第二节 笔记本电脑软、硬件组成
笔记本电脑由硬件和软件两大部分组成。硬件是指看得见的物品,例如键盘、鼠标等;软件是指系统,例如电脑里装的各种程序等。硬件和软件互相依存,硬件是软件赖以工作的物质基础,软件的正常工作是硬件发挥作用的唯一途径,两者密切地协同发展,缺一不可。
一、笔记本电脑软件组成
笔记本电脑软件主要由SCU(Setup Configuration Utility,安装配置实用程序)组成,是输入系统BIOS设定值的程序,它是笔记本电脑中最基础和最重要的程序。笔记本电脑最原始的操作都是依照BIOS程序来完成,主要负责开机时对系统的各个硬件进行初始化设置和测试,从而保证系统能够正常工作。下面将对BIOS程序的功能、BIOS程序的典型设置方法及BIOS的升级进行具体介绍。
1.BIOS程序的功能
BIOS存放的程序主要有系统设置信息、开机后自检程序、系统自启动程序及主要I/O设备的驱动程序和中断服务。它们的具体功能如下:
(1)系统设置信息
系统设置信息即CMOS程序,在硬件系统引导过程中,迅速按下笔记本电脑的<F2>键,即可启动设置程序,进入BIOS设置界面。
(2)开机后自检程序
当电脑接通电源后,系统将有一个对内部各个设备进行检查的过程,通常是由一个称之为POST的程序来完成,通过读取CMOS RAM中的内容识别硬件配置,并对其进行自检和初始化。完整的自检程序包括CPU、640KB基本内存、1MB以上的扩展内存、ROM、CMOS存储器、串并口、显示卡、软硬盘系统及键盘测试。自检过程中若发现问题,系统将会给出提示信息或鸣警告示。
(3)系统自启动程序
自检成功后,ROM BIOS将按照系统CMOS设置中的启动顺序搜寻软硬盘驱动器及CDROM、网络服务器等有效的启动驱动器,让其运行以引导操作系统完成系统的启动。
(4)主要I/O设备的驱动程序和中断服务
主要I/O设备包括键盘、鼠标、声卡、显卡及打印机等,BIOS包含了这些设备的中断服务。电脑事先已给键盘、鼠标、声卡、显卡及打印机等预留了各自中断服务命令代码,当在电脑中安装上述设备时,电脑就会自动扫描对应的代码号,给出提示信息“发现某某设备”。BIOS开机时也会扫描这些设备的基础源代码,而中断就是指每隔一段时间扫描这个设备。键盘和鼠标不需要安装驱动程序,而声卡和打印机等一般要求另外再安装驱动程序才能正常使用。
2.BIOS程序的典型设置方法
BIOS程序通过设定可以执行及维护许多硬件功能,是一种利用菜单的模式来操作的软件,允许轻松地设定及变更设定值。常见笔记本电脑BIOS程序主要为Phoenix BIOS程序。
若笔记本电脑在开机测试时发现问题,屏幕上会出现提示信息要求执行SCU;当出现由于某种故障需要复原默认值、针对特定硬件需要改变设定值、需要改变设定值以调整系统性能等情况时必须执行BIOS程序。
若欲执行BIOS程序设定,需在电脑开机时按下<F2>键。对于一个项目,必须通过两层或三层的选项才可完成设置。这些选项大部分都必须通过三层选项:菜单标题、下拉式菜单及子菜单。然后再利用键盘来移动并进行选择,可以通过鼠标、<Alt>键、<Tab>键、“光标键”、<Esc>键空格键、<Enter>键及“数字键”来完成设置。
不同的笔记本电脑所采用的BIOS程序类型不尽相同,但都是由各个厂商以Phoenix BI-OS程序为基础进行开发的。尽管品牌不一样,但BIOS里面的设置参数大多数还是大同小异,可以通过参照来进行设置。下面以华硕笔记本电脑为例,对笔记本电脑BIOS程序的典型设置方法进行具体介绍。
华硕笔记本电脑BIOS设置内容包括基本设定、高级设定、电源管理设置、启动设备设置、保存BIOS程序设置。
(1)基本设定
基本设定菜单可对基本的系统配置(如时间、日期等)进行设定,即设定笔记本电脑的系统概况,主要包括系统BIOS版本号、显示器版本号、CPU信息、核心速度、内存信息、电脑的时间和日期等。
基本设定主要由Devices(设备信息)、System(系统信息)、Memory(内存信息)状态提示窗口几部分组成。其设置及选项如下:
1)System Time:设置系统日期(month:day:year)。
2)System Date:设置系统日期(month:day:year)。
3)Language:设置BIOS语言(只读)。
4)Boot Display Device:设置启动时的显示屏为LCD或CRT。
5)Primary Master:显示第一驱动器(只读)。
6)Secondary Master:显示第二驱动器(只读)。
7)System Memory:显示系统基本内存(只读)。
8)Extended Memory:显示系统的扩展内存(只读)。
9)CPU Type:显示CPU的类型(只读)。
10)CPU Speed:显示CPU的速度(只读)。
11)BIOS Version:BIOS的版本(只读)。
(2)高级设定
BIOS高级设定直接关系到系统的稳定和硬件的安全,设置时务必小心。高级设定界面如图2-6所示,内容包括系统基本硬件设置、Easy-Flash功能选项、内置指针设备设定、数码键盘锁、声音选项、扬声器音量选项。
图2-6 高级设定界面
1)系统基本硬件设置。系统基本硬件设置又分为从、主IDE装置两个子菜单。用于设置管理笔记本电脑各个IDE驱动装置(例如硬盘、光驱等)。通常设置为默认选项即可。
2)Easy-Flash功能选项。可以在开机自检时按<F4>键或通过BIOS“Advanced(高级)”菜单中的“Start Easy Flash”选项开启此功能。只有支持Easy-Flash功能的主板才有该选项。
3)内置指针设备设定。用于开启或禁用触摸板的选项。选择“Disabled”为禁用,“Enabled”为启用。
4)数码键盘锁。该项目用于选择打开或关闭内置的数字键盘锁。
5)声音选项。该选项用于选择是否启用开机自检音;若启用这个选项,即可以在下面的“Speaker Volume”中设置该自检音的音量的大小;若禁用了自检音,则就不能进入到“Speaker Volume”选项。
6)扬声器音量选项。用于设置调节开机自检音的音量大小。
(3)电源管理设置
电源管理设置界面设定内容包括LCD Power Saving(显示器节能模式)和Start Battery Calibration(电池校正程序)设置。
1)显示器节能模式。用于设置开启或关闭显示器节能模式,默认是开启,通常选择默认选项。
2)电池校正程序。该选项用于进入电池校正程序,建议每三个月运行一次,从而可以延长电池使用寿命。对于用交流电而不用电池的用户,不需要设置此项。
(4)启动设备设置
启动设备设置界面如图2-7所示。内容包括Boot Settings Configuration(启动选项设定)、Boot Device Priority(启动顺序设置)、Hard Disk Drives(硬盘驱动器顺序)、CD/DVD Drives(光盘驱动器顺序)及Onboard LAN Boot ROM(板载网络启动选项)。
图2-7 启动设备设置界面
1)启动选项设定。单击“Boot Settings Configuration”(启动选项设定)选项,会进入启动选项子菜单设定界面,如图2-8所示。又分为Quick Boot(快速启动设置)和Quiet Boot(安静启动设置)两个选项。
图2-8 启动选项子菜单设定界面
①快速启动设置。快速启动设置用于设置计算机是否在启动时进行自检功能,从而来加速系统启动速度;若设置成“Disabled(禁用)”,系统将会在每次开机时执行所有自检,但是这样会减慢启动速度;通常情况下建议设置为“Enabled(开启)”。
②安静启动设置。安静启动设置用于设置开机画面和开机硬件检测等。和台式机一样,默认情况下笔记本电脑开机时首先检测处理器和内存、硬盘及开机画面显示,而这些工作有时没有必要进行,因此通常情况把“Quiet Boot”一项设置为“Enabled(开启)”,这样就不会显示开机画面及进行硬件检测等步骤了,从而提高开机启动速度。
2)启动顺序设置。启动顺序设置界面如图2-9所示。该项目用于设置开机时系统启动存储器的顺序,例如在安装操作系统时要从光驱启动,就必须将“1st Boot Device”设置成光驱。图2-9中设置的是硬盘,因此当系统开机时第一个启动的是硬盘。若不是必须从光驱启动,建议将第一启动设置成为硬盘,将其他的启动项目设置成为“Disabled(禁用)”,这样系统启动时不用去搜索其他多余的硬件装置,启动速度就会相对快一些。
