一种ITX规格台式电脑外接可插拔独立显卡的装置和方法与流程

一种itx规格台式电脑外接可插拔独立显卡的装置和方法
技术领域
1.本发明涉及电脑配件领域，尤其涉及一种itx规格台式电脑外接可插拔独立显卡的装置和方法。


背景技术：

2.目前，个人计算机系统(pc)已得到广泛应用，对于个人用户而言，pc系统主要有台式机和笔记本两种类型。台式机由于具备较大体积的主机机箱，可容纳包括散热配件在内的较大体积电脑配件，也具有较大的散热空间，因此台式机通常具备散热良好的优势，也具备可拓展性好、可升级性好、零部件通用性强等优点。并且，台式机相对于同配置的笔记本电脑，由于零件散热压力小、尺寸小型化要求低、可升级性和替换性强。因此台式机通常相对同级别的笔记本性价比较高，同时，台式机可支持硬件性能的上限也较同时代笔记本电脑更高。上述优势存在的根本原因也是由于台式机具备更好的散热性和扩展性所决定的。另一方面，台式机也存在体积较大、重量较大、能耗较高、便携性低等缺点。
3.笔记本电脑作为pc的另一种类型，具有电路集成度高、部件配合紧凑、设计功耗低、且自带液晶显示器的特点，并因此通常具有便携性良好、功耗较低、发热量少的优点。但是，由于外形紧凑导致内部空间较小，因此笔记本电脑存在散热性较差，零部件可拓展性较差、可升级性受限严重，不同型号笔记本零件互换通用性差等缺点。同时，也因此导致笔记本电脑性价比相对同配置台式机较低。其根本原因，也是由于笔记本较差的散热和可升级性所导致的。以目前主流笔记本联想昭阳k4e
‑
itl为例，其整机全重约为1500克，尺寸323.18
×
222.52
×
17.9mm，便携性优良，但该机型配备的nvidia geforce mx450，图形性能相对于同价位台式机普遍配备的nvidia geforce gtx1070，性能差异巨大，前者理论性能折合分数(通过futuremark 3d mark软件测得)仅为后者约28.6％。并且，笔记本核心性能配件通常是不可升级的，或者升级成本偏高，而台式机的所有配件可随硬件技术的发展，进行对应的升级操作。
4.由此可见，目前即使是体积较小的台式机机箱，在满足独立显卡扩展的前提下，机箱体积仍然较大，整机重量仍然偏重；另一方面，即使是目前性能和便携兼顾的笔记本电脑，其性能相对同价位台式机仍有较大差距，且性能配件基本不具备扩展性。
5.根据目前台式机和笔记本存在的固有优缺点，硬件行业提出了相关的解决方案。经过多年的发展，随着主板制造工艺的进步，台式机主板的小型化带动了台式机机箱设计的小型化，并且台式机机箱的小型化已经成为了一种趋势。例如，迄今为止，即使是目前支持mini
‑
itx规格主板(以下简称itx主板)、sfx电源、标准化配件和独立显卡扩展的传统mini
‑
itx规格机箱(以下简称传统itx机箱)，最小体积型号(dan case a4)仍需7.25l(327
×
112
×
205mm)，在安装零部件后，和采用传统mini
‑
itx机箱的台式主机(以下简称传统itx台式机)的典型重量接近，其便携性仍然无法和主流笔记本电脑相提并论。而目前使用itx规格主板和通用化配件，但是不支持独立显卡的传统itx机箱，可实现更小的体积和重量，但是由于该型机箱无法支持独立显卡扩展，严重制约了整机的性能，尤其是三维图形及通
用计算领域的性能受到了严重的限制，也使该机型既无法体现台式机的典型优势，相对主流笔记本电脑也无明显便携优势，因此限制其应用范围既实用性。又如，体积小于itx规格的thin itx主板规格，其对应的thin itx机箱体积相对itx更小，已接近笔记本电脑的体积和重量。但是目前thin itx方案并不支持pci
‑
e
×
