笔记本电脑的总体结构

hnyl · 发表于 2006-9-20 13:28:52

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1. 笔记本电脑的总体结构笔记本电脑的外型与台式机相差甚远，从外观上看主要分为两大块，一块是最直观的部分---显示屏，它是电脑最主要的输出设备。另一块是最复杂的部分---主机，复合了最多的部件。包括软驱、硬盘、光驱、CPU、内存条、主板、电池等。但它的内部组成与台式机相差无几，都由几大部分搭配而成。第一台笔记本电脑采用的"一体化"结构设计，是区别于台式机的一个重要方面。系统涉及到的各种逻辑芯片组、适配器卡等都设计在主板上，只是采用简单的物理堆积叠压方式，将零部件一股脑儿密密匝匝地塞进去。这种结构设计的电脑，好处自然是有效利用了空间，使笔记本电脑更象是一个"整体"，当然体积也相应变小。但是，它的缺点也是明显的，那就是散热性能不佳，散热性能不佳的直接后果是容易引起机器的故障，造成整机的性能和稳定性下降，而且难以应用世界上多种被备件厂商垄断了的先进技术，成为笔记本电脑不能进一步发展的瓶颈。因此，这种结构的笔记本电脑很快就被随后推出的"模块化"笔记本电脑所取代。 "模块化"笔记本电脑是通过将相对独立的逻辑芯片组或相对分离的零部件独立出来形成一个个模块，然后以卡或槽服务方式与其主板进行组合。这种结构虽然增加了笔记本电脑整体所占的空间大小，与超薄、超轻的方向不太一致；但却较好地解决散热问题，同时增加了配置的灵活性及先进技术的应用，可以根据个人的不同需求进行不同的配置，有利于笔记本电脑的升级。它既延长笔记本电脑使用寿命，也保护了客户的投资，促使笔记本电脑向大规模的产业化和商业化扩展。因此，这种结构的笔记本电脑获得了人们的认可。1998年之前的大部分笔记本电脑都属于这种结构。随着半导体工艺的进步，0.25微米技术和专门的超小封装模式使得笔记本电脑微处理器实现了体积、发热、功耗更小的目标，为笔记本电脑全新的设计风格--"全内置 (All-in-One)"的实现奠定了基础。最初的"全内置"笔记本电脑这种结构虽然增加了连入笔记本的零部件数量和种类，但是引起的散热问题仍然不容忽视，大量的热量聚集在有限的空间里无法散发，温度就会越来越高，其直接后果就是笔记本电脑极易出现故障，使用寿命缩短造成整个系统工作的稳定性下降。虽然目前市场主流笔记本以全内置结构为主，都具有大屏幕、高速CPU、大容量硬盘和体积小的特点，但是由于笔记本的固有结构特点，造成它们都面临着各自的散热问题。散热性能低劣可能会导致过热，随之又可能导致严重的性能下降和可靠性问题。为了解决这个问题，不同厂家的笔记本在散热方式上采用了不同技术。通常，散热系统覆盖笔记本整个内部机身，不是仅仅通过某种单独散热方式工作，在各部件合理化布局的基础上，都安装了风扇、散热片、散热导管，后部各个端口和机壳上的散热孔等，对于某些采用镁铝合金作为外壳材料的机型来说，通过金属外壳散热是一个重要途径。此外，某些机型键盘在使用时可自动弹起8-10度，通过室内空气的流动带走机箱内的热量。一些机型还采用了智能化散热管理系统，当笔记本运行一段时间，机箱内部温度达到一定温度时，系统自动启动后部的散热风扇，既节省了耗电量，又在关键时刻达到及时降温的作用。对整套系统的最有效的平衡散热设计，能够避免热点的产生。笔记本的顶部能够得益于键盘上的空气流动散热，而其底部通常就达不到迅速的散热效果，因此底部也是散热设计中的关键区域。