам'яті має свою
індивідуальну адресу. Оперативна пам'ять передає процессміттю дані безпосередньо, або через кеш-пам'ять. ОЗП
виготовлятиметься як окремий блок; також може входити в
конструкцію однокристальної ЕОМ або мікроконтролера у
вигляді оперативної пам'яті.
Існує кілька найбільш поширених форм-факторів системних
плат, що враховуються під час їх розробки. Вони можуть бути
стандартними та нестандартними.

8. Форм-фактори системних плат

Відомі форм-фактори застарілих системних плат:
BabyAT;
Повнорозмірна плата AT;
LPX;
WTX (більше не виробляється);
ІTX (різновид FlexATX).

9. Форм-фактор Baby AT

10. Форм-фактор повноразмерна плата АТ

11. Форм-фактор LPX

12. Форм-фактори системних плат

Форм-фактори сучасних системних плат та області їх застосування:
BTX - Нове покоління настільних комп'ютерів у виконанні Tower та
Desktop;
MicroBTX - Зменшений варіант формфактора BTX; призначений для
систем середнього класу. Системні плати даного формфактора
призначені для встановлення в корпуси micro-BTX та BTX.
PicoBTX - Найменший варіант формфактора BTX; призначений для
систем початкового рівня та компактних систем.

13. Форм-фактори системних плат

ATX – стандартні настільні комп'ютери; найпопулярніший форм-фактор
із середини 1996 року до теперішнього часу. Підтримує системи
високого класу
MicroATX – Настільні комп'ютери або вертикальні системи minitower
середнього рівня. Підходить до корпусів microATX та ATX.
FlexATX - Зменшена версія microATX, що використовується в
малорозмірних системах. Підходить до корпусів flexATX, microATX та
ATX.

14. Форм-фактори системных плат

DTX - Зменшена версія FlexATX, що використовується в малорозмірних
системах. Підходить до корпусів DTX, flexATX, microATX і ATX
MiniITX (різновид FlexATX) - версія FlexATX мінімального розміру, що
використовується в телевізійних комп'ютерних приставках і компактних
комп'ютерних системах. Являє собою форм-фактор з тісною інтеграцією
системних компонентів та одним роз’ємом PCI. Встановлюється у корпусах
miniITX, FlexATX, microATX та ATX
NLX - Корпоративні настільні або вертикальні системи mini-tower, що
відрізняються простотою та зручністю обслуговування. Слоти розширення
знаходяться на платі розширення.

15. Форм-фактори системних плат

PC і XT. Перша материнська плата була встановлена в перший ПК
IBM PC, випущений у серпні 1981 року. У 1983 році IBM випустила
системну плату PC XT з тим же форм фактором (9х13 дюймів, або
22,86×33,02 см), що і плата PC, але має вісім, а не п'ять роз'ємів, які
розташовувалися на відстані 0,8 дюйми один від одного, а не 1 дюйм,
як в PC.
У XT прибраний касетний порт, який використовувався для
зберігання програм, написаних мовою BASIC, на касетній
дорогому (тоді) гнучкому диску.

16. Форм-фактори системних плат

Незначні відмінності у розміщенні роз'ємів та видалення касетного
порту вимагали внесення змін до конструкції корпусу. Насправді, всі
відмінності полягали в тому, що PC XT являв собою більш
функціональний комп'ютер, системна плата якого характеризувалася
тими ж формою та розміром, в яку встановлювався практично той же
процесор, проте при цьому була відсутня частина отворів на задній
панелі, зокрема роз'єм для касетного порту.
Формфактор XT став настільки популярним, що багато виробників
просто скопіювали його і випускали XT сумісні системні плати.

17. Форм-фактори системних плат

Повнорозмірна плата AT. Плата розміром 12х13,8 дюймів.
Для розміщення всіх компонентів необхідних для підтримки 16розрядного процесора 286, компанії IBM знадобилася системна плата
більшого розміру, ніж у плат PC/XT, збільшені розміри системної плати.
Через рік після початку випуску завдяки інтеграції ряду
компонентів стало можливим створення плати з використанням
меншого числа комплектуючих, тому плата була спроектована
повторно.