16接口的独立显卡，且由于机箱外形的限制，其电源、cpu和散热器常需选用非通用型号。再如，笔记本方面，目前已发展出适用于笔记本电脑的外接独立显卡，但是这种解决方案普遍存在和笔记本的接口不统一，不同接口传输效率不一致，进而导致独立显卡性能损失较大、兼容性、稳定性不佳，并且还存在必须外接显示器等严重影响使用便利性的固有缺点。
6.综上所述，可以推测，有机结合itx机箱和外接可插拔独立显卡的方法，是现阶段一种平衡台式机便携、性能、和采用通用配件的创新方案。通过专门设计的兼容外置可插拔独立显卡的新型mini
‑
itx机箱(以下简称新型itx机箱)，可容纳标准sfx，1u和小1u(以下统称1u)规格电源，itx主板及2.5英寸硬盘。该方案通过将独立显卡插槽设计在机箱外侧，并用pci
‑
e转接卡和主板上的pci
‑
e
×
16接口进行连接，并且设立独立供电接口，将独立显卡供电线通过该接口进行延长给外接独立显卡进行补充供电。该机箱外接显卡可在不运行三维图形程序的情况下予以拔出，只使用主板板载显卡或cpu内集成显卡工作，以获得更好的便携性和能耗表现；当需运行三维图形计算或通用计算等高负载程序时，可在机箱外侧的接口处外接独立显卡，以获得计算性能的提升。同时，该新型itx机箱由于独立显卡外置，可获得相比传统itx机箱更好的散热表现。
7.因此，本发明涉及的可外接独立显卡方法，是一种基于itx机箱，通过在机箱外侧设计可插拔独立显卡的接口和结构，获得机箱进一步的小型化的创新方法。使机箱具备良好的便携性，并兼具高性能、高扩展性、高节能的特点。进一步地，本发明是对传统台式机结构和使用方式的创新，有利于我国相关企业提升创新能力，有利于电脑产业改善产品同质化问题，有利于台式机在pc市场份额的提升。因此本发明对于台式电脑产品附加值的提高，对于台式pc的产业链升级，均具有积极的推动作用。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种itx规格台式电脑外接可插拔独立显卡的装置和方法。
9.为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种itx规格台式电脑外接可插拔独立显卡的装置，包括itx规格电脑的机箱主体和与所述机箱主体外接的独立显卡，所述机箱主体容积不大于4.8l，所述机箱主体外表面设置有pci
‑
e
×
16接口、双6 2pin供电接口，所述机箱主体内部包括硬盘、pci
‑
e
×
16转接卡、itx规格主板及其附件和sfx或1u规格电源。所述sfx或1u规格电源通过pci
‑
e供电延长线引至机箱主体外表面，形成最大为所述双6 2pin供电接口的供电规格，所述双6 2pin供电接口根据独立显卡供电需要，通过显卡供电线与所述独立显卡连接，所述itx规格主板及其附件上设置有主板pci
‑
e接口，所述pci
‑
e
×
16转接卡一端与所述主板pci
‑
e接口连接，所述pci
‑
e
×
16转接卡另一端引至机箱主体外表面形成所述pci
‑
e
×
16接口。
10.优选的，所述机箱主体上设置有用于防尘和安装配件的机箱盖板，所述机箱主体外表面还设置有集成显卡输出口，独立显卡模式时，具有独立显卡输出口。
11.优选的，所述机箱主体外侧设置有散热孔。
12.优选的，所述双6 2pin供电接口和所述pci
‑
e
×
16接口的开口均设置在机箱主体表面，开口的尺寸设计为适配标准的所述双6 2pin供电接口和适配标准的所述pci
‑
e
×
16接口的尺寸。
13.优选的，所述pci
‑
e
×
16转接卡全高不大于65mm，所述pci
‑
e供电延长线全长小于120mm。
14.一种itx规格台式电脑外接可插拔独立显卡的方法，包括：如权利要求1至5中任一所述的一种itx规格台式电脑外接可插拔独立显卡的装置，该方法包括以下步骤：
15.a.将所述itx规格主板及其附件装入机箱主体，将所述pci
‑
e
×