图2-9 启动顺序设置界面
笔记本电脑默认启动顺序设置通常是移动存储设备→硬盘→光盘→网络。
3)硬盘驱动器顺序。硬盘驱动器顺序设置界面如图2-10所示。该项目用于设置硬盘的启动顺序,还可以看到硬盘型号。
图2-10 硬盘驱动器顺序设置界面
4)光盘驱动器顺序。光盘驱动器顺序设置界面如图2-11所示。该项目用于设置光盘的启动顺序,和硬盘驱动器顺序设置一样,可以看到光驱型号。
图2-11 光盘驱动器顺序设置界面
5)板载网络启动选项。板载网络启动选项一般情况下不需要进行设置,通常选择默认选项“Disabled(禁用)”即可。
(5)保存BIOS程序设置
设置完BIOS程序后,即可进行保存并退出。保存BIOS程序设置界面如图2-12所示,其设置选项内容如下:
1)Save Changes and Exit:保存更改并退出BIOS。
2)Discard Changes and Exit:放弃更改并退出BIOS。
3)Discard Changes:放弃刚才的设置更改,但不退出BIOS。
4)Load User Defaults:载入刚才的设置。
5)Load Manufacture Defaults:载入出厂时的设置。
图2-12 保存BIOS程序设置界面
3.BIOS的升级
升级BIOS通常又称BIOS刷新。升级BIOS可以解决芯片组、主板设计上的一些缺陷,可以让笔记本电脑支持最新的处理器,还能用来排除笔记本电脑中一些特殊故障。特别是目前笔记本电脑中的新硬件层出不穷,BIOS不可能预先具备对如此众多的硬件的支持。升级笔记本电脑BIOS后通常能提高笔记本电脑主板的兼容性,使笔记本电脑能支持更多的新硬件,提供对新的硬件或技术规范的支持,从而修正老旧版本BIOS中的一些错误,如对光驱、显卡、相关设备等方面的支持有错误等。
刷新笔记本电脑BIOS的方法主要有两种:一是在DOS环境下用软盘操作;另外一种是在Windows操作系统下使用专用的BIOS刷新软件来刷新笔记本电脑BIOS。下面就简要介绍升级笔记本电脑的两种操作方法及注意事项。升级笔记本电脑BIOS并不是一件非常容易的事情,因为它不仅要求维修者具备一定的电脑知识,而且还存在一定的危险性,所以下面介绍的方法只能作为参考,在对BIOS进行刷新时应慎重。
(1)在DOS环境下升级BIOS方法
在DOS环境下用软盘操作刷新BIOS是一种传统方法,其操作步骤如下:
1)首先下载对应笔记本电脑BIOS型号的xxxx.exe文件,再将它自动解压缩复制到DOS启动盘中。然后在纯DOS环境下输入“A:AWDFLASH”命令并按<Enter>键,即显示如图2-13所示的执行菜单。
图2-13 AWDFLASH执行菜单界面
2)在执行菜单的空白处输入xxxx.bin文件名。程序将自动显示出下载的xxxx.bin文件的BIOS类型及BIOS版本,且会在屏幕下方提示:“Do You Want To Save Bios?【Y/N】”。此时选择“Y”,即会显示如图2-14所示的对话框。在对话框中的“File Name to Save”后的空白处输入一个BIOS文件的扩展名。AWDFLASH程序即以输入的文件扩展名来保存笔记本电脑当前使用的BIOS版本到硬盘中,并自动完成BIOS新旧版本对比校验。
图2-14 输入扩展各对话框界面
待校验结束后,会在屏幕的下方提示“Are you sure to program【Y/N】”。此时,应选择“Y”键。即会显示更新BIOS最后一步的操作界面,如图2-15所示。按<F1>键将重启计算机,BIOS刷新操作全部完成;按<F10>键将结束该程序,重新按照刷新步骤,将备份的原BIOS文件重新写入BIOS即可。
图2-15 更新BIOS操作界面
(2)在Windows操作系统下升级BIOS方法
目前,许多品牌笔记本电脑厂商都推出了在Windows操作系统下使用的专用BIOS刷新软件,用来刷新笔记本电脑BIOS。这些图形界面的程序与DOS的刷新程序相比功能更加强大,刷新BIOS只需在图形化的界面下操作即可完成。WinFlash.exe是Award公司推出的公用版Windows环境下的BIOS刷新程序,其操作步骤如下:
1)首先从其网站下载该软件并解压缩,双击WinFlash.exe即可直接运行并显示如图2-16所示的主界面。
图2-16 WinFlash.exe软件刷新BIOS主界面
2)依次单击“File→Update BIOS”命令,再从硬盘目录中找出下载下来的需要更换的BIOS文件。在刷新前,一定要保存原BIOS文件,单击“保存”按钮,在出现的“另存为”对话框中,选择需要保存文件的路径及输入文件名;然后单击“保存”按钮,即显示“BI-OS备份”对话框,接下来单击“备份”按钮,即可将原BIOS文件保存,如图2-17所示。
图2-17 刷新BIOS文件前应备份原BIOS文件
3)将原BIOS文件备份后,即可进行刷新操作了。单击“打开”,选择需要更新的BI-OS文件后,程序会提示是否更新BIOS,单击Update或“刷新”按钮即开始刷新,如图2-18所示。
图2-18 刷新BIOS过程
4)刷新结束后,提示需要重启计算机,新BIOS才能调用,选择“Yes”,将重启计算机。若不能确定升级的BIOS文件是否正确,可以选择“No”,重新按照刷新步骤,将备份的原BIOS文件重新写入BIOS即可。
(3)BIOS升级应注意的事项
刷新BIOS在维修笔记本电脑中经常要用到,但升级过程中一定要注意以下几点:
1)在DOS下使用BIOS刷新程序时,一定要在纯DOS环境下,不能加任何配置和驱动。保证笔记本电脑没有连接扩展坞、端口复制器或多端口适配器,没有插入任何PCMCIA设备和其他硬件设备。
2)在Winddows操作系统下运行刷新BIOS程序时,务必关闭杀毒软件及防火墙等内存驻留程序。
3)下载的文件版本一定要是与笔记本电脑相符的BIOS文件。还应确认对应笔记本电脑的PCB版本号,不同批次的同型号笔记本电脑,其PCB版本号也不相同。即使是芯片组一样的笔记本电脑,由于扩展槽等一些附加功能不同,也可能会产生一些副作用。
4)刷新BIOS前,一定要做好备份,这样若刷新不成功的话,还有恢复的希望。
5)在刷新过程中,绝不允许停电、重启或半途退出,否则会造成严重事故。应将笔记本电脑接上外接电源,由外接电源供电,并保证笔记本电脑的电池已充满电,以防发生意外。
6)若在软盘上升级的过程中出现数据读不出或只读出一半的情况,就会造成升级失败,因此最好在硬盘上进行升级操作。
7)升级BIOS前应先清除笔记本电脑中设置的开机密码或加电启动密码。
8)笔记本电脑BIOS程序在更新升级的过程中,软盘的读写灯会点亮,在灯未熄灭前,千万不能关闭笔记本电脑的电源或取出软盘。
9)在升级笔记本电脑BIOS程序时,务必要等到其升级完成后再自动关闭电脑,不可使用软件关闭或用合上液晶屏的方式来关机,更不可以在休眠状态下关机。
升级BIOS有一定的危险性,所以一定要谨慎。对于升级BIOS失败,一般可采取软、硬两种方法来解决。所谓软方法即是利用Boot Block修复BIOS,而硬方法是在BIOS里的Boot Block均损坏后,用“热插拔”或编程器来重写BIOS。
(1)利用Boot Block修复BIOS
Boot Block(根区)是BIOS里面的一部分,一般情况下,刷新笔记本电脑BIOS失败后的电脑在开机后若仍然有读软驱的动作,且软驱灯还亮,即表明BIOS里的Boot Block(根区)没有损坏。这样就可以利用Boot Block让BIOS执行可引导软盘上的Autoexec.bat文件来修复BIOS。其中又分为Award BIOS的修复和AMI BIOS的修复两种。
1)Award BIOS的修复方法。Award BIOS的修复步骤如下:
①在另一台电脑上制作一张仅保留Msdos.sys、Io.sys、Command.com三个文件的纯DOS启动盘,并把BIOS刷新程序Awdflash.exe和BIOS数据文件∗.bin复制到启动盘内。
②打开记事本,输入Awdflash∗.bin/py/sn/sb/cd/cp/r,并另存为Autoexec.bat文件,再复制到启动盘内。
③将做好的启动盘插入到软驱中,然后启动电脑,系统即会自动读软驱,等读完盘后,会按照启动盘内的指令进行刷新,完成后又会自动重启电脑。