18. Форм-фактори системних плат

Місце розташування роз'єму для підключення клавіатури та інших
роз'ємів, а також монтажних отворів на повнорозмірній платі AT
повністю відповідає специфікаціям XT.
При роботі з повнорозмірними системами AT не можна забувати
про можливість заміни повнорозмірної системної плати AT системною
платою BabyAT, проте зворотна процедура найчастіше нездійсненна.

19. Форм-фактори системних плат

Форм-фактор Baby-AT
BabyAT — це той самий формфактор, що й у системних плат XT;
плати характеризуються дещо іншим розташуванням порту
клавіатури та інших роз'ємів;
плати AT та BabyAT оснащені стандартним 5 контактним роз'ємом
для клавіатури DIN;
Більш старі моделі системних плат BabyAT характеризувалися таким
же розміщенням основних компонентів, за винятком роз'ємів USB,
DIMM і AGP;

20. Форм-фактори системных плат

будь-який корпус, до якого можна встановити повнорозмірну системну
плату AT, можна встановити і системну плату BabyAT;
Найпростіший спосіб ідентифікувати систему класу BabyAT –
подивитися на задню панель корпусу. Плати розширення
вставляються безпосередньо в роз'єми на системній платі і
орієнтовані під кутом 90° щодо неї; іншими словами, плати
розширення розташовані перпендикулярно до системної плати.
При цьому на задній панелі системної плати BabyAT помітний
тільки один роз'єм - 5контактний DIN, призначений для підключення
клавіатури;

21. Форм-фактори системных плат

Системні плати, розміри яких менші за стандартні 9х13
дюймів (22,86×33,02 см), часто відносили до формфакторів
miniAT, microAT, а іноді 2/3Baby або 1/2Baby. При цьому їх
можна було нормально встановити у корпуси стандарту
BabyAT..
Форм-фактор LPX
“LPX” скорочення LP розшифровується як "низький профіль"
(Low Profile);

22. Форм-фактори системних плат

конструкції Western Digital використовують деякі інші виробники
постачальники, наприклад IBM і HP, пропонували системи LPX, в яких
використовувалися T образні виносні плати, що дозволяло
розташувати плати розширення перпендикулярно системній платі, але
все ж таки на певній відстані від неї;
роз’єми розширення в залежності від конструкції можуть
розташовуватися як на одній, так і на обох сторонах виносної плати
Відмінність плат LPX полягає в характерному розміщенні роз'ємів на задній
панелі - в один ряд.
На деяких системних платах LPX встановлюються додаткові вбудовані
роз'єми, наприклад для мережевого або SCSI адаптера.

23. Форм-фактори системних плат

Оскільки системи LPX оснащувалися системними платами з
високим ступенем інтеграції, багато виробників системних плат,
корпусів та систем LPX часто називали свої рішення "все в одному".
Форм-фактор NLX
Форм-фактор NLX подібний до перших варіантів LPX, проте в
нього були внесені численні поправки з метою інтеграції нових
технологій. Його можна розглядати як покращену версію нестандартної
конструкції LPX, проте на відміну від останнього NLX повністю
стандартизовано.

24. Форм-фактори системних плат

Основною характерною особливістю систем NLX стало те, що в них
материнська плата вставлялася у виносну, а не навпаки, як у формфакторі
LPX. Таким чином, материнську плату можна отримати з комп'ютера, не
турбуючи виносну плату і всі вставлені в неї карти розширення.

25. Форм-фактори системних плат

Серед інших переваг формфактора NLX можна підкреслити такі :
Підтримка всіх процесорних технологій настільних систем. Ця
властивість особливо важлива, тому що після виходу на ринок
формфактора NLX як Intel, так і AMD були змушені адаптувати свої
величезні процесори для роз'ємів, зменшуючи їх розмір, а потім і
взагалі повернутися до більш компактної гніздової технології.
Стандарт NLX підтримує процесори обох цих виробників.
Гнучкість перед обличчям процесорних технологій, що постійно
змінюються. Модульна гнучкість забезпечується конструкцією з

26. Форм-фактори системних плат

об'єднавчою платою, з якої можна легко отримати одну материнську
плату і замінити її іншою, не розбираючи в буквальному значенні всю
комп'ютерну систему на частини. Більшість провідних виробників,
таких як HP, Compaq і Toshiba, перейшли на виробництво власних
систем, заснованих на формфакторі NLX.
Підтримка нових технологій порівняно з форм фактором LPX.
Перш за все це високопродуктивний графічний порт AGP,
універсальна послідовна шина USB і модулі пам'яті у формі DIMM і
RIMM.

