笔记型电脑之基本架构与各类功能介面介绍(一)1.doc

題目：筆記型電腦之基本架構與各類功能介面介紹。一、筆記型電腦之分類：二、筆記型電腦之架構與組成：2.1邏輯電路運作（Block diagram）2.2基本組成與架構三、主要元件與介面功能介紹3.1液晶顯示器LCD3.2 處理器3.3週邊傳輸介面(USB、IEEE1394、IrDA、 PCMCIA、MiniPCI / MDC)四、主要技術介紹4.1鎂鋁外殼應用4.2散熱系統4.3電源管理五、桌上型電腦與筆記型電腦之差異/相同一、筆記型電腦之分類：筆記型電腦依種類可分為三類：全功能型(All in one)、超薄型、旗艦型。筆記型電腦依規格可分：一軸型（one spindle）、二軸型（two spindle）、三軸型（three spindle）。這樣的分類是以筆記型電腦系統本體而言，不包含其他外接設備。一般所指主軸是指有轉軸之裝備而言，就筆記型電腦來說有主軸之裝備包括硬碟（Hard Disk）、光碟機（CD-ROM）以及軟碟機（Floppy）等三種。而硬碟乃必要之配備，因此無論是幾軸的規格必定包含硬碟機。下表是華碩筆記型電腦系列之分類。ASUS series Notebook分類初期目前未來全功能型(All in one)P6、F7、L7A1、L8B1、L1、L2超薄型M8S8、M1、T9S1、M2旗艦型L8B2下表是目前華碩筆記型電腦依規格所作的分類：分類全功能型(All in one)超薄型旗艦型機種A1L8S8M1T9L8規格（spindle）331213二、筆記型電腦之架構與組成：2.1邏輯電路運作（Block diagram）一部電腦的運作，不論是桌上型電腦或筆記型電腦，對使用者來說就是一種輸入與輸出的動作。亦即經由使用者以鍵盤、滑鼠等動作做為輸入工具，而期待電腦所能呈現的是他所要的輸出結果，包括結果的正確性和顯示該結果的媒介。而掌管電腦內部邏輯電路運作的主要基本元件包含了北橋、南僑晶片、微處理器、顯示晶片、記憶體以及其他控制晶片，彼此間的關聯如圖所示。北橋晶片以AGP匯流排連接顯示晶片，以RAM BUS連接記憶體。同時以Host BUS介面上連處理器，以PCI介面下接南僑晶片。南僑晶片為主要連接輸入/輸出裝備之晶片組。包含PCI BUS以及IDE BUS，音效卡、1394介面、PCMCIA介面、USB和LAN。並以Super I/O晶片連接LPT印表機、COM1、COM2、軟碟機以及IR紅外線裝置；以K/B controller晶片連接PS/2滑鼠、鍵盤和觸控板。處理器暫存器Register北橋晶片南橋晶片L1 CacheL2 CachePCI BUSUSB記憶體LANIDE BUS顯示晶片AGP螢幕SIOCOMPrint portIRFDDAC97CDROMHDDK/B controller1394K/B T/P PS/2PCMCIA2.2基本組成與架構依據上一單元可知，一部電腦包含了邏輯電路與輸入/輸出介面二大部分。輸入/輸出介面則是由我們從電腦外觀可以看的到且碰得到的，包括鍵盤輸入文字、滑鼠控制游標、硬碟機（或光碟機、軟碟機）儲存讀取資料、螢幕（CRT、TFT-LCD）顯示畫面或字幕等等；此外，PCI BUS可擴充其他週邊設備，包含音效卡、網路卡、數據卡等等。就Note Book而言，因為先天空間上的限制，使得以上所述的各種周邊擴充裝置或介面都必須加以重新設計，或者整合，或者縮小，或者發展出新的規格以符合所需。而將所有元件壓縮在某一特定的小空間，勢必得犧牲某方面的功能或以其他方式加以擴充所需的設備，而其中最重要且關鍵的技術便是整體散熱技術的設計，以滿足越來越高頻的處理器。因此，產品設計的方向便朝以滿足不同領域、不同需求的使用者來設計，於是逐漸發展出所謂超薄型機種（Slim Type），以及全功能型機種（All in one）等規格，而更有所謂旗艦型機種問世以滿足專業、追求速度與功能之玩家。