Awdflash扩展名指令所代表的含义如下:
①/PY:表示自动执行刷新程序。
②/sn:表示将不备份旧的BIOS文件。
③/sb:表示刷新时强行跳过BIOS根区。
④/cd:表示刷新BIOS后立即清除DMI数据。
⑤/r:表示刷新BIOS结束后将自动重启。
2)AMI BIOS的修复方法。AMI BIOS的修复步骤如下:
①将备份好的BIOS文件保存在一张空白磁盘上,并更名为“AMIBOOT.ROM”。
②将软盘插入软驱中,同时按住<Ctrl>和<Home>键来启动计算机,直到听见软驱开始读盘才松开。
③AMT BIOS的引导模块即会自动从软盘中读取“AMIBOOT.ROM”进行刷新。待到刷新结束后,系统会发出提示音,这时取出磁盘,重启电脑即可。
(2)采用“热插拔”修复BIOS
如果BIOS里的Boot Blocd也损坏了,这时还可使用“热插拔”的方法来修复BIOS。操作步骤如下:
1)进行操作前,必须先找到一台相同型号的笔记本电脑,并释放掉身上的静电,再打开机壳,启动到DOS状态,并将正常的BIOS芯片取下。
2)打开刷坏BIOS芯片的机壳,使用芯片起拔器取下笔记本电脑主板上的BIOS芯片,再将刷坏的BIOS芯片插到另一笔记本电脑主板正常的BIOS芯片的插座内。
3)用Awdflash或Amifash软件将正确的BIOS文件刷到损坏的BIOS中,即可完成修复操作。
“热插拔”修复BIOS的全部操作均是在带电的情况下进行的,操作过程中一定要注意安全,对于初学笔记本电脑的维修者来说,一般不要轻易尝试。
(3)用编程器修复BIOS
用编程器修复BIOS是最安全、最方便的方法,使用编程器可以在任何一台笔记本电脑上刷写BIOS。下面简要介绍其操作方法。
1)首先选择好BIOS芯片的类型、型号。
2)根据程序显示的DIP开关设置示意图,并设置好DIP及其他的跨接线。
3)将芯片按正确的方向放置好。
4)按“编程”按钮,对BIOS芯片进行刷写操作。
编程器有很多品牌,每种品牌的功能和使用方法大同小异。它不仅可以对BIOS芯片进行刷写,而且还可对笔记本电脑上其他各类芯片进行读写,是维修笔记本电脑必不可少的好帮手。关于编程器刷写BIOS的具体方法,将在后面的维修工具中再详细介绍。
二、笔记本电脑硬件组成
笔记本电脑主要由主板、CPU、内存、硬盘、显卡、显示屏、光驱、音频设备、输入设备、接口、网络接入设备、电池和电源适配器、散热系统、外壳等组成。图2-19所示为笔记本电脑外部实物组成。
图2-19 笔记本电脑外部实物组成
1.主板
主板的英文为Mainboard,又叫主机板、系统板或母板,是电脑中最大的一块电路板和核心部件。其上面布满了各种插槽、接口、电子元器件等。通过主板上这些插槽或接口能将周边各种设备紧紧连接在一起,主板的类型和档次决定着整个微机系统的性能。
主板下面为印制电路板(PCB),上面则为棱角分明的各个部件,其实物结构如图2-20所示。主要部件有集成芯片(例如BIOS芯片、南北桥芯片、I/O芯片等)、各种插座(例如CPU插座接口、PC卡插座接口等)、各种插槽接口(例如内存插槽、电池接口、硬盘接口、打印接口、USB接口等)、供电模块(主要有CPU主供电模块、南北桥供电模块等)等。
主板上组成的元器件很多,将它归纳起来主要可分为印制电路板、芯片组、主板元器件安装面表面接口(内部接口)及主板侧面的I/O接口(对外接口)等几个大的部分。其中内部接口主要为CPU插座、各种扩展槽、硬盘接口、电池接口等。
(1)印制电路板
印制电路板旧称印刷电路板,简称印制板,英文简称PCB或PWB,是由几层树脂材料粘合在一起,预先设计好线路并通过照像制板的方法在覆有铜箔的基板上制成,基板上覆盖有铜箔,在制作的过程中不需要的铜箔被蚀刻处理掉,剩下的细小铜箔就变成了电路板各个部件电气连接的导线。随着电子产品功能的增加,线路密度也相应增加,一般的PCB分4层,而好的PCB可达到6~8层,甚至更多。例如,4层PCB的电气连接导线分布示意图如图2-21所示,最上面和最下面的两层为信号层,中间两层为接地层和电源层。将接地层和电源层设计在中间,主要是便于对信号线作出修正,可有效地防止信号互相干扰。
图2-20 笔记本电脑主板实物结构
图2-21 PCB的电气连接导线分布示意图
PCB是电脑主板重要的电子部件,是电子元器件的支撑体。它的主要功能是为主板上的各个集成芯片、电子元器件、插槽、插座、接口等部件提供相互的电气连接。PCB的使用减少了布线和装配的差错,由于其布线密度高、体积小、重量轻,有利于电子设备的小型化,同时节省了设备的维修、调试和检查时间。
(2)BIOS芯片
BIOS(Basic Input Output System)的中文意思是“基本输入输出系统”,是固化到计算机主板上的一个ROM芯片(EPROM或EEPROM)上的一组程序,它记录了计算机最重要的基本信息,主要是为计算机提供最底层的、最直接的硬件设置和控制,是软件与硬件“打交道”的最基础桥梁,没有它电脑将不能正常工作。
BIOS芯片在主板上的位置如图2-22所示。它能够让主板识别各种硬件,还可以设置引导系统的设备,调整CPU外频等。
图2-22 主板上的BIOS芯片
BIOS里保存的基本信息就算断电也不会丢失,是因为主板上有块专门的电池。BIOS芯片可以写入,这方便用户更新BIOS的版本,以获取更好的性能及对电脑最新硬件的支持。
目前,主板常用的BIOS芯片主要有Winbond、AMI、Phoenix等品牌。它们的实物图如图2-23所示。
图2-23 主板上常见的几种品牌BIOS芯片实物图
其中Phoenix公司开发的BIOS芯片在笔记本电脑主板上使用最多,其画面简洁,便于操作。
(3)南北桥芯片
在主板上横跨AGP插槽左右两边的两块芯片就是南北桥芯片,统称为芯片组。南桥多位于PCI插槽的上面,而北桥位于CPU插槽旁边,它们的实物如图2-24所示。
图2-24 主板上的南北桥芯片
1)北桥芯片。北桥芯片(North Bridge)是主板芯片组中起主导作用的最重要的组成部分,所以一般习惯称为主桥(Host Bridge)。它主要负责与CPU、内存、显卡等设备之间的联系,控制管理高速设备,其数据处理量非常大,发热量也就大。所以北桥芯片一般都覆盖着散热片和散热器,用来加强散热。
将北桥芯片与CPU设计最近主要是考虑到它与处理器之间的通信最密切,这样可以缩短传输距离而提高通信性能。主板安装什么类型的CPU、配置哪类内存、安装什么显卡都是由北桥芯片来决定。在主板的背面可以看到密密麻麻的信号线从北桥连接到CPU插座、内存及显卡(AGP)。
芯片组以北桥芯片为核心,一般情况下,主板的命名都是以北桥的核心名称命名的。例如P45的主板就是用P45的北桥芯片,又例如810主板、英特尔公司的845、915芯片,一般都是指北桥芯片上的标识。
主板上北桥芯片生产厂家主要有In-tel、VIA、SIS、ADM。它们的实物图如图2-25所示。
2)南桥芯片。南桥芯片是主板芯片组里除了北桥芯片以外最重要的组成部分,主要负责控制管理低速设备,负责I/O总线之间的通信,如PCI总线、USB、LAN、ATA、SATA、IDE(硬盘控制器)、音频控制器、键盘控制器、实时时钟控制器、高级电源管理等。
南桥一般位于主板上离CPU插槽较远的下方、PCI插槽的附近,这样布局主要是考虑到它所连接的I/O总线较多,离处理器远一点有利于布线,而且更加容易实现信号线等长的布线原则。也有些主板为了减小体积、降低能耗和成本,将南桥集成在北桥里。
图2-25 几种北桥芯片实物图
(4)开机控制芯片
开机控制芯片简称为EC(Embedded Controller,嵌入式控制器)芯片。笔记本电脑为了实现便携的目的,必然要使用内置键盘和内置鼠标(如触摸板),所以通常需要专门的键盘控制器来完成键盘的控制,开机控制芯片正是具备了该功能。由于开机控制芯片内部通常都含有键盘控制器,因此开机控制芯片有时也被称为键盘控制(KBC)芯片。
笔记本电脑开机控制芯片具有多项重要功能,例如外部电源系统的电力调度、内部系统的电源管理、电池管理(智能电池的电力检测、充放任务)、温度监控(CPU风扇的停转、降频和报警)、鼠标功能、键盘功能、LCD背光调节(改变LCD亮度)、安全管理(系统电源监控、电池安全监控、温度监控、各种预防、报警、纠错和应急措施)、其他设备控制(无线局域网卡、蓝牙等无线设备的开关及多种扩展功能的开关控制)等。