27. Форм-фактори системних плат

Простота обслуговування та встановлення. У порівнянні з
іншими стандартними взаємозамінними формфакторами системи
NLX дозволяють замінювати окремі компоненти і виконувати інше
обслуговування комп'ютера за максимально короткий проміжок
часу.
Незважаючи на те, що форм-фактор NLX є стандартизованим
(подібно до сімейства ATX), більшість компонентів продається
виключно у складі готових комп'ютерів, призначених для ринку
корпоративних систем. У роздрібному продажу дуже рідко можна
зустріти материнські плати з формфактором NLX.

28. Форм-фактори системних плат

У секторі ринку Малогабаритних систем, де раніше домінував
формфактор LPX, NLX вже поступається своїми позиціями microATX і
FlexATX.
Форм-фактор ATX
Форм-фактор ATX став першим революційним зміною конструкції
материнських плат. У ньому поєднуються кращі особливості стандартів
BabyAT і LPX і закладено багато додаткових удосконалень..
По суті, ATX - це "лежача на боці" плата BabyAT зі зміненим
силовим роз'ємом і відмінним розташуванням джерела живлення.

29. Форм-фактори системних плат

Конструкція плат ATX фізично не сумісна з Baby-AT, ні з LPX. Іншими
словами, для системної плати ATX потрібен особливий корпус та
джерело харчування.
У конструкції ATX введені такі поліпшення порівняно з
формфакторами BabyAT та LPX :
Наявність подвійної панелі роз'ємів вводу-виводу. На тильній стороні
системної плати є область з роз'ємами виводу-введення-виводу
шириною 6,25 і висотою 1,75 дюйма. Це дозволяє розташувати
зовнішні роз'єми безпосередньо на платі.

30. Форм-фактори системних плат

Наявність одноключевого внутрішнього роз'єму джерела живлення.
Цей фактор є суттєвим для рядового кінцевого користувача, якому
під час роботи з платами формфактора Baby-AT було складно не
переплутати силові штекери при їх вставці (і не спалити таким
чином материнську плату).

31. Форм-фактори системних плат

Специфікація ATX містить одноключовий роз'єм джерела
живлення, який легко вставляється і який неможливо встановити
неправильно. Цей роз'єм має контакти для підвода до системної
плати напруги 3,3 В, а це означає, що для системної плати ATX не
потрібні вбудовані перетворювачі напруги, які часто виходять з
ладу.
У специфікацію ATX були включені два додаткові
роз'єм живлення, що отримали назву допоміжних силових роз'ємів
(3,3 і 5 В), а також роз'єм ATX12V, що використовується в системах,
що споживають більшу кількість електроенергії, ніж передбачено.

32. Форм-фактори системних плат

В останніх специфікаціях в силовому штекері ATX
використовується вже не 20, а 24 контакти.
Переміщення процесора та модулів пам'яті. Змінені місця
розташування цих пристроїв: тепер вони не заважають платам
розширення, і їх легко замінити новими, не виймаючи при цьому
жодного зі встановлених адаптерів. Процесор і модулі пам'яті
розташовані поруч із джерелом живлення і обдуваються одним
вентилятором, що дозволяє обійтися без спеціального вентилятора
для процесора, який не завжди ефективний і часто ламається.

33. Форм-фактори системних плат

Деякі останні системи ATX все ж таки вимагають установки
додаткового активного тепловідведення, так як сучасні про
цесори споживають досить велику потужність і мають
підвищеним тепловиділенням. Висота вільного простору,
призначеного для встановлення процесора та тепловідведення,
досягає приблизно 70 мм (2,8 дюйми)).

34. Форм-фактори системних плат

Більше вдале розташування внутрішніх роз'ємів вводу-виводу. Ці
роз'єми для накопичувачів на гнучких і жорстких дисках зміщені і не
під роз'ємами розширення чи самими накопичувачами, а поруч із
ними. Тому можна зменшити довжину внутрішніх кабелів до
накопичувачів, а для доступу до роз'ємів не потрібно прибирати одну
з плат або накопичувач.
Поліпшене охолодження. Процесор і оперативна пам'ять
сконструйовані і розташовані таким чином, щоб максимально
покращити охолодження системи в цілому. При цьому необхідність в
окремому вентиляторі для охолодження корпусу або процесора
знижується.

