Конструкция персонального компьютера

Персональные компьютеры, совместимые с IBM PC, делятся на несколько по­колений (или классов) со следующими характерными особенностями:

• IBM PC первой модели имел процессор Intel 8088, адресуемую память 1 Мбайт, шину расширения ISA (8 бит), накопители на гибких дисках (НГМД) до 360 Кбайт.
• IBM PC/XT (eXtended Technology — расширенная технология) — появи­лись винчестеры — накопители на жестких дисках (НЖМД) и возмож­ность установки математического сопроцессора Intel 8087.
• IBM PC/AT (Advanced Technology — прогрессивная или «продвинутая» технология): процессор Intel 80286/80287, адресуемая память 16 Мбайт, шина ISA 16 бит, НГМД 1, 2 и 1, 44 Мбайт, НЖМД.

В последнее время класс машин AT развивался в нескольких направле­ниях: 16-разрядный процессор заменен на 32-разрядный (начиная с 386 и старше), память адресуется в пространстве до 4 и даже 32 Гбайт, применялись более эффектив­ные шины расширения (EISA, VLB, PCI) с сохранением ISA 16 бит как деше­вой шины для обеспечения совместимости со старыми адаптерами, расширяется состав устройств, имеющих системную поддержку на уровне BIOS.

В настоящее время название IBM PC- совместимые компьютеры более не употребляется.

Конструктивные решения, заложенные в первую модель IBM PC образца 1981 года, без каких-либо революционных изменений дошли и до наших дней. В классическом варианте исполнения PC состоит из системного блока, к кото­рому подключается клавиатура, видеомонитор и все периферийные устройства. В системном блоке (рис. 1.1) расположена системная плата (System Board или Motherboards — материнская плата) с установленными на ней центральными компонентами компьютера — процессором, оперативной памятью, вспомога­тельными схемами и щелевыми разъемами-слотами, в которые можно устанав­ливать платы расширения.

Рис. 1.1. Компоновка традиционного системного блока: 1 — системная плата; 2 — карта расширения ISA; 3 — карта расширения PCI; 4 — органы лицевой панели; 5 — динамик; 6, 7 — отсеки 3" и 5"; 8 — блок питания

В корпусе системного блока имеются отсеки (Bay) для установки дисковых накопителей и других периферийных устройств трех- и пятидюймового формата, а также блок питания. На задней стенке корпуса име­ются отверстия для разъемов клавиатуры и некоторых других, а также щелевые прорези, через которые из корпуса выходят внешние разъемы, установленные на платах расширения. Платы (карты) расширения имеют краевой печатный разъем, которым они соединяются со слотами шин ввода/вывода, и металли­ческую скобу, которая закрепляет плату на корпусе (рис. 1.2). На этой скобе могут быть установлены внешние разъемы. Габаритные и присоединительные размеры плат, способ их крепления и шины ввода/вывода унифицированы

Унификация системных плат, корпусов и плат расширения обеспечивается следующими конструктивными соглашениями:

• Стандартизация размеров, количества контактов и электрического интер­фейса слотов шин расширения.
• Фиксированное расстояние от слота до задней кромки платы.
• Фиксированный шаг между соседними слотами, а также их привязка к крепежным точкам и положению разъема клавиатуры.
• Определение максимального габарита (длина и высота) карт расширения.
• Определение геометрии нижнего края платы расширения, формы и разме­ры фиксирующей скобки.

Габаритные размеры и вид карт расширения на примере ISA/EISA приве­дены на рис. 1.2. Платы EISA отличаются от ISA «двухэтажным» расположе­нием контактов разъема. Плата PCI может иметь те же внешние размеры, но ее краевой разъем смещен к центру платы.

Длина платы может быть ограничена особенностями корпуса и компоновкой элементов системной платы (иногда ее установке мешают высокие элементы). Максимальная длина платы составляет 335 мм, при этом ее передний край дол­жен входить в направляющие полозья, установленные на корпусе. Полную длину и высоту (Full Size) имеют только очень старые или достаточно сложные адаптеры. Большинство адаптеров короче и ниже, встречаются и фигурно выре­занные платы — этим экономится израсходованный материал.

Рис. 1.2. Вид плат ISA/EISA

Со стороны задней стенки плата адаптера обязательно должна иметь метал­лическую крепежную скобу, с помощью которой плата винтом крепится к кор­пусу. Незакрепленная плата может шататься, что приведет к неустойчивости контакта и, следовательно, к сбоям. Плата с внешними разъемами может вы­дернуться из слота, и, если это произойдет при включенном питании, послед­ствия могут оказаться гибельными для системной платы, адаптеров и блока питания.