16转接卡一端接入所述主板pci
‑
e接口，将所述pci
‑
e
×
16转接卡另一端固定在机箱主体外表面所述pci
‑
e
×
16接口的开口；
16.b.将所述sfx或1u规格电源、cpu、cpu散热器、内存条和硬盘，按照标准装机规程装入所述的机箱主体，将所述sfx或1u规格电源的供电输出口，通过pci
‑
e供电延长线固定在所述机箱主体外表面的所述双6 2pin供电接口的开口；
17.c.集成显卡模式：所述pci
‑
e
×
16接口不插入独立显卡，从集成显卡输出口将视频输出，将显示器连接线接入所述itx规格主板及其附件的视频输出接口，然后开机，此时处于集成显卡模式，即利用板载集成显卡或cpu附带核心显卡进行图形处理和输出；
18.d.独立显卡模式：在关机状态下，所述pci
‑
e
×
16接口插入独立显卡，从独立显卡输出口将视频输出，并根据显卡功率和供电规格，确定是否连接显卡供电线，将显示器连接线接入所述独立显卡的视频输出接口，然后开机，此时处于独立显卡模式，即利用外接插入的高性能的所述独立显卡进行图形处理和输出；
19.e.可根据实际运行软件的配置需求，单独选择步骤c的所述方法，选择集成显卡模式，或者单独选择步骤d所述的方法，选择独立显卡模式；
20.f.涉及所述步骤c和d时，如需要拔除或者插入独立显卡，须在关机状态下进行。
21.本发明有益效果：
22.(1)本发明通过外接可插拔独立显卡的设计，取消和压缩机箱主体内部独立显卡的空间，加上itx规格主板和sfx或1u电源本身的小体积，使机箱体积不大于4.8l，该优点使整机获得优越的便携性，具有体积小的优点。
23.(2)本发明机箱主体体积减小，机箱本体重量较轻。在所述集成显卡模式下，由于拔除独立显卡，显著降低整机配件重量，有利于便携性，具有重量轻的优点。
24.(3)本发明在所述集成显卡模式下，具有显著的节能优点：通常高性能独立显卡是台式机最高功率的用电零件，由于拔除独立显卡，整机功率降低，具体节能水平取决于独立显卡能耗水平。
25.(4)本发明在所述独立显卡模式下，具有图形性能高的优点，同时代高性能独立显卡的性能远高于集成显卡，因此相比使用集成显卡的台式机，本发明在独立显卡模式下可提升整机图形性能，具体提升幅度取决于整机的独立显卡和集成显卡性能。
26.(5)本发明在集成显卡模式下，整机不存在独立显卡的发热问题；在独立显卡模式下，独立显卡完全位于机箱外部，且其散热通道和机箱内部散热通道互不干扰，因此可以获得理想的散热性能，具有散热性好的优点。
27.(6)本发明中所述机箱主体、配件均为标准化台式机配件，相比于笔记本电脑，具有优异的扩展性和可升级性，也具有高性价比的优点。
附图说明
28.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
29.图1是本发明优选实施例机箱主体结构图；
30.图2是本发明优选实施例机箱主体的外表面pci
‑
e
×
16接口结构示意图；
31.图3是本发明优选实施例机箱主体的外表面双6 2pin供电输出口结构示意图；
32.图4是本发明优选实施例机箱主体零部件完整装配结构示意图；
33.图5是本发明优选实施例的集成显卡模式示意图；
34.图6是本发明优选实施例的独立显卡模式示意图。
35.附图标注：
[0036]1‑
双6 2pin供电接口 2
‑
pci
‑
e
×
16接口 3
‑
机箱盖板 4
‑
机箱主体 5
‑
散热孔 6
‑
独立显卡 7
‑
硬盘 8
‑
pci
‑
e
×
16转接卡 9
‑
cpu散热器 10
‑
itx规格主板及其附件 11
‑
sfx或1u规格电源 12
‑
显卡供电线 13
‑
集成显卡输出口 14
‑
独立显卡输出口。
具体实施方式
[0037]
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0038]