35. Форм-фактори системних плат

Зниження вартості. Конструкція ATX не вимагає наявності гнізд
кабелів до роз'ємів зовнішніх портів, що зустрічаються на системних
платах BabyAT, додаткового вентилятора для процесора та 3,3
вольтного стабілізатора на системній платі. У цій конструкції
використовується лише один роз'єм живлення. Крім того, можна
скоротити внутрішні кабелі дискових накопичувачів. Все це істотно
знижує вартість не тільки системної плати, але і всього комп'ютера,
включаючи корпус та джерело живлення.

36. Форм-фактори системних плат

Рис. 2

37. Форм-фактори системних плат

Форм-фактор microATX
Системні плати формфакторів microATX та ATX (або miniATX)
мають такі основні відмінності :
зменшена ширина: 244 мм (9,6 дюйми) замість 305 мм (12 дюймів) або 284
мм (11,2 дюйми));
зменшена кількість роз'ємів розширення (максимум 4, хоча в більшості
випадків всього 3);
зменшений блок живлення (формфактор SFX/TFX).

38. Форм-фактори системних плат

Максимальні розміри системної плати microATX досягають всього
9,6 х9, 6 дюймів (244х244 мм) в порівнянні з розмірами повно
розмірної плати ATX (12х9, 6 дюйма, або 305х244 мм) або miniATX
(11,2 х8, 2 дюйми, або 284х208 мм).
Висока інтеграція компонентів знижує вартість системної плати,
відповідно, всієї системи. Зовнішні роз'єми USB, 10/100 Ethernet,
іноді - SCSI або 1394 (FireWire) також можуть містити додаткові
тільні слоти розширення.

39. Форм-фактори системних плат

Сумісність плат microATX з ATX означає наступне :
використання одного і того ж 20контактного роз'єму живлення;
стандартне розташування роз'ємів введення-виводу;
однакове розташування кріпильних гвинтів.
Подібність геометричних параметрів дозволяє встановити системну
плату microATX як у корпус ATX, що містить стандартний блок живлення,
так і в зменшений корпус microATX, що використовує менший по
розмірам блок живлення SFX/TFX.

40. Форм-фактори системних плат

Загальні розміри системи microATX досить малі. Типова система,
створена на основі плати зазначеного формфактора, має наступні
розміри: висота - 304,8 або 355,6 мм (12 або 14 дюймів), ширина - мм (7
дюймів), довжина - 304,8 мм (12 дюймів), що відповідає корпусу класу
microtower або desktop”.
Форм-фактор FlexATX
Форм-фактор FlexATX визначає системну плату, яка є найменшою із
сімейства ATX. Розміри цієї плати - всього 229×191 мм (9,0×7,5 дюйма).
Системні плати FlexATX відрізняються, як уже зазначалося, меншими
розмірами і підтримкою процесорів гніздової конструкції.

41. Форм-фактори системних плат

У більшості систем FlexATX найчастіше використовуються блоки
живлення найменшого формфактора SFX/TFX, представленого у
специфікації microATX. У той же час, якщо дозволяють розміри корпусу,
може використовуватися стандартний блок живлення ATX.
DTX і mini-DTX
Специфікації DTX та miniDTX були видані у лютому 2007 року
компанією AMD. Все це - варіанти малого розміру специфікацій
microATX miniDTX та їх співвідношення з розмірами FlexATX
представлені у FlexATX відповідно.

42. Форм-фактори системних плат

Плата DTX має розміри 8Ч9, 6 дюйма (203х244 мм), а miniDTX 8Ч6, 7 дюйма (203х170 мм). Плати miniDTX мають всього чотири
кріпильні отвори (C, F, H і J), тоді як DTX — на два більше (C, F, H,
J, L і M) (див. рис. 4.16). Розміри плат DTX і
ITX и mini-ITX
Индустриальный стандарт наименьшего формфактора FlexATX
ограничивает размеры системных плат до 22,86–19,05 см (9х7,5 дюйма).
Формфактор miniITX был разработан компанией VIA специально для
процессоров с низким энергопотреблением Eden и C3 серии E.