图2-26 笔记本电脑开机控制芯片外部实物图
笔记本电脑中常用的开机控制芯片主要有H8/3437(见 图2-26)、H83434、TMP87PM48U、TMP48U、TMP87PH48U、FDC37N869、FDC37N958、FDC37N972、LPC47N227、LPC47N217、LPC47N252、LPC47N253、LPC47N254、LPC47N354、LPC47N267等。
(5)CPU插座
CPU插座即为主板上安装CPU的地方。笔记本电脑CPU插座上方通常有一个旋钮,拨动该旋钮即可将CPU取下,其实物如图2-27所示。
图2-27 主板上的CPU插座
(6)扩展槽
扩展槽是主板上用于固定扩展卡并将其连接到系统总线上的插槽,也称扩展插槽。笔记本电脑主板上的扩展槽主要有内存插槽、PCI插槽、AGP插槽、PCI Express插槽、CNR插槽。
1)内存插槽。主板上的内存插槽如图2-28所示,它一般位于CPU插座的下方,常见的为DDR2和DDR3两种类型。笔记本电脑一般配置了两条内存插槽,剩余的一条内存插槽可供用户日后升级使用。
图2-28 主板上的内存插槽
2)PCI插槽。PCI插槽通常位于笔记本电脑的背面,其颜色一般为乳白色,外形实物如图2-29所示。它可用来外接无线网卡、诊断卡、声卡、网卡及多功能卡等设备。
图2-29 主板上的PCI插槽
3)AGP插槽。AGP插槽通常位于北桥芯片和PCI插槽之间,颜色一般为深棕色。它的传输速率最高可达到2133MB/s,能够保证显卡数据传输的带宽。
AGP插槽分为1X、2X、4X和8X。其中4X的插槽中间没有间隔,而2X则有间隔。先前笔记本电脑的显卡多为AGP显卡,在PCI Express插槽未出现之前,AGP显卡较为流行。
4)PCI Express插槽。随着3D性能要求的不断提高,AGP已越来越不能满足视频处理带宽的要求,目前主流主板上显卡接口多转向PCI Express(见图2-30)。
PCI-Express是最新的总线和接口标准,是由英特尔提出的,它代表着新的I/O接口标准。这个新标准将全面取代现行的PCI和AGP,最终实现总线标准的统一。它的主要优势就是数据传输速率高,目前最高可达到10GB/s以上,而且还有相当大的发展潜力。
PCI Express也有多种规格,从PCI Express 1X到PCI Express 16X,能满足现在和将来一定时间内出现的低速设备和高速设备的需求。目前能支持PCI Express的主要是英特尔的i915和i925系列芯片组。
5)CNR插槽。CNR插槽前身为AMR插槽,与AMR规范相比,它们的共同点是把软Modem或软声卡的一部分功能交由CPU来完成。新的CNR标准应用范围更加广泛,它还可以使用专用的家庭电话网络(Home PNA),并符合PC 2000标准的即插即用功能。特别是它增加了对10/100MB局域网功能的支持。
CNR插槽长度只有PCI插槽的一半,一般为淡棕色,这种插槽的功能可在BIOS中设置开启或禁止。
图2-30 主板上的PCI Express插槽
图2-31 主板上的硬盘接口
(7)硬盘接口
硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件,作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据,其外部实物如图2-31所示。
硬盘接口可分为IDE、SATA、SCSI和光纤通道四种类型。其中IDE接口硬盘多用于家用产品中;SCSI接口的硬盘则主要应用于服务器市场;而光纤通道因价格昂贵,只应用于高端服务器上;SATA是一种新生的硬盘接口类型,还正处于市场普及阶段,在家用市场中有着广泛的前景。不同的硬盘接口决定着硬盘与计算机之间的连接速度,在整个系统中,硬盘接口的优劣直接影响着程序运行快慢和系统性能好坏。
(8)电池接口
电池接口是笔记本电脑中最重要的接口之一,它为笔记本电脑提供工作电源,其外形实物如图2-32所示。
电池接口具有多个连接端子,它除了为笔记本提供正、负极供电端外,还具有电池信息检测通信端子,用来与电池内部的保护电路进行通信,从而可以判断电池的温度、容量、型号等信息。
(9)对外接口
笔记本电脑主板对外接口主要用来连接USB设备、音箱、传声器、显示器、网线、电源线等。其接口通常都是统一集成在一起,如图2-33所示,主要有VGA接口、USB接口、电话线接口、以太网卡接口、音频接口等。
1)VGA接口。VGA接口属于模拟输出信号接口,为视频接口的一种,其作用是用来传输视频信号,可将笔记本信号输出到电视机、投影机上播放。
图2-32 主板上的电池接口
图2-33 笔记本电脑主板几种对外接口示意图
VGA接口用于外置显示器输出连接,其接口在信号传输上会因传输距离的远近以及信号线的质量有所损失。
2)USB接口。USB是英文Universal Serial Bus的缩写,中文意思为通用串行总线。它是由英特尔、康柏、IBM、微软等多家公司在1994年联合提出的一个外部总线标准,用于规范电脑与外部设备的连接和通信。
USB接口具有不占用微机扩展槽、使用方便、支持热插拔、连接灵活、独立供电等优点,可以连接鼠标、键盘、打印机、扫描仪、摄像头、闪存盘、MP3、手机、数码相机、移动硬盘、外置光/软驱、USB网卡、ADSL Modem、Cable Modem等多种外部设备。
3)电话线接口。电话线接口又称为“RJ-11接口”,主要为调制解调器接口。用它将电话线直接与笔记本电脑的内置Modem连接后,即可进行拨号上网或发传真,其传输速度很慢,一般为56kbit/s,现在一般很少用它来上网。
4)以太网卡接口。以太网卡的英文名是“Network Interface”,简称“NIC”,中文名为“网络适配器”或“RJ-45接口”。其形状和外表与RJ-11相似,但比RJ-11更宽一些。它含有八对末端铜线接头,用于提高数据的传输速度,是笔记本电脑中最常见的端口。
以太网卡接口又可分为10Base-T网端口和100Base-TX网端口两种类型,分别可达到10~100Mbit/s和10~1000Mbit/s的传输速度。
5)音频接口。笔记本电脑的音频接口通常采用彩色接口,其中蓝色为音频输出接口,红色为传声器接口,绿色为Line-in音频输入接口。
不同的笔记本电脑配置的接口也不相同,有些笔记本电脑除上述介绍的接口以外还有并行接口(简称并口)、IEEE 1394接口、PS/2接口、TV-OUT接口(视频输出接口的一种)、蓝牙接口、读卡器接口(因数码产品的逐步普及,近来兴起的一种接口,可以读取多种存储卡上的数据,其内外部实物结构见图2-34)等。
图2-34 笔记本电脑读卡器接口内外部实物结构
2.CPU
(1)CPU概念及工作原理
CPU的英文全称为Central Processing Unit,中文名为中央处理器,是微机的运算核心和控制核心。它由内部存储器和输入/输出设备、电子计算机三大核心部件组成,其主要功能是用来解释微机指令以及处理计算机软件中的数据。笔记本电脑专用的CPU称为Mobile CPU(移动CPU),它通过CPU插座或表面安装在主板上,如图2-35所示。
CPU的基本结构包括运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件等。其工作原理可简单概述如下:首先从存储器或高速缓冲存储器中取出指令,然后放入指令寄存器,并对指令译码;再把指令分解成一系列的微操作,接下来发出各种控制命令和执行微操作系列,从而完成一条指令的执行,在最终阶段,CPU会以一定格式将执行阶段的结果简单地写进其内部暂存器,以供随后的指令快速存取。
笔记本电脑CPU的制造工艺往往比同时代的台式机CPU更加先进,因为笔记本CPU中会集成台式机CPU中不具备的电源管理技术,而且往往比台式机CPU采用更高的制造工艺。
图2-35 表面安装在主板上的CPU外形实物图
(2)CPU性能指标
CPU的性能指标包括主频、外频、总线频率、倍频系数及缓存等几个方面。
1)主频。主频又称时钟频率,用来表示CPU的运算、处理数据的速度,其单位为兆赫(MHz)或吉赫(GHz)。CPU的主频=外频×倍频系数。
目前主流的移动处理器的主频已经达到1.6GHz或1.7GHz,高端笔记本的处理器则可能会高达2.1GHz,但是主频过高的处理器不可避免地会带来功耗的提高,从而会影响笔记本电脑中电池的续航能力。