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0039]
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
[0040]
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
[0041]
参照图1
‑
图6，本发明的优选实施例，一种itx规格台式电脑外接可插拔独立显卡的装置，包括itx规格电脑的机箱主体4和与所述机箱体主体4外接的独立显卡6，所述独立显卡6的规格可以是全尺寸的显卡，也可以是半高显卡，也可以是mini显卡，采用显卡制造商原厂附带的显卡散热器，显卡散热器尺寸不限，所述机箱主体4容积不大于4.8l，优选的，所述机箱主体4外部典型尺寸不大于(长
×
宽
×
高)308
×
218
×
70mm，并可根据需要减小宽度，也可采用1u规格电源降低高度，所述机箱主体4材质为镀锌钢板、不锈钢或铝合金等机箱常用金属或高分子材料。所述机箱主体4外表面设置有pci
‑
e
×
16接口2、双6 2pin供电接
口1，所述机箱主体4内部包括硬盘7、pci
‑
e
×
16转接卡8、itx规格主板及其附件10和sfx或1u规格电源11，itx规格主板及其附件10应集成显卡，具备主板视频输出功能。
[0042]
所述sfx或1u规格电源11通过所述pci
‑
e供电延长线引至机箱主体4外表面，形成最大为所述双6 2pin供电接口1的供电规格，所述双6 2pin供电接口1根据显卡接入情况及供电需求，通过显卡供电线12与所述独立显卡6连接，所述显卡供电线12使用标准6 2pin电源线，所述itx规格主板及其附件10上设置有主板pci
‑
e接口，所述pci
‑
e
×
16转接卡8一端与所述主板pci
‑
e接口连接，所述pci
‑
e
×
16转接卡8另一端引至机箱主体4外表面形成所述pci
‑
e
×
16接口2。
[0043]
作为本发明的优选实施例，其还可具有以下附加技术特征：
[0044]
本实施例中，机箱主体4上设置有用于防尘和安装配件的机箱盖板3，所述机箱主体4外表面还设置有集成显卡输出口13，独立显卡模式时，带有独立显卡视频输出口14，所述机箱盖板3能够防止灰尘落入机箱主体4内部，使得机箱主体4工作状态更加稳定。
[0045]
本实施例中，所述机箱主体4内设置有cpu散热器9，散热器安装后总高不超过机箱外表面，所述机箱主体4外侧设置有散热孔5，用于给机箱主体4内部散热，防止机箱主体4内部件过热。
[0046]
本实施例中，所述双6 2pin供电接口1和所述pci
‑
e
×
16接口2的开口均设置在机箱主体4表面，开口的尺寸设计为适配标准的所述双6 2pin供电接口1和适配标准的所述pci
‑
e
×
16接口2的尺寸，采用的装机配件选用标准件的设计，使得市售部件能够通用，具有优异的扩展性和可升级性，也具有高性价比的优点。
[0047]
本实施例中，所述pci
‑
e
×
16转接卡8全高不大于65mm，优选为65mm，所述pci
‑
e供电延长线全长小于120mm，优选为100mm。
[0048]
本实施例中，机箱内布局可以是电源在靠近itx主板内存位置的一侧，该布局有利于减小部分cpu散热器的散热通道对电源的影响。其次，机箱内布局也可以是电源靠近主板pci
‑
e接口所在边的正对面一侧，此时机箱对应可插拔独立显卡的位置设计为局部可拆卸结构，此时可以直接接入独立显卡，省去pci
‑
e
×
16转接卡。
[0049]
本发明的优选实施例，一种itx规格台式电脑外接可插拔独立显卡的方法，包括上述的一种itx规格台式电脑外接可插拔独立显卡的装置和方法，该方法包括以下步骤：
