個(gè)人臺(tái)式計(jì)算機(jī)中硬件的機(jī)械連接分析

馬庭梟 王杰

摘 要：個(gè)人臺(tái)式計(jì)算機(jī)作為現(xiàn)代生活中常見(jiàn)的設(shè)備，其中運(yùn)用了大量的機(jī)械連接。為了方便日常對(duì)個(gè)人臺(tái)式計(jì)算機(jī)的維修和維護(hù)，了解并熟知設(shè)備中的機(jī)械連接部分是對(duì)設(shè)備的安裝與維修有很大的幫助。本文通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)中常用的幾個(gè)硬件間的機(jī)械連接進(jìn)行分析，來(lái)總結(jié)計(jì)算機(jī)中的機(jī)械連接。

關(guān)鍵詞：臺(tái)式計(jì)算機(jī);硬件;機(jī)械連接

目前，常規(guī)使用的家用計(jì)算機(jī)還是以馮·諾依曼為基本體系，在該體系中，主要將計(jì)算機(jī)分為了下列的幾個(gè)模塊。運(yùn)算模塊、控制模塊，存儲(chǔ)模塊，輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。

對(duì)于常見(jiàn)的家用計(jì)算機(jī)，又可簡(jiǎn)單的分為如下幾個(gè)部分，主機(jī)部分，顯示部分、輸入部分。所描述的這些部分只是前文所述模塊的集合。如主機(jī)部分集合了運(yùn)算、控制、存儲(chǔ)的模塊功能。實(shí)現(xiàn)這些功能的硬件主要是集成電路板，但其中仍然少不了大量的機(jī)械結(jié)構(gòu)。本文便對(duì)這些機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐一分析。

1 CPU部分的機(jī)械連接分析

主機(jī)部分中，主要的硬件有CPU、主板、內(nèi)存以及硬盤(pán)。對(duì)于家用電腦的中央處理器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)CPU），整顆CPU的物理結(jié)構(gòu)由外部的頂蓋，下部集成針腳的印制電路板以及在中間被頂蓋保護(hù)的核心部分，本文主要對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，故不對(duì)核心部分進(jìn)行闡述。在CPU誕生的初期，是沒(méi)有頂蓋的，如果CPU散熱器（臺(tái)式機(jī)）直接安裝在芯片上，對(duì)小小的芯片施加壓力，有可能造成印制電路板（PCB）的變形，使其與主板CPU底座的連接不穩(wěn)。[1]頂蓋在這里起到了平攤壓力的作用。頂蓋和底部印制電路板間普遍采用的連接方式為焊接。焊接作為機(jī)械連接中常見(jiàn)的連接方式，有多種不同的焊接類(lèi)型。由于頂蓋常采用的材料為銅鍍鎳，底部印制電路板材料主要為硅。硅和銅的性質(zhì)差異很大，一般常采用釬焊。這是對(duì)于CPU部分的連接分析。

2 散熱器部分的機(jī)械連接分析

在個(gè)人臺(tái)式計(jì)算機(jī)中，電流經(jīng)過(guò)CPU會(huì)產(chǎn)生大量的熱，熱量帶來(lái)的溫度上升會(huì)影響設(shè)備的正常工作。故需要使用散熱器。散熱器和CPU的連接影響著最終的散熱結(jié)果，該部分的連接方式需著重考慮。市面常見(jiàn)的散熱器為風(fēng)冷散熱器，主要結(jié)構(gòu)為一個(gè)由鋁合金制成的導(dǎo)熱部分和裝配在其上的風(fēng)扇，CPU產(chǎn)生的熱被風(fēng)扇吹出完成散熱。為實(shí)現(xiàn)CPU的熱能夠被鋁合金導(dǎo)熱片盡可能的導(dǎo)走，在CPU和散熱器的連接中，要使兩者緊緊接觸。市面安裝固定散熱器的方式主要有采用固定夾式和采用彈簧螺絲式。[2]采用固定夾式的散熱器，在散熱器的兩側(cè)會(huì)有固定夾，在主板上有與固定夾位置對(duì)應(yīng)的掛耳。常規(guī)情況掛耳通過(guò)螺絲固定在主板上，為了使散熱器盡可能的壓緊CPU，須先將固定夾掛在掛耳上，然后再擰緊螺絲，通過(guò)四顆螺絲，從而將固定夾緊緊的拉住，實(shí)現(xiàn)對(duì)CPU的壓緊。使用采用彈簧螺絲式的固定方式，安裝較為便捷，只需按順序擰緊即可，靠螺絲上的彈簧實(shí)現(xiàn)螺紋連接的防松。