2)外频。外频是CPU的基准频率,单位为MHz。它是CPU与主板之间同步运行的速度,也是内存与主板之间同步运行的速度。CPU的外频直接与内存相连通,实现两者间的同步运行状态。
CPU的外频决定着整块主板的运行速度,如果把服务器CPU超频了,改变了外频,会产生异步运行,这样会造成整个服务器系统的不稳定。台式机很多主板都支持异步运行,笔记本超频需要刷修改的BIOS,或者在系统中通过软件调节。笔记本CPU散热本来就不好,超频的话会导致CPU频繁死机,甚至报废。所以超线程技术目前只是出现在台式机的处理器以及Pentium 4处理器上,并没有应用在Pentium M移动处理器上。
3)总线频率。总线频率又称前端总线(FSB)频率,是将中央处理器与内存芯片以及与之通信的设备连接起来的硬件通道。其中前端总线负责将CPU连接到主内存,前端总线频率则直接影响CPU与内存之间的数据交换速度。数据带宽=(总线频率×数据位宽)/8,数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率。
前端总线频率越高,代表着CPU与内存之间的数据传输量越大,更能充分发挥出CPU的功能。目前主流的笔记本CPU前端总线频率最高可达到533MHz。
4)倍频系数。倍频系数是指CPU主频与外频之间的相对比例关系,即频倍=主频/外频。在相同的外频下,倍频越高,CPU的频率也越高。但因CPU与系统之间的数据传输速度是有限的,所以实际上在相同外频的前提下,高倍频的CPU本身意义并不大。
5)缓存。缓存(Cache)是位于CPU与主内存间的一种容量较小但速度很高的存储器,也称高速缓冲存储器。其结构和大小对CPU速度的影响非常大,为CPU性能的重要指标之一。CPU内缓存的运行频率极高,一般是和处理器同频运作,工作效率远远大于系统内存和硬盘。
(3)CPU的分类和封装形式
移动处理器目前按照供应商的不同主要分为英特尔移动处理器、AMD移动处理器、全美达移动处理器以及苹果G4移动处理器几种类型。
CPU封装是采用特定的材料将CPU芯片或CPU模块固化在其中以防损坏的保护措施,是CPU生产过程中的最后一道工序,其封装方式取决于CPU的安装形式和器件集成设计。笔记本专用CPU的封装形式因各代CPU的不同而不同,且因封装形式而决定CPU是否可以进行升级。目前主要的封装形式有TCP封装、MMC封装、Micro-PGA2封装、Micro-FCB-GA封装、Micro-BGA2封装、MMC1封装、MMC-2封装等。
1)TCP封装。TCP的英文全称为“Tape Carrier Package”,是一种薄膜封装TCP技术,主要用于英特尔移动Pentium上,特别是在一些超轻薄笔记本电脑中应用较为广泛。采用TCP封装技术的CPU的发热量相对于普通PGA针脚阵列型CPU要小得多,从而可以减小附加散热装置的体积,提高主机的空间利用率。
由于TCP封装是将CPU直接焊接在主板上,因此当维修需要更换损坏的CPU时相当困难。
2)MMC封装。MMC的英文全称为“Mobile Module Connector”,是Intel移动模块笔记本电脑专用CPU,为MMX时代的中后期主流CPU封装。该类封装的CPU实际上是一个包括CPU在内的电路板,它由CPU内核,芯片组的北桥芯片,电压转换部分和系统维护总线温度检测器组成。
MMC封装的CPU集成了主板上的北桥,是一种模块化的可抽换封装,它采用两条特殊的接口与主板连接。从而使主板的设计得到简化,降低了成本。
3)Micro-PGA2封装。Micro-PGA2的英文全称为“Micro Plastic Grid Array”,中文名为“微型倒晶片塑胶栅格阵列2”,其中“2”代表改进型的版本号。主要用于PentiumⅢ笔记本处理器上。
该类封装处理器包含一个带小球的内插式BGA(全称为Ball Grid Array,中文意思为球栅阵列结构,为集成电路采用有机载板的一种封装方法)封装基板。封装形式为插针,针数为478根,插针的长度为1.25mm,直径为0.30mm。
4)Micro-FCPGA和Micro-BGA2封装。Micro-FCPGA和Micro-BGA2封装是目前最成熟、使用最广泛的封装方式。它们的外部结构对比如图2-36所示。
①Micro-FCPGA封装。Micro-FCPGA的英文全称为“Micro Flip Chip Plastic Grid Ar-ray”,中文名为“微型倒晶片塑胶栅格阵列”,该类封装形式的处理器在基板上包含一个朝下安装、由环氧材料封装的芯片。其封装形式为插针,针数为478,针长度为2.03mm,针直径为0.32mm。
图2-36 Micro-FCPGA和Micro-BGA2两种CPU封装外部结构对比
Micro-FCPGA封装没有内插式基板,但在处理器背面安装了电容用于抗干扰,通过插针与主板上的CPU插座连接。
②Micro-BGA2封装。Micro-BGA2的英文全称为“Micro Ball Grid Array 2”,中文名“微型球状栅格阵列2”,该类封装通常应用于PentiumⅢ及Intel最新的迅驰平台Pentium- M等处理器中。
该类封装的处理器封闭形式不是插针,而是采用495小球来与主板处理器插座接触,电容位于处理器的正面。
5)MC1封装。MC1封装是MMX时代到PentiumⅡ时代的过渡产品。其CPU是通过两条280针的插槽与主板连接,实际上是一个包含CPU在内的电路板,且还包含了PentiumⅡ的二级缓存,并且模块中集成的北桥芯片组改成了440BX芯片组的北桥。
根据内部440BX芯片组北桥的不同,MMC1又分为AGPSET和PCISET两种类型。其中PCISET只能使用PCI显卡,不支持AGP显卡。
6)MMC-2封装。MMC-2封装是Intel于1998年后期推出的增加了AGP功能的笔记本电脑专用CPU封装形式,它与主板的接口为一片共计400脚的插针。该类封装多见于一些注重性能的全内置笔记本电脑中。
这种封装形式的CPU最大特点是增加了对AGP的支持,使得笔记本电脑的3D功能有了阶段性的飞跃。但同时也使这种CPU的发热量相对较多,因此需要通过散热片、风扇等一整套散热装置并通过严格的散热设计才能够满足散热的要求。
3.内存
(1)内存的概念和结构
内存就是存储程序以及数据的地方,是电脑中的主要部件。比如使用Office处理文稿的过程中,在键盘上敲入字符时,它就被先存入内存中。内存通常用来存储一些临时的或少量的数据和程序,其好坏会直接影响电脑的运行速度。
起初,电脑所使用的内存是一块块的IC,使用时必须焊接到主板上才能正常使用,一旦某一块的内存IC损坏的话,必须将它焊下来才能更换。后来电脑设计人员发明了模块化的条装内存,在主板上相应地设计了内存插槽,内存条便应运而生了,它从主板上可以随意拆卸下来,解决了内存难以安装和更换的难题。
笔记本电脑整合性高,设计精密,对于内存的要求比较高,笔记本内存必须符合小巧的特点,需采用优质的元件和先进的工艺,拥有体积小、容量大、速度快、耗电低、散热好等特性。笔记本电脑内存条实物结构如图2-37所示,主要由PCB、内存芯片、贴片电容、SPD芯片、金手指等组成。
图2-37 笔记本电脑内存条实物结构
(2)内存的分类
笔记本电脑内存根据DRAM(动态随机存储器)不同的标准又可分为多种类型的DRAM,如图2-38所示,主要可分为ROM(只读存储器)、RAM(随机存储器)、SDRAM(同步动态随机存储器)、DDR SDRAM(双倍数据传输率的SDRAM)、RDRAM(内存总线式动态随机存储器)等。
图2-38 内存类型示意图
目前主流笔记本电脑上的内存主要为SDRAM,它又分为DDR、DDR2和DDR3内存。它们的外形实物对比如图2-39所示。
图2-39 笔记本电脑常用三种类型内存外形实物对比
1)DDR内存。DDR的英文全称为“Dual Date Rate SDRAM”,中文意思为“双倍数据速率”。它支持DDR266、DDR333、DDR400三种内存模式,主要使用在Pentium 4、Pentium4赛扬核心和Pentium M(迅驰)对应机型中。
DDR其实就是SDRAM(同步动态随机存储器的一种),其原理是让原来一个脉冲读取一次资料的SDRAM可以在一个脉冲之内读取两次资料,也就是脉冲的上升沿和下降沿通道都利用上。而且相对于EDO(扩充数据输出)和SDRAM,DDR内存更加省电(工作电压仅为2.25V)、单条容量更大(已经可以达到1GB)。