[0050]
a.将所述itx规格主板及其附件10装入所述机箱主体4，将所述pci
‑
e
×
16转接卡8一端接入所述主板pci
‑
e接口，将所述pci
‑
e
×
16转接卡8另一端固定在所述机箱外表面pci
‑
e
×
16接口2的开口；
[0051]
b.将所述sfx或1u规格电源11、cpu、cpu散热器9、内存条和硬盘7，按照标准装机规程装入所述的机箱主体4，通过pci
‑
e供电延长线将所述sfx或1u规格电源11的供电输出口，固定在所述机箱主体4外表面的所述双6 2pin供电接口1的开口；
[0052]
c.集成显卡模式：所述pci
‑
e
×
16接口2不插入独立显卡6，从集成显卡输出口13将视频输出，将显示器连接线接入所述itx规格主板及其附件10的视频输出接口，然后开机，此时处于集成显卡模式，即利用板载集成显卡或cpu附带集成显卡进行图形处理和输出，此时电脑不适合运行高负荷的三维图形处理程序(具体运行情况取决于具体配置)，并且由于不搭载独立显卡，此时电脑能耗大幅降低；
[0053]
d.独立显卡模式：在关机状态下，所述pci
‑
e
×
16接口2插入独立显卡6，从独立显
卡输出口14将视频输出，并根据显卡功率和供电规格，确定是否连接显卡供电线12，将显示器连接线接入所述独立显卡6的视频输出接口，然后开机，此时处于独立显卡模式，即利用外接插入的高性能的所述独立显卡6进行图形处理和输出；此时电脑适合运行包括高负载三维图形处理在内的所有类型程序(具体运行情况取决于具体配置)，同时该模式下电脑的能耗较高，所述sfx或1u规格电源11的额定功率，须考虑所述独立显卡模式下，所述独立显卡6带来额外的功率需求；
[0054]
e.可根据实际运行软件的配置需求，单独选择步骤c的所述方法，选择集成显卡模式，或者单独选择步骤d所述的方法，选择独立显卡模式；
[0055]
f.涉及所述步骤c和d时，如需要拔除或者插入独立显卡，须在关机状态下进行。
[0056]
实施例1：
[0057]
按照表1所示配置，安装微星mpg b550i gaming edge wifi主板，外接nvidia geforce gtx1070作为可插拔的独立显卡6，并采用corsair sf750型号的750w的sfx规格电源11提供电力，具体包括以下步骤：
[0058]
a.将主板装入本发明所述的机箱主体4，将pci
‑
e
×
16转接卡8一端接入所述主板pci
‑
e接口，将pci
‑
e
×
16转接卡8另一端固定在所述pci
‑
e
×
16接口2的开口；
[0059]
b.将所述sfx或1u规格电源11、cpu、cpu散热器9、内存条和2.5英寸的硬盘7，按照标准装机规程装入所述机箱主体4，将所述sfx或1u规格电源11的输出电线，分别连接本实施例的主板、硬盘等部件的供电接口。然后，将所述sfx或1u规格电源11的供电输出口，通过pci
‑
e供电延长线延伸至机箱表面形成所述双6 2pin供电接口1；
[0060]
c.集成显卡模式：在不外接gtx1070型号的独立显卡6的情况下，将显示器连接线接入主板的视频输出接口13，然后开机，此时电脑处于集成显卡模式，即利用板载集成显卡或cpu附带核心显卡进行图形处理和输出，此时电脑不适合运行高负荷的三维图形处理程序，并且由于未搭载独立显卡6，此时电脑能耗较低；
[0061]
d.独立显卡模式：在关机状态下，将gtx1070型号的独立显卡6插入所述机箱主体4外表面适配的所述pci
‑
e
×
16接口2，并根据显卡功率需求，选择和连接所述机箱主体4外表面的显卡供电线12，将显示器连接线接入gtx1070型号的独立显卡6的视频输出接口14，然后开机，此时电脑即处于独立显卡模式，即利用外接的独立显卡6进行图形处理和输出，此时电脑适合运行包括高负载三维图形处理在内的所有类型程序，同时该模式下电脑的能耗较高；
