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由於主機板是電腦中各種裝置的連線載體，而這些裝置的各不相同的，而且主機板本身也有晶片組，各種I/O控制晶片，擴充套件插槽，擴充套件介面，電源插座等元器件，因此制定一個標準以協調各種裝置的關係是必須的。所謂主機板結構就是根據主機板上各元器件的佈局排列方式，尺寸大小，形狀，所使用的電源規格等制定出的通用標準，所有主機板廠商都必須遵循。
主機板結構分為AT、Baby-AT、ATX、Micro ATX、LPX、NLX、Flex ATX、EATX、WATX以及BTX等結構。其中，AT和Baby-AT是多年前的老主機板結構，現在已經淘汰；而LPX、NLX、Flex ATX則是ATX的變種，多見於國外的品牌機，國內尚不多見；EATX和WATX則多用於伺服器/工作站主機板；ATX是目前市場上最常見的主機板結構，擴充套件插槽較多，PCI插槽數量在4-6個，大多數主機板都採用此結構；Micro ATX又稱Mini ATX，是ATX結構的簡化版，就是常說的“小板”，擴充套件插槽較少，PCI插槽數量在3個或3個以下，多用於品牌機並配備小型機箱；而BTX則是英特爾制定的最新一代主機板結構。
在PC推出後的第三年即1984年，IBM公佈了PCAT。AT主機板的尺寸為13"×12"，板上整合有控制晶片和8個I/0擴充插槽。由於AT主機板尺寸較大，因此係統單元（機箱）水平方向增加了2英寸，高度增加了1英寸，這一改變也是為了支援新的較大尺寸的AT格式適配卡。將8位資料、20位地址的XT擴充套件槽改變到16位資料、24位地址的AT擴充套件槽。為了保持向下相容，它保留62腳的XT擴充套件槽，然後在同列增加36腳的擴充套件槽。XT擴充套件卡仍使用62腳擴充套件槽（每側31腳），AT擴充套件卡使用共98腳的的兩個同列擴充套件槽。這種PC AT匯流排結構演變策略使得它仍能在當今的任何一個PC Pentium/PCI系統上正常執行。
PC AT的初始設計是讓擴充套件匯流排以微處理器相同的時鐘速率來執行，即6MHz 的286，匯流排也是6MHz；8MHz的微處理器，則匯流排就是8MHz。隨著微處理器速度的增加，增加擴充套件匯流排的速度也很簡單。後來一些PC AT系統的擴充套件匯流排速度達到了10和12MHz。不幸的是，某些介面卡不能以這樣的速度工作或者能很好得工作。因此，絕大多數的PC AT仍以8或8.33MHz為擴充套件匯流排的速率，在此速度下絕大多數介面卡都不能穩定工作。
AT主機板尺寸較大，板上能放置較多的元件和擴充插槽。但隨著電子元件整合化程度的提高，相同功能的主機板不再需要全AT的尺寸。因此在1990年推出了Baby/Mini AT主機板規範，簡稱為Baby AT主機板。
Baby AT主機板是從最早的XT主機板繼承來的，它的大小為15"×8.5"，比AT主機板是略長，而寬度大大窄於AT主機板。Baby AT主機板沿襲了AT主機板的I/0擴充套件插槽、鍵盤插座等外設介面及元件的擺放位置，而對記憶體槽等內部元件結構進行了緊縮，再加上大規模積體電路使內部元件減少，使得Baby AT主機板比AT主機板佈局緊湊而功能不減。
但隨著計算機硬體技術的進一步發展，計算機主機板上整合功能越來越多，Baby AT主機板有點不負重荷，而AT主機板又過於龐大，於是很多主機板商又採取另一種折衷的方案，即一方面取消主機板上使用較少的零部件以壓縮空間（如將I/0擴充套件槽減為7個甚至6個，另一方面將Baby AT主機板適當加寬，增加使用面積，這就形成了眾多的規格不一的Baby AT主機板。當然這些主機板對基本I/0插槽、外圍裝置介面及主機板固定孔的位置不加改動，使得即使是最小的Baby AT主機板也能在標準機箱上使用。最常見的Baby AT主機板尺寸是3/4Baby AT主機板（26.5cm×22cm即10.7"×8.7"），採用7個I/0擴充套件槽。
由於Baby AT主機板市場的不規範和AT主機板結構過於陳舊，英特爾在95年1月公佈了擴充套件AT主機板結構，即ATX（AT extended）主機板標準。這一標準得到世界主要主機板廠商支援，目前已經成為最廣泛的工業標準。97年2月推出了ATX2.01版。