DDR可以认为是SDRAM的升级版本,它在时钟信号的上升沿与下降沿各传输一次数据,其数据传输速度为传统SDRAM的两倍。
2)DDR2内存。DDR2是由JEDEC(电子设备工程联合委员会)开发的新生代内存技术标准,拥有两倍于上一代DDR内存的预读取能力(即4bit数据预读取)。它的每个时钟都能够以4倍外部总线的速度读/写数据,并且能够以内部控制总线4倍的速度运行。
DDR2内存均采用FBGA封装形式,FBGA封装可以提供更为良好的电气性能与散热性,为DDR2内存的稳定工作与未来频率的发展提供了坚实的基础。它采用1.8V电压,相对于DDR标准的2.5V,降低了不少,从而提供了明显的更小的功耗与更小的发热量。
DDR2内存规格有DDR2-400、DDR2-533、DDR2-667、DDR2-800四种型号。在内存容量上,DDR2与DDR一样,同样拥有多种规格,常见的规格有256MB~2GB不等。
3)DDR3内存。DDR3内存是目前最新流行的内存产品,提供了相对于DDR2 SDRAM更高的运行效能与更低的电压,是DDR2 SDRAM的后继者(增加至8倍)。且其内存在达到高带宽的同时,功耗反而降低,核心工作电压降至1.5V,比DDR2节省30%的功耗。
DDR3由于新增了一些功能,所以在引脚方面会有所增加,8bit芯片采用78球FBGA封装,16bit芯片采用96球FBGA封装,且为绿色封装,不含任何有害物质。
RDD3是目前应用最为广泛的内存,与RDD2相比,它具有以下几个方面的优势:
①功耗和发热量较小。
②工作频率更高。
③进一步降低了显卡的成本。
④通用性较好。
(3)内存条的主要性能指标
内存条的性能好坏主要从存储容量、存取速度、存储器的可靠性及性能价格比四个方面来评价。
1)存储容量。存储容量即一根内存条可以容纳的二进制信息量,如目前常用的168线内存条的存储容量多为32MB、64MB和128MB。
2)存取速度。存取速度又称存储周期,是指两次独立的存取操作之间所需的最短时间。半导体存储器的存取周期一般为60~100ns。
3)存储器的可靠性。存储器的可靠性通常用平均故障间隔时间来衡量,可以理解为发生两次故障之间的平均时间间隔。
4)性能价格比。性能价格比是一个综合性指标,主要包括存储器容量、存储周期和可靠性三项内容,对于不同的存储器有不同的要求。
4.硬盘
硬盘(Hard Disc Drive,HDD)是电脑主要的存储媒介之一,由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。这些碟片外覆盖有铁磁性材料。绝大多数硬盘都为固定硬盘,被永久性地密封固定在硬盘驱动器中。
图2-40 笔记本硬盘外形实物
笔记本硬盘(见图2-40)是专为像笔记本电脑这样的移动设备而设计的,具有体积小、功耗低、防振等特点,其直径一般为2.5in,更小巧的为1.8in。
(1)硬盘的基本结构和物理结构
硬盘的基本结构如图2-41所示,主要由磁盘、磁头、磁头臂、主轴、轴承、电动机、传动轴、永久磁铁及空气过滤片等组成。
图2-41 硬盘的基本结构
笔记本电脑的磁盘磁片物理结构如图2-42所示,主要由磁头、磁道、扇区、柱面等组成。
图2-42 笔记本电脑磁盘的磁片物理结构
1)磁头。磁头(见图2-43)是硬盘中对盘片进行读写工作的工具,是硬盘中最精密的部位之一,也是硬盘中最昂贵的部件。其主要作用就是将存储在硬盘盘片上的磁信息转化为电信号向外传输。它的工作原理则是利用特殊材料的电阻值会随着磁场变化而变化的原理来读写盘片上的数据。磁头的好坏在很大程度上决定着硬盘盘片的存储密度。
硬盘使用的磁头主要有铁氧体磁头、隙含金属磁头(MIG)、薄膜感应磁头(TEI)、磁阻式磁头(MR)、巨磁阻磁头(GMR)、垂直磁记录(PMR)、OAW(Op-tically Assisted Winchester)等。其中OAW是Seagate(美国希捷公司,世界领先的硬盘开发商)正在开发的一种新型磁头技术,即光学辅助温氏技术。它把传统的磁读写头和低强度激光束结合在一起,激光束通过光纤进入磁头,再通过一个微电动机驱动的镜子反射到磁盘表面,从而实现磁头的精确定位。
2)磁道。当磁盘旋转时,磁头若保持在一个位置上,则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹,这些圆形轨迹就叫做磁道。它是磁盘上一组记录密度不同的同心圆。
磁表面存储器是在不同形状(如盘状、带状等)的载体上涂有磁性材料层,工作时,靠载磁体高速运动,由磁头在磁层上进行读写操作,信息被记录在磁层上,这些信息的轨迹就是磁道。
磁盘一面通常有成千上万个磁道,它为沿磁带长度方向的直线,是盘面上以特殊方式磁化了的一些磁化区,磁盘上的信息便是沿着这样的轨道存放的。但这些磁道用肉眼是看不到的。
图2-43 磁头实物结构
图2-44 扇区结构示意图
3)扇区。磁盘的每一面被分为很多条磁道,即表面上的一些同心圆,越接近中心,圆就越小。而每一个磁道又以512B为单位等分,形成扇区,其结构图如图2-44所示。
磁盘驱动器都是以扇区为单位向磁盘读取和写入数据。在磁盘上,DOS操作系统是以“簇”为单位为文件分配磁盘空间的,每个簇只能由一个文件占用,决不允许两个以上的文件共用一个簇,否则会造成数据的混乱。硬盘的簇通常为多个扇区,与磁盘的种类、DOS版本及硬盘分区的大小有关。
4)柱面。硬盘通常由重叠的一组盘片构成,每个盘面都被划分为数目相等的磁道,并从外缘的“0”开始编号,具有相同编号的磁道形成一个圆柱,称之为磁盘的柱面。磁盘的柱面数与一个盘面上的磁道数相等。因每个盘面都有自己的磁头,故盘面数等于总的磁头数。所谓硬盘的Cylinder(即柱面)、Head(磁头)、Sector(扇区),只要知道了硬盘的CHS(Cylinder/Head/Sector的简称)的数目,即可确定硬盘的容量。硬盘的容量=柱面数×磁头数×扇区数×512B。
数据的读写不是按盘面进行,而是按柱面进行。一个磁道写满数据后,就在同一柱面的下一个盘面来写,一个柱面写满后,才移到下一个扇区开始写数据。读数据也按照这种方式进行,这样就提高了硬盘的读写效率。
(2)硬盘接口
硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件,其作用是用来在硬盘缓存和主机内存之间传输数据。不同的硬盘接口决定着硬盘与计算机之间的连接速度,在整个系统中,硬盘接口的优劣直接影响着程序运行快慢和系统性能好坏。
笔记本电脑硬盘一般采用以下三种形式和主板相连:
1)用硬盘针脚直接和主板上的插座连接。
2)用特殊的硬盘线和主板相连。
3)采用转接口和主板上的插座连接。
从整体的角度上,硬盘接口又可分为IDE、SATA、SAS、SCSI和光纤通道等类型。IDE接口硬盘多用于家用产品中,也部分应用于服务器;SCSI接口的硬盘则主要应用于服务器市场;SAS为新一代的SCSI技术,和SATA硬盘接口相同,均是采取序列式技术以获得更高的传输速度,可达到3Gbit/s;而光纤通道只在高端服务器上,价格昂贵。目前笔记本电脑硬盘中使用较为广泛的接口为SATA(串口)和IDE(PATA并口),它们的外形实物如图2-45所示。
图2-45 笔记本电脑硬盘串口与并口
因采用SATA串口仅以四只针脚便能完成所有工作,从而使接口驱动电路变得更加简洁,高达150Mbit/s的传输速度使厂商能更容易地制造出对处理器依赖性更小的微型高速笔记本硬盘;另外,采用SATA串口接口升级硬盘更加方便。从迅驰三代、四代笔记本平台开始,英特尔公司将硬盘接口转移到SATA规格,更加推广了串口笔记本硬盘的发展,成为笔记本电脑硬盘中使用最广泛的接口。SATA接口还具有以下优点:
1)采用嵌入式时钟信号,具备更强的纠错能力,能对传输指令、数据进行检查,若发现错误会自动矫正,从很大程度上提高了数据传输的可靠性。
2)结构简单,支持热插拔。传输速度比其他接口更快,SATA2.0串行标准为300Mbit/s。
(3)固态硬盘