[0062]
e.本发明所涉及的方法，可根据具体使用需求和环境进行选择：如进行文字处理办公等轻度使用环境，或需经常携带电脑时，可单独采用步骤c所述的方法，选择集成显卡模式；如运行高负载三维图形，或者gpu通用计算程序等重度使用环境时，可单独采用步骤d所述的方法，选择独立显卡模式；
[0063]
f.涉及所述步骤c和d时，如需要拔除或者插入独立显卡6，须在关机状态下进行。
[0064]
如图5所示，本发明在集成显卡模式下的示意图。此模式下，如表1所示，整机体积为4.7l，重量为4.6kg，根据功率测试仪测试，整机在桌面状态待机功耗为39w，满负载功耗为113w，采用电脑行业常用的3dmark基准性能测试软件的fire strike项目，测得集成显卡模式的性能分数为4019，满负载时核心部件温度数据：cpu 66℃，gpu为cpu集成，温度45℃，如图6所示，本发明在独立显卡模式下的示意图。此模式下，整机体积为4.7l 独立显卡体
积，重量约为6.25kg，根据具体型号功率测试仪测试，整机在桌面状态待机功耗为110w，满负载功耗为330w，3dmark fire strike测试分数为18290，满负载时核心部件温度数据：cpu 66℃，gpu 78℃。
[0065]
作为对比，同配置带独立显卡6的传统itx台式机(机箱配置见表1)，整机体积约10.2l，整机重量7.3kg。在满负载时核心部件温度数据见表1：cpu 67℃，gpu 79℃，3dmark fire strike测试分数为18290。由于上述带独立显卡6的传统itx台式机，相对本发明，配置相同，仅机箱不同，因此其性能和功耗数据和本发明的独立显卡模式基本一致。
[0066]
结果表明，在本发明集成显卡模式下，整机体积、重量较传统itx台式机优化53.9％和36.9％，待机和满负载功耗较独立显卡模式和同配置传统itx台式机分别降低64.5％和65.7％，由于集成显卡模式无机箱内部独立显卡的额外发热源，cpu、gpu温度相对带独立显卡的传统itx台式机分别下降1％和43％。因此，本发明在集成显卡模式下，相对传统台式电脑，具有优越的便携性、散热性和高能效的特点。
[0067]
本发明独立显卡模式下，整机图形性能相对集成显卡模式提升78％，由于独立显卡6外接，显卡散热空间扩大，且和机箱主体4内零件散热通道互不干扰，且机箱重量降低，因此cpu、gpu温度及整机重量相对传统itx台式机稍低。因此，新型itx台式机在独立显卡模式下，完全具备同配置传统台式机的性能，并具有一定程度的散热和重量优势。
[0068]
本发明取消机箱主体4内部独立显卡的空间，可最大限度地压缩机箱主体4空间，在支持独立显卡6扩展的前提下，使机箱主体4体积减少到不大于4.8l。而且本发明采用可插拔外接的独立显卡6的设计，当拔除独立显卡6时，即集成显卡模式时，整机功率降低，具有体积小、重量轻、有显著的节能的优点，使整机获得优越的便携性，且此时整机不存在独立显卡6的发热问题；而在独立显卡模式下，独立显卡6位于机箱主体4外部，且其散热通道和机箱主体4内部散热通道互不干扰，因此可以获得理想的散热性能；并且同时代高性能独立显卡的性能远高于集成显卡，因此独立显卡模式具有图形性能高的优点；本发明所述机箱主体4，主要装机配件均为标准化台式机配件，配件通用，因此本发明相对笔记本电脑，具有优异的扩展性和可升级性，也具有高性价比的优点。
[0069]
表1不同类型台式机的主要参数
[0070][0071][0072]
在不出现冲突的前提下，本领域技术人员可以将上述附加技术特征自由组合以及叠加使用。
[0073]
以上所述仅为本发明的优先实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。