В компьютере IBM PC/AT по сравнению с первыми PC и PC/XT примерно на сантиметр была увеличена максимально допустимая высота карты расши­рения, но остальные ее размеры не изменились. В первых моделях (как и в PC/XT) не было трехдюймовых отсеков, и позже появившиеся малогабаритные дисководы устанавливали в пятидюймовые отсеки с помощью переходных рамок, что возможно и в современных корпусах.

Изначально системный блок ставился на стол горизонтально, и этот тип корпуса называется Desktop (настольный). Корпуса были довольно громоздкие, но со временем за счет уменьшения площади системной платы удалось сокра­тить их длину. Так появился формат корпуса (и системной платы) Baby-AT («дет­ка»), а традиционные корпуса и платы получили титул Full-AT (полноразмерные).

В настоящее время под корпусом Desktop подразумевается корпус длиной около 35 см (чуть длиннее, чем Baby). Сверху на настольные корпуса часто устанавливают монитор (хотя при этом его экран оказывается слишком высоко), а перед корпусом располагается клавиатура. Вся эта композиция занимает слиш­ком много места, особенно в глубину, и на обычном столе помещается плохо (от того и появилась новая «компьютерная» мебель). Позже догадались поставить корпус «на попа», слегка изменив расположение отсеков внешних устройств. Так появился тип корпуса Tower (башня), наиболее популярный в настоящее время. В него можно устанавливать системные платы и карты расширения тех же форматов, что и в Desktop, но конструктивно он лучше и удобнее за счет наличия жесткого скелета-шасси. Недавно был принят новый стандарт на кон­структив системной платы и корпуса — АТХ. Этот конструктив появился в связи с тенденцией расположения максимального числа периферийных конт­роллеров на системной плате, что привело к затруднению вывода их внешних разъемов. Кроме того, формат АТХ наводит порядок и во внутренних соедине­ниях системного блока, а также имеет другой интерфейс блока питания.

Корпуса типа Tower могут иметь разные размеры, в зависимости от которых их устанавливают на стол или рядом со столом на полу или какой-либо подставке. При напольной установке могут возникнуть проблемы с длиной кабелей подключения клавиатуры и монитора, но эти проблемы разрешимы с помощью специальных удлинителей. В принципе не возбраняется и укладка корпуса Tower на стол горизонтально, тогда на него можно поставить не очень тяжелый монитор. Однако при этом, в отличие от корпуса Desktop, отсеки для накопителей окажутся расположенными вертикально. В таком положении труд­ности возникнут с использованием CD-ROM: считывать информацию он, скорее всего, будет нормально, но смена дисков станет почти невозможным делом.

Корпус Mini-Tower является самой маленькой башней — он имеет высоту около 35 см, ширину 17-18 см (чуть шире 5" отсека), глубину около 40 см и всего два отсека формата 5". Из трех-четырех отсеков 3" на лицевую панель могут выводиться всего два. Корпус Midi-Tower несколько больше — он имеет высоту около 40 см и по крайней мере три отсека формата 5". Корпус Big-Tower имеет высоту около 60 см и пять-шесть отсеков формата 5". Эти корпуса обычно шире (для устойчивости и лучшего охлаждения внутрен­них устройств). Есть и более емкие корпуса — Super Big-Tower и другие, пред­назначенные для компьютеров-серверов.

Корпуса, иногда жаргонно называемые кейсами (Case), могут иметь различ­ные конструктивные особенности и дополнительные элементы — например, за­пираемые или просто пылезащитные дверцы на отсеки накопителей, элементы блокировки несанкционированного доступа, средства контроля внутренней температуры и т. п. Блоки питания широко распространенных корпусов имеют унифицированный конструктив, но в зависимости от размера корпуса различ­ную мощность и количество разъемов для питания накопителей.