总体来说，CPU是最热的部件，然后是电源和硬盘。注意到，各种笔记本在散热设计方面采用了不同方式且相距甚远，从金属导体、散热片和散热管，到小风扇和精心设计的气流通道，不一而同，各显其能。笔记本电脑结构经历了"一体化"、"模块化"和"全内置"的变化之后，今后将朝着怎样的方向发展呢?技术的进步直接表现为笔记本设计风格的变化。在多数用户的心目中，笔记本电脑具有轻便、灵巧、多能和实用的特点，能够轻而易举地变换不同配置。另外，随着Internet的发展，更多的用户对笔记本电脑的"扩展性"也提出了更高的要求，"扩展性"为实现完美的移动应用提供了解决方案。 "全内置"指的是将光驱、软驱、硬盘、电池这四大部件集成于一体的笔记本电脑，体现了良好的便携性能，超轻、超薄、超便携，是笔记本电脑始终不会改变的主旋律；而"模块化"实现的是笔记本电脑功能扩展，为了能提供更快、更大容量、更灵活的配置，实现产品性能上的突破而设计的，对延长笔记本电脑的使用寿命，保障客户的投资有帮助。这里需要引入"Spindle＂的概念，"1－Spindle＂机型即指超薄笔记本电脑，它的1－Spindle指的是硬盘；"2－Spindle＂一般指光驱、软驱互换的机器，除了硬盘外，另一个Spindle指的是光驱或者软驱；"3－Spindle＂即是全内置型笔记本电脑，其光驱、软驱均内置在笔记本电脑中。模块化在扩展性方面的意义在于，其光驱、软驱模块可任意选配其他设备，如第二块硬盘、第二块电池、DVD、CD－RW等。这些超强扩展功能已经在目前的高端机像联想昭阳9000系列笔记本中出现。"轻、薄、短、小"一直都是笔记本型电脑产品追求的目标，再加上网络储存、传输资料等功能要求的不断提高，因此不配备软驱的2-spindle笔记本型电脑产品越来越受欢迎。2-spindle笔记本型电脑轻薄，易携带，广受出差机率较高或外勤工作人员地喜爱，并且存储容量不受限制，安全性高。由于All-in-one产品多选择1.44 Mb软驱作为存储媒介，在网络高速发展的今天，这个容量已无法满足人们的要求。随着CD-RW与高容量20GB硬盘的出现，2-spindle可灵活选择这些高容量存储设备，从而解决了人们对数据存储的担心；另外，出于安全性的考虑，使得2-spindle产品成为绝佳的储存装置选择。因此，在设计新型的笔记本电脑方案时，应采取将"模块化"和"全内置"集于一身的"辩证一体化"设计风格。也就是说，在这种情况下的"模块化"、"全内置"以及"一体化"已经被赋予了全新的内涵。这种逐渐成长得更为"丰满"的笔记本电脑要求能够同时内置各种设备；同时要求通过不同的接口，以模块化的方式实现不同部件的互换。追求"模块化"的"全内置"，将是笔记本电脑的发展趋势。 2. 笔记本电脑的主要部件笔记本电脑部件专用性很强，不同品牌或不同机型之间，可通用部件很少。让我们通过"解剖"笔记本电脑，了解一下笔记本电脑的部件标准化发展。 1）显示屏显示屏是笔记本电脑最吸引人的地方，人们称为LCD（Liquid Crystal Display）液晶显示屏。与台式机的CRT显示屏相比，表面平整光滑，是真正的平面直角；色调柔和。CRT和它相比其缺点在于：耗电大；单个电子束容易散焦；屏幕聚焦不良而使颜色不均；高压电路和较强电磁场会产生有害的电磁辐射。LCD显示屏是笔记本电脑中最为昂贵的部件之一。目前，笔记本电脑主要采用了两种LCD显示屏：DSTN(Dual－layer Super Twist Nematic双层超扭曲向列)和TFT(Thin Film Transistor薄膜式晶体管或有源矩阵)。