固态硬盘(英文名称为Solid State Drive或IDE FLASH DISK)就是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘,由控制单元和存储单元(FLASH芯片)组成。它的接口规范和定义、功能及使用方法与普通硬盘相同,在产品外形和尺寸上也与普通硬盘一致。目前广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空、导航设备等领域。虽然目前成本较高,但也正在逐渐普及到DIY市场。
固态硬盘芯片的工作温度范围很宽(-40~85℃)。新一代的固态硬盘普遍采用SATA-2接口及SATA-3接口。固态硬盘的外形实物如图2-46所示。
图2-46 固态硬盘的外形实物
很多笔记本电脑上都装配为固态硬盘,使速度和稳定性得到较大提高,它是下一代存储介质的先锋。与传统硬盘相比,固态硬盘具有以下优点:
1)不用磁头,快速随机读取,读延迟极小。
2)相对固定的读取时间。由于寻址时间与数据存储位置无关,因此磁盘碎片不会影响读取时间。
3)基于DRAM的固态硬盘写入速度极快。
4)因为没有机械电动机和风扇,工作时几乎没有噪声。
5)低容量的基于闪存的固态硬盘在工作状态下能耗和发热量较低。
6)内部不存在任何机械活动部件,不会发生机械故障,也不怕碰撞、冲击、振动。这样即使在高速移动甚至伴随翻转倾斜的情况下也不会影响到正常使用,以致在笔记本电脑发生意外掉落或与硬物碰撞时能够将数据丢失的可能性降到最小。
7)工作温度范围更大。典型的硬盘驱动器只能在5~55℃范围内工作。而大多数固态硬盘可在-10~70℃工作,一些工业级的固态硬盘还可在-40~85℃甚至更大的温度范围下工作。
8)低容量的固态硬盘比同容量硬盘体积小、重量轻。
固态硬盘按存储介质可分为闪存固态硬盘和DRAM固态硬盘两种类型。其中闪存固态硬盘采用FLASH芯片作为存储介质,而DRAM固态硬盘则是采用DRAM作为存储介质。
5.显卡
笔记本电脑显卡主要分为集成显卡和独立显卡两大类型,性能上独立显卡要优于集成显卡。
(1)集成显卡
集成显卡(见图2-47)是将显示芯片、显存及其相关电路都做在主板上,与主板融为一体,显示芯片大部分都集成于主板的北桥芯片内。集成显卡的优点是功耗低、发热量小,部分笔记本电脑的集成显卡的性能已经可以和入门级的独立显卡相媲美。
图2-47 主板上的集成显卡及显存实物图
(2)独立显卡
独立显卡是指将显示芯片、显存及其相关电路单独做在一块电路板上,自成一体而作为一块独立的板卡存在,它需占用主板的扩展插槽(ISA、PCI、AGP或PCI-E)。图2-48所示为笔记本电脑上的独立显卡实物图。
图2-48 笔记本电脑上的独立显卡实物图
独立显卡在技术上与集成显卡相比,因单独安装有显存,不占用系统内存,能够得到更好的显示效果和性能,容易进行显卡的硬件升级。其缺点是系统功耗有所加大,发热量也较大,还需额外花费购买显卡的资金。
独立显卡又可分为Nvidia(通常说的“N”卡)和ATI(通常说的“A”卡)两种类型,而“N”卡主要倾向于游戏方面,“A”卡则主要倾向于影视图像方面。
6.声卡
笔记本电脑一般均带有声卡或者在主板上集成了声音处理芯片(见图2-49),并且配备小型内置音箱。
图2-49 笔记本主板上集成的声音处理芯片
笔记本电脑集成的板载声卡称为软声卡,软声卡与硬件声卡最大的区别就在于减少了数字音频处理单元,数字音频解码工作都完全依靠CPU用类似软件运算的方式完成。由于将硬件集成在芯片组内可以采用更少的电路,减少信号传导时的功率损失,所以采用集成声卡要比采用独立声卡更省电。
笔记本音箱是一台笔记本的发声单元,一般笔记本中所配备的只是简单的单声道音箱,位于其腕托的右下角。笔记本电脑工作时,声音听起来非常小且发闷,是由于扬声器的方向朝下,声波要通过桌面反弹回来才能传到人的耳朵。
笔记本电脑上的任何部件都要受到体积和功耗两方面的限制,其狭小的内部空间通常不足以容纳顶级音质的声卡或高品质音箱。游戏发烧友和音响爱好者可以利用外部音频控制器(使用USB或火线端口连接到笔记本电脑)从而来弥补笔记本电脑在声音品质上的不足。
7.光驱
(1)光驱的结构及原理
光驱全称为光学驱动器,是笔记本电脑里比较常见的一个部件,是用来读写光碟内容的机器,具体作用可用来安装操作系统和应用软件,读取DVD、VCD、CD、MP3等格式的文件,还可用来将文件写进光盘(刻录盘)里用于备份电脑数据等。随着多媒体的应用越来越广泛,使得光驱在计算机诸多配件中已经成为标准配置。
光驱主要由激光头、旋转电动机、机心、电路板、程序芯片、外托架等部分组成,如图2-50所示。
激光头实际上是一个组件,具有主轴电动机、伺服电动机、激光头和机械运动部件等结构。而激光头则是由一组透镜和光敏二极管组成。在激光头中,有一个设计非常巧妙的平面反射棱镜。当光驱在读光盘时,从光敏二极管发出的电信号经过转换,变成激光束,再由平面棱镜反射到光盘上。因光盘是以凹凸不平的小坑代表“0”和“1”来记录数据的,所以它们接受激光束时所反射的光也有强弱之分,当反射回来的光再经过平面棱镜的折射,再由光敏二极管变成电信号,然后经过控制电路的电平转换,变成只含“0”、“1”信号的数字信号时,计算机就能够读出光盘中的内容了。
目前很多笔记本电脑上采用的是蓝光盘(Blu-ray Disc,缩写为BD),它是利用波长较短(405nm)的蓝色激光(即蓝光,Blu-ray)读取和写入数据。光驱内采用的是两个激光头,一个为普通红光激光头,而另外一个则是能读取全码蓝光碟片的蓝光激光头,如图2-51所示。
图2-50 笔记本电脑光驱结构组成图
图2-51 蓝光双激光头光驱
(2)光驱的性能指标
光驱的性能指标主要是指纠错性能和稳定性两个方面,这两个方面即指光驱的寻迹和聚焦两项技术。
1)寻迹。光驱的激光头不能用与硬盘磁头一样的方式来寻道,为保证数据的存储空间分配更加合理,光盘存放数据的方式是以连续的螺旋形轨道为载体,其轨道的各个区域的尺寸和密度都一样。为了保证激光头能够准确地寻道,就产生了“寻迹”技术,它使得光头能够始终对准螺旋形轨道的轨迹。若激光束与光盘轨迹正好重合,那么这时的偏差就是“0”。但是大多数情况下都不能达到这样理想的状态,寻迹时总会产生一些偏差,这时光驱就需要进行调整。如果寻迹范围不够大的话,那么数据盘就可能读不出,CD可能不能发声。这也就是人们通常所说的纠错性能不好。
2)聚焦。聚焦就是激光束能够精确射在光盘轨道上并得到最强的信号。若聚焦不准确,就不能顺利地读取光盘。当激光束从光盘上返回的时候,需要经过四个光敏二极管,每个光敏二极管所发出的信号需要经过叠加,形成聚焦误差信号。只有当这个误差信号输出为零时,聚焦才准确。
(3)光驱的分类
笔记本光驱可分为内置式和外置式。内置式和外置式又可大致分为CD-ROM驱动器、DVD光驱(DVD-ROM)、康宝(COMBO)和刻录机等。
1)CD-ROM驱动器。CD-ROM驱动器又称为致密盘只读存储器,是一种只读的光存储介质。它是利用原本用于音频CD的CD-DA(Digital Audio)格式发展起来的。这种光驱一般除了能读CD格式的碟片外,还可读取VCD、MP3等格式的碟片内的文件,当然也可读取电脑的各种应用软件的文件了。
2)DVD光驱。DVD光驱是一种可以读取DVD碟片的光驱,除了兼容DVD-ROM、DVD-VIDEO、DVD-R、CD-ROM等常见的格式外,对于CD-R/RW、CD-I、VIDEO-CD、CD-G等格式都要能很好地支持。DVD光驱除了可读取CD-ROM光驱能读取的格式文件外,还能读取DVD格式的文件或碟片。
3)康宝光驱。康宝光驱是人们对COMBO光驱的俗称。COMBO光驱是一种集合了CD刻录、CD-ROM和DVD-ROM为一体的多功能光存储产品。
4)刻录光驱。刻录光驱包括了CD-R、CD-RW和DVD刻录机等。其中DVD刻录机又分DVD+R、DVD-R、DVD+RW、DVD-RW(W代表可反复擦写)和DVD-RAM。
刻录机的外观和普通光驱差不多(见图2-52),只是其前置面板上通常都清楚地标识着写入、复写和读取三种速度。
图2-52 笔记本电脑内置刻录机的外观
8.显示屏
显示屏是笔记本的关键硬件之一,约占成本的1/4。它的好坏直接影响着笔记本电脑是否能正常工作。显示屏主要分为LCD与LED两种类型。LCD是液晶显示屏的全称,主要有TFT、UFB、TFD、STN等几种类型的液晶显示屏。
LCD液晶显示屏的结构如图2-53所示,主要由液晶面板、背光系统、控制驱动电路等组成。
图2-53 LCD液晶显示屏的结构
(1)液晶面板