Для настольного исполнения существуют различные модели корпусов с уменьшенными размерами. Главным образом стремятся снизить высоту, которая для горизонтально расположенных корпусов определяется принятой допусти­мой высотой плат расширения. В низкопрофильных корпусах типа Slim Line платы расширения располагают в плоскостях, параллельных плоскости систем­ной платы. Они устанавливаются в специальную переходную плату — Riser card, в просторечии иногда называемую «елкой». Эта «елка» «растет» из системной платы, а ее «ветками» являются платы расширения, вставляемые в слоты Riser card (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Компоновка плат в корпусе LPX

Так компонуются корпуса в стандарте LPX. Для них существует специальное одноименное исполнение системных плат, но иногда в эти корпуса удается установить и обычные системные платы формата Ваbу-АТ. Если все не­обходимые компоненты установлены на системной плате, а установка плат рас­ширения не предвидится, то Riser Card может и отсутствовать. Высоту корпуса LPX удается снизить примерно до 10 см (иногда и меньше), но расплатой за это удовольствие является очень тесная компоновка и малое число доступных отсеков. Новая спецификация для низкопрофильных корпусов NLX преследует примерно те же цели, что и АТХ. В ней порядок наводится с помощью платы Riser Card, которая в данном случае (в отличие от LPX) является обязатель­ной даже при отсутствии карт расширения — через эту плату к системной плате подключаются все жизненно важные цепи (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Компоновка плат в корпусе NLX

На краевой разъем сис­темной платы выводятся сигналы шин PCI, ISA и USB, интерфейсные сигналы контроллеров НГМД и порты IDE, линии питания и подключения всех органов лицевой панели. На системной плате предусматривается место для слота AGP, в который можно установить видеокарту уменьшенной высоты

Все вышеперечисленные типы корпусов позволяют использовать стандартные платы расширения и довольно широкий ассортимент системных плат, то есть «конструктор» является универсальным, и возможности модернизаций не упи­раются в необходимость приобретать изделия одного производителя. Однако существуют и «фирменные» типы корпусов, в которые могут устанавливаться только «родные» им системные платы. Что касается плат расширения, то обыч­но они все-таки универсальны, хотя попадаются и системы, замкнутые на себя. Существуют корпуса экзотических форм — например, в виде прямоугольного сектора цилиндра, предназначенные для установки в угол (фирма Packard Bell). Есть и компьютеры-моноблоки, в которых системный блок и монитор располо­жены в общем корпусе. Существуют так называемые мультимедийные корпуса со встроенными стереофоническими акустическими системами. Одно время вы­пускались миниатюрные копии корпусов Desktop размером с книгу — Book-Size, и в комплекте с такими же миниатюрными мониторами и клавиатурами они смотрелись очень симпатично. Конечно, вопрос об их совместимости с распро­страненными обычными платами и не стоял, а цена этих «сувениров» была очень высокой.

Оригинальным конструктивным ходом фирмы IBM был ряд ее компьютеров из семейства PS/2. Обидевшись на конкурентов, начавших выпускать деше­вые копии ее детища с открытой архитектурой — IBM PC, фирма разработала компьютер с микроканальной архитектурой шины — МСА, сек­реты которой не публиковались. При этом практически сохранялась програм­мная совместимость с PC, но появились и новые возможности — например, программное конфигурирование аппаратных средств системы без каких-либо руч­ных переключении. Все компоненты системного блока соединялись друг с дру­гом при помощи замков, защелок и разъемов. Внутри корпуса не было ни одного гибкого кабеля — идеальный порядок! Для разборки внутри корпуса прикреп­лялся специальный инструмент-отмычка. Однако в этих компьютерах могли применяться комплектующие (включая дисковые накопители) только фирмы IBM — другие не подходили конструктивно, хотя и имели аналогичные элект­рические интерфейсы. В гордом одиночестве линия PS/2 зачахла, хотя шина с микроканальной архитектурой и адаптеры для нее еще кое-где сохра­нились.

Кроме настольных (напольных) стационарных PC, давно уже выпускают­ся и их портативные варианты. Первые из них были довольно громоздкими. Переносная машина IBM PC Portable была скомпонована в корпусе обычного настольного размера, но на ее переднюю панель выходил экран небольшой элек­тронно-лучевой трубки монитора. Клавиатура пристегивалась к передней пане­ли и при переноске являлась крышкой. Вес машины был внушительным (его задавал прочный стальной корпус), а питание было возможным только от сети. Несколько позже появились компьютеры класса Laptop — наколенные, которые имели вид небольшого портфеля-дипломата. Они уже были оборудованы плос­кими жидкокристаллическими мониторами и имели возможность работы от встроенных аккумуляторов. Каждый разработчик делал эти машины по-своему, и об их открытости и модернизируемости говорить не приходится. На смену им пришли более компактные машины класса Note Book — блокнотные ПК, линии которых успешно развиваются в настоящее время. В этих машинах уже достигнута унификация модулей их функционального расширения в виде стан­дарта PCMCIA, который недавно был переименован в PC Card. По своим ха­рактеристикам блокнотные компьютеры не сильно отстают от своих настольных собратьев, но по цене дороже в несколько раз.