DSTN与TFT相比各有优缺点：DSTN价格低，具有保密特性，但显示效果在专业人士眼中并不完美，适合那些资金少，用做一般用途的用户，因为刷新频率、亮度、色深等方面都不如TFT LCD，DSTN显示屏主要用于低端笔记本。TFT价格高，但显示效果好，适用于那些资金多，用于专业用途的人士。联想昭阳系列笔记本已经全部使用TFT真彩显示屏。LCD内部机械尺寸、安装尺寸、驱动电路及数据接口会有许多不同之处，但相同尺寸LCD在分辨率和点距相同时显示标准基本一致。TFT真彩显示屏目前使用最为广泛的尺寸有：12.1英寸，13.3英寸，14.1英寸，15.0英寸真彩显示屏目前比较少见，只出现在技术含量更高的高端笔记本产品中 2）CPU 作为计算机的心脏CPU一直是用户最关注的一个方面，它直接关系到计算机的性能。CPU一直是计算机所有部件中更新换代最快的。然而反映到笔记本电脑上就不那么明显了，由于笔记本电脑自身的限制和高速处理之间的矛盾使得笔记本电脑的运算速度一直落后于台式机，主要原因是笔记本电脑需要解决散热问题，笔记本电脑的内部空间狭小，发热部件多，散热相对困难。而CPU随着运算速度的提升散热片不断加大，甚至加装风扇以加速散热。因此笔记本电脑需要与之配套的专用CPU。这就造成先有台式机CPU而后有笔记本电脑CPU，使得笔记本电脑的更新滞后于台式机。从性能上说，同样主频下笔记本电脑专用CPU与台式CPU性能基本一致。但由于笔记本电脑专用CPU的工艺要比台式CPU更复杂、技术含量更高，而且采用的是两种完全不同的制造工艺和封装技术，因而从整个计算机系统来说，相同配置的笔记本电脑的性能落后于台式机。有的厂家曾直接将台式机CPU用于笔记本电脑，这十分有害。其结果可能直接导致笔记本电脑死机频繁，损伤机器、影响寿命。目前，市场上绝大部分笔记本电脑，包括联想昭阳全线产品，都使用了INTEL公司的笔记本电脑专用CPU。小部分使用AMD公司的产品，AMD公司的笔记本电脑专用CPU全部使用传统的SOCKET 7插座，在主板支持的情况下可以升级。INTEL公司主流产品赛扬、奔腾II和奔腾III使用了七种封装形式，由于不同的封装形式必须使用不同的散热结构和主板连接形式，所以不同封装形式的CPU不能通用，只能在同一种封装形式的CPU之间进行互换和升级。 CPU的速度通常是最受重视的指标，它更新换代的速度也是最快的。由于笔记本电脑CPU的特殊性：要求较小的体积、较小的发热量、较小的耗电量，使它不同于台式机，所以在前期发展阶段它的更新速度曾经滞后于台式机。但随着今年INTEL推出笔记本电脑专用Pentium III CPU，笔记本电脑的运算速度有了大幅提升，其性能已直逼台式机。新型笔记本电脑专用PIII MOBILE CPU采用0.18微米制作工艺，集成了一些控制芯片组和热敏元件，采用专门的超小封装模式，与台式机CPU一样具有双重独立总线架构（D.I.B）、SSE指令集，动态执行技术、MMX技术，高达32kBL1缓存和一个整合到处理器芯片内的256KB二级高速缓存，使得CPU的性能得到极大的提升，笔记本电脑专用PIII处理芯片的电压为1.6V，有效地降低了电池的负载，延长了电池的使用时间。今后CPU高端的主力将是P III的高频处理器。在低端的Celeron CPU仍会居主导地位。另外，为了适应笔记本电脑对散热的特殊要求，MOBILE CPU还拥有内置能量管理的特性，此项技术可以保证处理器在进行运算时可以得到严格的能耗管理，极大地提高可靠性。