3 內(nèi)存部分的機(jī)械連接分析

主機(jī)機(jī)箱中其他硬件，如閃存部分常采用內(nèi)存條來(lái)實(shí)現(xiàn)閃存功能。內(nèi)存由于可根據(jù)使用者自身需要來(lái)選擇合適的容量大小，為了方便裝卸，故在設(shè)計(jì)內(nèi)存槽的時(shí)候常采用可插拔的連接方式。目前市面上常見(jiàn)的內(nèi)存條為杠桿卡扣式，內(nèi)存條安裝的時(shí)候，用均勻的力將內(nèi)存條下壓，杠桿式的卡扣在力的作用下反過(guò)來(lái)扣在內(nèi)存條左右的安裝槽口上。至此，內(nèi)存條緊緊的安裝在了計(jì)算機(jī)主板上。在整個(gè)內(nèi)存條的安裝中，通過(guò)一組垂直型的杠桿卡扣來(lái)完成了內(nèi)存條的固定，整個(gè)過(guò)程結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耐用型強(qiáng)，使用壽命較長(zhǎng)。內(nèi)存條的和主板的連接是通過(guò)內(nèi)存上的金手指和主板上的內(nèi)存槽內(nèi)的觸點(diǎn)接觸。要求金手指和觸點(diǎn)要實(shí)現(xiàn)一一接觸，所以對(duì)內(nèi)存條和槽的連接還有實(shí)現(xiàn)良好的定位性。市面上現(xiàn)目前常見(jiàn)的288-Pin DDR4 UDIMM內(nèi)存條采用的是非對(duì)稱(chēng)布局，當(dāng)內(nèi)存條方向不正確的時(shí)候，便不能夠安裝上。通過(guò)此種結(jié)構(gòu)來(lái)使內(nèi)存條實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。這是對(duì)于內(nèi)存條的機(jī)械連接分析。

4 主板部分的機(jī)械連接分析

主板的主要功能是傳輸各種電子信號(hào)，部分芯片也負(fù)責(zé)初步處理一些外圍數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)主機(jī)中的各個(gè)部件都是通過(guò)主板來(lái)連接的，計(jì)算機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)存、存儲(chǔ)設(shè)備和其他I/O設(shè)備的操控都必須通過(guò)主板來(lái)完成。[3]對(duì)于主板部分的固定于連接就顯得尤為重要。主板采用螺紋連接，常采用規(guī)格為M3的螺釘進(jìn)行連接，對(duì)于螺紋的位置布置須依據(jù)主板形狀以及尺寸來(lái)進(jìn)行布置，該步驟主板廠家在制造過(guò)程中已完成。須知的是，主板的螺紋連接布置也需要遵守螺栓組的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這是對(duì)主板機(jī)械連接部分的分析。

5 其他部分的機(jī)械連接分析

對(duì)于臺(tái)式計(jì)算機(jī)中的其他典型部分，如顯卡，硬盤(pán)等。常采用的機(jī)械連接和前面陳訴的一樣或非常詳實(shí)。如顯卡采用的連接方式與內(nèi)存相似。由于顯卡體積較大，且還需在將接口固定在機(jī)箱背部，除了常規(guī)的卡扣外，還需增加螺釘來(lái)進(jìn)行連接。對(duì)于硬盤(pán)，須根據(jù)硬盤(pán)的接口類(lèi)型來(lái)選擇不同的位置進(jìn)行安裝，M.2接口的硬盤(pán)一般直接插在接口中，用一顆M2的螺釘進(jìn)行固定防止翹起。需注意的時(shí)，由于M.2接口的硬盤(pán)較薄，受物理沖擊容易損壞，目前廠商在設(shè)計(jì)主板時(shí)，會(huì)在M.2接口上放設(shè)計(jì)一塊金屬板用于保護(hù)和散熱。SATA接口的硬盤(pán)，將硬盤(pán)通過(guò)四顆螺釘固定在硬盤(pán)位即可。

6 結(jié)論

綜上所述，對(duì)于臺(tái)式計(jì)算機(jī)中硬件間的機(jī)械連接，廠商在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)時(shí)綜合考慮了多方面的因素：1）后期的安裝與維護(hù);2）多次拆裝情況下的使用壽命;3）生產(chǎn)工藝的合理性和經(jīng)濟(jì)性;在綜合著多方面因素的情況下，最終的連接部分有如下特點(diǎn)，盡可能的使用標(biāo)準(zhǔn)件，盡可能的使用簡(jiǎn)易的機(jī)械結(jié)構(gòu)，盡可能的合理布置。這便是對(duì)于個(gè)人臺(tái)式計(jì)算機(jī)中硬件的機(jī)械連接分析。

參考文獻(xiàn)：

[1] C. Deppisch， The material optimization and reliability characterization of an indium-solder thermal interface material for CPU packaging[J]. Semantic Scholar.2006

[2]AMD.如何安裝或拆卸AMD CPU 散熱器[OL]. ?https：//www.amd.com/zh-hans/support/kb/faq/cpu-7，2018

[3] 王貴水.你一定要懂的計(jì)算機(jī)知識(shí)[M]. 北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社， 2015.02.

（四川礦產(chǎn)機(jī)電技師學(xué)院，四川 成都 611230）