液晶面板的主要作用是在驱动电路的控制下,改变液晶材料内部分子的排列状况,以达到遮光和透光的目的,从而显示出深浅不一、错落有致的图像。液晶面板的核心材料为液晶材料,它由两个玻璃基板固定在中间。
(2)背光系统
LCD液晶显示屏的背光系统主要由背光管、导光板、高压驱动电路等组成。其主要功能是产生均匀的背光,向液晶面板提供背光光源,来照亮液晶面板。
(3)控制驱动电路
LCD液晶显示屏控制驱动电路包括接口电路、控制电路及液晶驱动电路。它们的工作原理是:接口电路负责接收显示芯片传送的图像数据,将图像数据传输到图像处理器中;控制电路对接口电路接收的图像数据进行处理,再向液晶驱动电路提供时序控制信号和显示数据信号;然后液晶驱动控制电路对图像数据进行进一步的处理,再转换成驱动液晶的行列驱动信号,最后驱动控制液晶材料显示图像。
LED(Light Emitting Diode,发光二极管)可分为两大类。一是LED单管应用,包括背光源LED、红外线LED等;另外就是LED显示屏。
LCD与LED是两种不同的显示技术,LCD是背光源为灯管组成的液态晶体显示屏,而LED则是背光源为发光二极管组成的液态晶体显示屏。LED在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面都更具优势,它能提供宽达160°的视角,可以显示各种文字、数字、彩色图像及动画信息,也可以播放电视、录像、VCD、DVD等彩色视频信号,多幅显示屏还可以进行联网播出。而且LED在强光下也可以照看不误,显示屏的单个元素反应速度是LCD液晶屏的1000倍,并且能适应-40℃的低温。利用LED技术可以制造出比LCD更薄、更亮、更清晰的显示器,应用前景十分广泛。
9.电池
笔记本电脑使用的电池主要有镍镉电池(Ni-Cd)、镍氢电池(Ni-Mh)、锂电池(Li)三种类型。最早推出的电池是镍镉电池,但这种电池具有“记忆效应”,每次充电前必须放电,使用起来极不方便,不久就被镍氢电池所取代。目前笔记本电脑中应用较多的为锂离子电池,其外形实物如图2-54所示。
图2-54 笔记本电脑锂离子电池外形实物
镍氢电池是目前最环保的电池,不过与锂电池相比,还是有一些缺点,主要是充电时间长、重量较大、容量比锂电池小、记忆效应也比较大。锂电池又分为两种:一种是锂电池,另一种是锂离子电池。其正极通常由锂的活性化合物组成,负极则是由特殊分子结构的碳组成。常见的正极材料主要成分为LiCoO2。充电时加在电池两极的电动势迫使正极的化合物释放出锂离子,嵌入负极分子排列呈片层结构的碳中;放电时锂离子则从片层结构的碳中析出,重新和正极的化合物结合,锂离子的移动产生了电流。
笔记本电脑电池和普通充电电池没有什么区别,其实是几组电池串、并联后的产品。其内部结构如图2-55所示,一般是由外壳、电池组、电路板(充放电控制和保护电路)等组成。
图2-55 电池内部结构
电路板主要由保护电路(或二次保护电路)以及容量指示电路两个部分组成,主要对笔记本电池的充放电及安全性进行管理。一般人们所说的电芯就是指电池内电芯的数量,其容量用mA·h来表示。mA·h的值决定笔记本电池的待机时间,电芯越多,mA·h值越大,待机时间也就越长。
目前市面上常见的笔记本电池主要分为3芯、4芯、6芯、8芯、9芯、12芯等。芯数越大,续航时间越长,其价格也就越高。普通用户主要是家庭使用,一般使用与电脑标配的芯数,大多为3芯、4芯电池。9芯或12芯的电池主要为较高的移动办公要求,其待机时间相对长些,正常使用可达到3h以上,但是稳定性就比电芯少的要差点。
10.电源适配器
笔记本电源适配器又称充电器,行业里称这种传统的笔记本电源适配器为单波段笔记本充电器(因传统笔记本充电器只能输出单一的电压,给一型号的笔记本电脑充电,它和万能笔记本充电器有所区别)。电源适配器外部结构如图2-56所示,主要由输入线、充电器主体、输出线、接头等构成。
图2-56 电源适配器外部结构
笔记本电源适配器的作用就是把不稳定的电源利用开关电源的原理通过转换电路变成笔记本电脑需要的恒压直流电,给笔记本电脑供电和充电。
笔记本电源适配器按用途可分为交流用和直流用,交流用通常用于家用、办公室用等为交流电的场所,直流用一般用于比如车上、飞机上等为直流电的场所;按输出电流又可分为12V、15V、16V、18.5V、19V、19.5V、20V、24V等系列,一般均会在充电器背后的标签上标示出是多少V,多少A;按输出线的直流接头主要又分为4.8mm×1.7mm、5.5mm×2.5mm等。
11.触摸板
触摸板,英文名为“TouchPad”,也称为手写板。它是目前使用得最为广泛的移动PC的鼠标,触摸板由一块能够感应手指运行轨迹的压感板和两个按钮组成,两个按钮相当于标准鼠标的左右键,如图2-57所示。
图2-57 笔记本电脑触摸板
触摸板借由电容感应来获知手指移动情况,当使用者的手指接近触摸板时会使其电容量改变,触摸板自己的控制IC将会检测出电容改变量,并转换成坐标。触摸板是借由电容感应来获知手指的移动情况,对手指热量并不敏感。当手指接触到板面时,板面上的静电场会发生改变。触摸板传感器只是一个印在板表面上的手指轨迹传导线路。而在触摸板表面下的一个特殊集成电路板会不停地测量和报告出此轨迹,从而探知您手指的动作和位置。
触摸板的优点是没有机械磨损,控制精度也不错,操作起来很方便,特别是对于初学者很容易上手。一些移动PC甚至把触模板的功能扩展为手写板,可用于手写汉字输入;其缺点是使用者的手指潮湿或者脏污的话,控制起来就不那么顺手了。
12.散热系统
散热系统是提供系统长时间稳定运行的保障,笔记本电脑散热系统由导热设备和散热设备组成,其基本原理是由导热设备将热量集中到散热设备上散出。其主要部件为风扇、散热管及散热片,如图2-58所示。
早期的笔记本电脑中通常采用侧吹型扇式风扇再配以散热片所形成的风道将热量带出。风扇是直接和CPU核心接触的散热装置,只需要对CPU散热即可。它的运转受笔记本电脑控制,在运行过程中,当CPU温度达到一定值时,风扇便会自动开始运转。当CPU温度降低到BIOS所限制的温度时,风扇会自动停止转动。
目前的笔记本电脑通常将散热管与风扇相结合,还安装了覆盖式散热片和在散热管上安装了散热铝片进行散热。采用散热管的优点是没有移动式的零件,全部零件均完全密封在内部,不必消耗电能,同时可长时间有效。其散热原理是将管内抽成真空,在真空状态下由于水的沸点很低,若在散热管的一端加热,水就会蒸发,将热量带到散热管的另一端,水到另一端后会冷却,再回流回去。如此反复循环,笔记本电脑主板上的CPU、芯片组、显卡等硬件设备通过导热管将热量传到面积较大的散热板上,然后经由风道和空气接触或通过小型风扇将热量送出笔记本电脑外壳。
图2-58 笔记本电脑散热系统组成
13.外壳
笔记本电脑常见的外壳用料主要为铝合金、铝镁合金、镁铝合金、镁合金、钛合金、ABS工程塑料、ABS环保复合材料、碳纤维复合材料等。其中ABS工程塑料和铝镁合金在笔记本电脑中使用最多。
(1)ABS工程塑料
ABS工程塑料在化工工业的中文名字叫塑料合金,即PC+ABS(工程塑料合金)。这种材料既具有PC树脂的优良耐热耐候性、尺寸稳定性和耐冲击性能,又具有ABS树脂优良的加工流动性。应用在薄壁及复杂形状制品中,能保持其优异的性能,还能保持塑料与一种酯组成的材料的成型性。
ABS工程塑料由于成本低,被大多数笔记本电脑厂商采用,目前多数的塑料外壳笔记本电脑都是采用ABS工程塑料做原料。但其最大缺点是质量重、导热性能欠佳。
(2)铝镁合金
铝镁合金一般主要元素为铝,常掺入少量的镁或是其他的金属材料来加强其硬度,其导热性能和强度尤为突出。通常被用于中高档超薄型或尺寸较小的笔记本的外壳,成为便携型笔记本电脑的首选外壳材料,目前大部分厂商的笔记本电脑产品均采用了铝镁合金外壳技术。
铝镁合金质坚量轻、密度低、散热性较好、抗压性较强,能充分满足3C产品高度集成化、轻薄化、微型化、抗摔撞及电磁屏蔽和散热的要求。其硬度是传统塑料机壳的数倍,但重量仅为后者的1/3。特别是银白色的镁铝合金外壳可使产品更豪华、美观,而且易于上色,可以通过表面处理工艺变成个性化的粉蓝色和粉红色,为笔记本电脑增色不少,这是工程塑料以及碳纤维所无法比拟的。其缺点是不耐磨,成本较高,而且成型比ABS困难(需要用冲压或者压铸工艺),所以笔记本电脑一般只把铝镁合金使用在顶盖上,很少有机型用铝镁合金来制造整个机壳。