这就是Intel发布的采用Speed Step电源管理技术的CPU，它也唯有对于笔记本电脑才有意义。Speed Step属于电源管理的技术范畴，具有Speed Step技术的CPU可自动检测笔记本电脑的用电状态。当笔记本电脑使用外接电源时，CPU则全速运行，为系统提供最佳的性能；当笔记本电脑使用电池电源时，CPU会自动降频，使系统达成一种省电／性能最佳比状态。Speed Step的意义在于为笔记本电脑的电源管理提供了更选进的手段，为更长时间地使用电池从另一方面提供了可能。联想昭阳9000系列笔记本已经把支持Speed Step技术作为一个卖点。在2000年第三季度，支持总线速度100／133的笔记本专用CPU将问世，它将为笔记本的性能带来更大的飞跃。
3）主板主板的外形是一块印刷电路板，上面集成了各种控制芯片和接口，制作非常精密。笔记本电脑的主板采用的是6层以上的多层印刷板，显示控制器、输入/输出控制器、软硬盘控制器、图形压缩/解压缩控制器等芯片都直接做在主板上以节省空间。因此板子的芯片电路布局比台式机主板复杂得多。为了避免大量发热和耗能，集成电路芯片一般都采用低功耗的芯片。由于主板的生产制作没有统一的标准，各个厂家根据不同目的生产的主板各不相同，因此不能互换。 4）存储设备内存方面，以前缺乏统一标准，大部分笔记本电脑使用专用内存，在升级时只有两种方法：购买原厂内存，或购买PCMCIA内存扩展卡。当前笔记本电脑已经广泛使用标准内存。标准内存分为30线和144线两种，30线的内存多见于使用EDO内存的老式笔记本电脑，现在已基本淘汰。144线标准内存目前广泛使用，有EDO、SDRAM（PC66）、SDRAM（PC100）等多种类型和各种容量。全球内存芯片制造商很多，不同品牌的内存之间有可能存在互不兼容现象，在升级或更换内存时，应注意兼容性。软驱是笔记本电脑的标准配件，使用1.44MB 软盘。但随着对大量数据的交换和重要文件拷贝的需求，1.44MB显然已经不够用了。它的替代者已经出现并已经成为笔记本电脑的选件，那就是ZIP软驱。ZIP有内置和外置之分，内置与传统软驱大小相同，外置配有电源和接口线。无论内置、外置的安装都十分方便。ZIP软盘的容量为1.44MB的70倍，达到100MB。在国外100MB的ZIP、LS120软驱早已十分流行了。国内市场的还不太流行。硬盘是计算机的主要外部存储设备。它是笔记本电脑中最早的标准化部件之一，现在都使用2.5英寸的盘片，接口上使用了统一的IDE接口和插头。各种笔记本电脑专用硬盘间的主要差别在于其厚度，由于体积限制，硬盘容量也受到一定制约。现有的笔记本电脑专用硬盘有多种厚度规格：17mm、12.5 mm、9.5mm、9mm。使用何种厚度硬盘，主要由笔记本电脑内部硬盘仓的空间决定。兼顾考虑容量和厚度，当前使用最多的是12.5和9.5mm厚度硬盘。在笔记本电脑中硬盘容量的突破口就在于容纳的盘片数和更高的存储密度上。并且还要兼顾寻道时间、噪音、发热量等因素。由于笔记本多用于移动办公，硬盘还要具有防震设计。笔记本电脑的光驱比台式机的要薄很多，没有音量调节钮和耳机插孔，速度以24倍速为主。另外DVD ROM将会取代CD ROM的位置，目前笔记本电脑专用光驱，包括CD-ROM、DVD-ROM、CD-R/RW，其厚度都是12.5mm，外形尺寸、安装定位、接口位置、接口尺寸和接口定义标准还不太统一，在更换和升级时可能在这些方面发生问题。不同类型的光驱需不同BIOS支持，很多时候不可以直接更换。