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| ATX結構主機板 |
Baby AT結構標準的首先表現在主機板橫向寬度太窄（一般為22cm），使得直接從主機板引出介面的空間太小。大大限制了對外介面的數量，這對於功能載來越強、對外介面越來越多的微機來說，是無法克服的缺點。其次，Baby AT主機板上CPU和I/0插槽的位置安排不合理。早期的CPU由於效能低、功耗小，散熱的要求不高。而今天的CPU效能高、功耗大，為了使其工作穩定，必須要有良好的散熱裝置，加裝散熱片或風扇，因而大大增加了CPU的高度。在AT結構標準裡CPU位於擴充套件槽的下方，使得很多全長的擴充套件卡插不上去或插上去後阻礙CPU風扇運轉。記憶體的位置也不盡合理。早期的計算機記憶體大小是固定的，對安裝位置無特殊要求。Baby AT主機板在結構上按習慣把記憶體插槽安放在機箱電源的下方，安裝、更換記憶體條往往要拆下電源或主機板，很不方便。記憶體條散熱條件也不好。此外，由於軟硬碟控制器及軟硬碟支架沒有特定的位置，這造成了軟硬碟線纜過長，增加了電腦內部連線的混亂，降低了電腦的中靠性。甚至由於硬碟線纜過長，使很多高速硬碟的轉速受到影響。ATX主機板針對AT和Baby AT主機板的缺點做了以下改進：
- 主機板外形在Baby AT的基礎上旋轉了90度，其幾何尺寸改為30.5cm×24.4cm。
- 採用7個I/O插槽，CPU與I/O插槽、記憶體插槽位置更加合理。
- 優化了軟硬碟驅動器介面位置。
- 提高了主機板的相容性與可擴充性。
- 採用了增強的電源管理，真正實現電腦的軟體開/關機和綠色節能功能。
Micro ATX保持了ATX標準主機板背板上的外設介面位置，與ATX相容。
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| MATX結構主機板 |
Micro ATX主機板把擴充套件插槽減少為3-4只，DIMM插槽為2-3個，從橫向減小了主機板寬度，其總面積減小約0.92平方英寸，比ATX標準主機板結構更為緊湊。按照Micro ATX標準，板上還應該整合圖形和音訊處理功能。目前很多品牌機主機板使用了Micro ATX標準，在DIY市場上也常能見到Micro ATX主機板。
BTX是英特爾提出的新型主機板架構Balanced Technology Extended的簡稱，是ATX結構的替代者，這類似於前幾年ATX取代AT和Baby AT一樣。革命性的改變是新的BTX規格能夠在不犧牲效能的前提下做到最小的體積。新架構對介面、匯流排、裝置將有新的要求。重要的是目前所有的雜亂無章，接線凌亂，充滿噪音的PC機將很快過時。當然，新架構仍然提供某種程度的向後相容，以便實現技術革命的順利過渡。
BTX具有如下特點：
- 支援Low-profile，也即窄板設計，系統結構將更加緊湊；
- 針對散熱和氣流的運動，對主機板的線路佈局進行了優化設計；
- 主機板的安裝將更加簡便，機械效能也將經過最優化設計。
而且，BTX提供了很好的相容性。目前已經有數種BTX的派生版本推出，根據板型寬度的不同分為標準BTX （325.12mm）， microBTX （264.16mm）及Low-profile的picoBTX （203.20mm），以及未來針對伺服器的Extended BTX。而且，目前流行的新匯流排和介面，如PCI Express和序列ATA等，也將在BTX架構主機板中得到很好的支援。
值得一提的是，新型BTX主機板將通過預裝的SRM（支援及保持模組）優化散熱系統，特別是對CPU而言。另外，散熱系統在BTX的術語中也被稱為熱模組。一般來說，該模組包括散熱器和氣流通道。目前已經開發的熱模組有兩種型別，即full-size及low-profile。
得益於新技術的不斷應用，將來的BTX主機板還將完全取消傳統的串列埠、並口、PS/2等介面。
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