43. Форм-фактори системних плат

Системні плати цього форм-фактора пропонуються тільки
компанією VIA та ще парою виробників. Оскільки процесори C3
мають на порядок меншу швидкодію, ніж процесори початкового
рівня Celeron 4 або AMD Duron, формфактор miniITX головним
чином призначений для нестандартного використання, наприклад в
телевізійних комп'ютерних приставках і спеціальних
обчислювальних пристроях. Між платами miniITX та іншими
моделями ATX існує ряд відмінностей :
процесор у платі miniITX зазвичай припаяний до гнізда;

44. Форм-фактори системних плат

. у більшості корпусів miniITX встановлені блоки живлення TFX,
які поставляються лише декількома компаніями, а отже, заміна
такого блоку живлення обійдеться недешево;
доступні на ринку блоки живлення TFX мають невелику вихідну
потужність, як правило, до 240 Вт.;
вбудований графічний адаптер не можна замінити платою AGP.

45. Форм-фактори системних плат

Форм-фактор BTX
Основні переваги формфактора BTX перераховані нижче :
Оптимізоване розміщення компонентів, що спрощує передачу сигналів.
Всі сигнали передаються в напрямку від переднього до заднього краю
плати, що значно прискорює обмін даними між компонентами і роз'ємами
портів введення-виводу.
Поліпшене проходження повітряних потоків. Завдяки цьому
забезпечується більш ефективне охолодження при використанні меншої
кількості вентиляторів, що знижує рівень акустичного шуму.

46. Форм-фактори системних плат

. Кріпильний модуль SRM (Support and Retention Module). Забезпечує
механічну підтримку важких радіаторів. Він також запобігає викривленню
системної плати або пошкодженню компонентів при перенесенні або
перевезенні систем
Масштабованість розмірів плат. Завдяки цій перевагі у розробників
з'являється можливість використовувати ті самі компоненти в системах
різних розмірів і конфігурацій.
Низькопрофільні рішення. Специфікація припускає створення
низькопрофільних систем.

47. Форм-фактори системних плат

.
Універсальний стандарт блоків живлення Роз'єми сумісні з
останніми версіями блоків живлення ATX; в малоформатних і
низькопрофільних системах використовуються спеціальні блоки
живлення, тоді як у системах типу tower допускається
використання стандартних блоків живлення ATX1.

48. Висновки

Найважливішим вузлом комп'ютера є системна плата.
Практично всі внутрішні компоненти персонального комп'ютера
вставляються в материнську плату, і її характеристики визначають
технічні можливості ПК і його продуктивність.
Основні компоненти, встановлені на системній платі: - Набір мікросхем
системної логіки; роз'єми для підключення: ЦП, ОЗУ, графічний
контролера, накопичувачів на жорстких і гнучких магнітних дисках,
оптичних приводів, плат розширення.
Існує кілька найбільш поширених форм-факторів системних плат, що
враховуються під час їх розробки. Вони можуть бути стандартними та
нестандартними.

49. Запитання для самоконтролю

1.
Які форм-фактори системних плат ви знаєте?
2.
Які форм-фактори є застарілими?
3.
Які форм-фактори є сучасними?

50. Література

1. Модернизация и ремонт ПК/ Скотт Мюллер.-Вильямс,2016.991с.
2. Основы теории
вычислительных
систем/ Под
ред.
С.А.Майорова.-М.: Высшая школа, 2002.-408 с.
3. IBM PC для пользователя /
В.Э.Фигурнов – М.: ИНФРА-
М,1998.-480с.
4. Электронные
вычислительные
Б.М.Коган.-Энергоатомиздат,2001.-592 с.
машины и
системы/

51. Навчальні посібники

Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни
“Архітектура комп’ютерних систем та мереж" для студентів усіх форм
навчання спеціальності 8.091402 – Гнучкі комп'ютеризовані систем /
Р.Ю. Аллахверанов, – Х.: ХНУРЕ, 2021.– 48 с.
2. Методичні
вказівки
до
практичних
занять
дисципліни „Архітектура комп’ютерних систем та мереж”/
з
Р.Ю.
Аллахверанов, - ХНУРЕ, 2021р. Електронний вариант. 30 с.
3. Методичні
вказівки
для
самостійних
робіт
студентів з
дисципліни „Архітектура комп’ютерних систем та мереж”/ Р.Ю.
Аллахверанов,- ХНУРЕ, 2021р. Електронний вариант. 12 с.