一般情况下，尚无法做到不同厂家光驱实现。 4）电池电池对笔记本电脑来说十分重要，它是实现移动办公的重要支持。笔记本电脑最早采用的是镍氢电池，这种电池具有较好的性价比和较大的功率，但电池持续放电时间短，所以很快被锂离子电池替代。锂离子电池储能密度大，可随时充电并且持续放电时间长，一般在3小时左右。要维持较长时间的供电，还需要从笔记本电脑的节能方面入手。最好的标准是ACPI高级配置和电源管理。它是由东芝、INTEL、微软共同开发制定的，并由东芝首先应用于笔记本电脑，主要功能是某一部件或外设在一段时间内没有被使用时，则暂时切断该部件或外设的电源，只有再次使用该设备时再重新供电，以达到减少电力消耗，延长使用时间。电池的外形和接口也没有统一标准。目前，联想昭阳等笔记本电脑主流产品全面采用长效锂电池，电池与主机之间的通讯协议则符合smart battery（智能电池）的标准。随着笔记本电脑和掌上电子产品技术的迅速发展，人们对其稳定性、使用时间、体积乃至充电次数、充电时间等方面都提出了更高的要求，而电池技术也紧随市场需求，在诸多方面做出了相应的改进和发展。为减小体积，同时达到延长使用时间、增加使用次数、减少记忆效应所产生的负面影响等目的，考虑到电池的成本及使用的安全性，电池在材料上不断细化改进。在外型上，为适应笔记本电脑轻薄短小的发展趋势，电池的外观由原本单纯采用圆形串接、方形串接的长条外观发展到众多自定义不规则形状。更轻，更薄，更长使用时间，更长寿命将是电池的不变发展趋势。 5）触控板在windows时代，笔记本电脑的触控板（Touchpad）有时可能比键盘还重要。由于结构设计上的不同，不同产品的触控板在厚度和接口位置上有所不同。笔记本电脑的鼠标也叫"指点设备"，共有三类，即"定位杆"、"轨迹球"和"触控板"。前二者现已趋于淘汰，"触控板"是由Apple公司研制的，它通过一块电磁感应板跟踪手指在触控板上的移动，控制屏幕上的光标位置。它适用于大范围迅速移动光标，但微调功能较差。 6）键盘键盘在可以充分体现各自特色的笔记本电脑中更是形状万千，标准化较差。一些外形尺寸完全一样的键盘，也有不少由于内部接口和连线不同而不能通用。但国内销售的笔记本电脑基本上都是85-88键的美式键盘，按键大小基本相同。例如，联想昭阳选用的就是通用性最好的88键WINDOWS键盘。
7）AC适配器作为电源系统的重要部分，它主要起到为笔记本提供外接电源的作用，它的输入直接为市电，一般范围为100-240V，50-60HZ，1.5A的交流电，经过转换，一般输出为直流输出，由于目前各笔记本厂家的产品尚无统一标准，对于不同厂家不同产品的电源适配器一般不能通用，否则可能会造成机器损坏。 3．笔记本的主要接口一台好的笔记本电脑，需要的不仅是最好的部件，高质量的性能，还要求适当的接口，为笔记本电脑提供良好的扩展性。 8）图形接口 INETL 公司推出了笔记本电脑专用的PENTIUM II处理器，实现了笔记本电脑的另外一种特别应用于图形方面的端口，它的名称是AGP，即加速图形端口，这种接口在图形卡与系统内存之间提供了直接的流水线式访问途径，它的数据传输速率达到了528-MBps，这使复杂3-D操作的执行变得更加容易。另外，AGP通过将图形移出系统内存之外进行处理，节省了其他方面的资源。 9）驱动器接口对于存储设备部件，如硬盘、CD-ROM驱动器，最常见的接口是ATA或IDE接口。目前最快速的ATA/IDE磁盘是Ultra ATA驱动器，Ultra ATA由Intel，Quatum，Seagate共同设计开发，它的数据传速度为33.3 MB/s内含查错机制，可使系统通过重复测试来改善数据的完整性。ATA/IDE总线使用了两种不同的方法与主机进行通信一种是DMA，即直接内存访问，它直接将数据读到到系统RAM中，而不必通过CPU进行处理。目前Ultra DMA/66已成为主流。另一种方法是PIO方式。 10）USB接口 USB,也称为通用串性总线接口。USB技术用一个端口就可以连接很多外设，方便易用，符合笔记本电脑移动办公的需要，目前成为通用流行技术。　　 11）IEEE1394高速小型总线。它的功能与USB相似，但性能更加强大，更高的数据传输速率。目前可以连接快速SCSI外设、PCI视频捕捉卡、数字摄像放像机等。IEEE 1394接口标准是十多年前由IEEE（电气和电子工程师协会）制定的高速数据传输的串行总线标准。随着多媒体应用的不断拓展，对实时的图像与声音的捕捉，电视图像等多媒体数据传输，增加了对具有超高速的数据传输率并能把高数据源连接到计算机的迫切需求。像影视图像、声音等对时间反应较敏感的数据，完全依赖高速的数据传输速率来保证影视图像与声音的质量，数据传输率是至关重要的。IEEE 1394正是满足这种需要的接口及总线标准。但就目前而言，在当前市场上配置IEEE1394的机型(包括台式机)是相当少见的。IEEE1394 接口虽然在传输速度上超过了USB接口，但市面上还难寻其他支持IEEE 1394接口的周边外设产品，这主要是由于IEEE1394设备的成本太高。但随着技术的进步与相关设备的普及，相信在不远的将来，IEEE1394也将如USB一样成为计算机的标准配置。 12）FIR ，快速红外传输端口。 FIR ，快速红外传输端口。IrDA，是制定红外传输端口的技术标准的组织，红外传输端口的传输速度为4Mbps。通过红外线传输与外设进行无线连接，是典型的笔记本电脑应用技术。可以使笔记本电脑和其它与IrDA兼容的计算机和外设进行快速、方便的通讯，只要将笔记本电脑和打印机的红外端口互相对准，就可打印文件，而不需要外部连线，从而强化了笔记本电脑的移动性。它的缺点是容易受到热源、强光等外部环境的影响。 13）ZV（Zoomed-video Port）端口 ZV端口由笔记本电脑主要制造厂商东芝公司发明的电脑视频图象处理技术，它使视频数据通过PC卡直接到图形控制器，不经过系统总线，减轻了系统总线的拥挤。它是在早期电脑数据处理水平较低时，为提高笔记本电脑性能而特殊设计的技术。 14）PCMCIA插槽 PCMICA（PERSONAL COMPUTER MEMORY CARD INTERNATIONAL ASSOCIATION个人计算机存储卡协会）插槽。在扩展卡标准出台前，许多外设都是专用的，不能与其他厂家产品互换。因而需要一种通用的扩展方案，以便对计算机的扩展能力标准化，PCMICA应运而生。它规定了内存卡的物理设计方案、计算机插槽设计方案、电气接口及相关软件。并一直推动现在被称为"PC"卡的标准。PC卡现已应用于多种场合，包括几种类型的RAM内存、预编程ROM卡、MODEM卡、SCSI控制器、数据采集卡，以太网卡等。
15）扩展坞扩展坞是笔记本的特有接口，由于笔记本固有结构和非标准性的特点，造成了笔记本的较差的扩展性，因而需要为笔记本提供一种通用的扩展方案，因此笔记本厂家对于各自的产品提供扩展盒，通过与扩展坞相连，外接某些SCSI，ISA等设备，但是由于扩展坞目前尚无统一标准，接口定义不尽相同，扩展盒通常需要由原厂家提供。