我們以華碩所生產M1A產品為例，來說明筆記型電腦之基本組成與架構。M1A是一款超薄型機種，且是Two Spindle設計。包括內接式硬碟機以及一組可以擴充之抽拔式模組，可接CDROM或軟碟機或第二顆硬碟。筆記型電腦就結構上可區分為兩大部分，第一部份即是LCD模組，第二部分是系統模組(Base Module)。LCD模組乃純粹是視覺輸出介面，同時扮演筆記型電腦開關門戶的一個角色。一般設計均會在LCD模組關合至系統模組時，有一機械結構作為系統休眠(Suspend)的功能，以作為節省電源之用。再來從系統後側來觀察其週邊介面，由左至右分別為Modem、LAN、IR、IEEE1394、印表機序列埠、CRT接頭、PortDock/Bar介面、散熱口。左側面分別是熱風散熱口、Adapter、USB介面、PCMCIA介面。右側則是一組可抽取式介面之擴充槽，可以安插CDROM、DVDROM、FDD、2nd HDD。打開液晶螢幕後，系統本體上方左側有四組快捷鍵，可以快速啟動收發信件軟體及瀏覽器，以及兩組可由使用者自行定義之按鍵。右側有四組LED顯示燈。最外兩側是隱藏式喇叭。中間上方則是電源按鍵及麥克風。鍵盤下方是觸控板以及按鍵。Modem LANIRParallelCRTThermal IEEE 1394 PortDock/ PortBar68 Pin ConnectorThermal VentilationUSBPCMCIA SlotAC InModule Bay for CD-ROM/DVD/ CD-RW/ FDD/ 2nd HDDSpeakerPower KnobInstant KeyMicrophoneKey BoardTouch PadT/P Knob三、主要元件與介面功能介紹3.1液晶顯示器LCD液晶顯示器是筆記型電腦主要的視覺輸出，對一般使用者來說是最重要的一種輸出裝置。由於它不像CRT顯示器使用映像管來作輸出，而是利用薄膜電晶體的技術來製作，因此可以製作成很薄的平面顯示裝置。這樣的特性恰好符合筆記型電腦可攜性的需求，因此液晶顯示器首先應用在筆記型電腦。目前液晶顯示器在筆記型電腦主要以1214吋為主流，顯示模式依面板尺寸可區分為VGA640X480、SVGA800X600、XGA1024X768等模式，其中640X480是指螢幕的長與寬方向上可呈現的像素數（pixels），也就是說在橫向有640個像素，縱向有480個像素。因此，越大尺吋的顯示器其所需的像素也相對越多，這也是通常我們常用解析度（resolution）這個名詞來說明這個顯示器的呈像能力。液晶顯示器的呈像原理液晶顯示器內之液晶分子是一種線性的(Nematic)熱致性(Thermotropic)液晶分子，是一種長條狀會隨電壓不同而改變其排列狀態的一種植物性化合物。利用液晶分子這樣的特性，來製作成多彩的液晶螢幕。就每一個基本像素而言，它的構造如圖所示。共有三個sub-Pixels，分別是紅綠藍(R,G,B)，在C/F Glass與TFT Glass間有電壓差以控制液晶分子的排列狀態。 300 (Approx)Common ElectrodeOne PixelData LinePixel ElectrodeGate Line)C/F GlassTFT Glass利用液晶分子的旋轉特性來達到液晶分子排列方向控制，以達成不同透光率的目的。如圖所示，當不加電壓時液晶分子的旋轉特性使得光線自底下橫向偏光板經液晶後轉折九十度從縱向偏光板射出，因此可以表現該色sub-Pixels的色彩。若加電壓後液晶分子的排列方向如圖中所示是呈現規則的直線狀態，因此當光線透過偏光板後因液晶分子無法提供旋轉介質的功能，所以對上層面板而言所呈現的便是不透光的現象。再利用調整電壓的程度，我們可以來控制光線透過偏光板的多寡，因此可以作多層的灰階控制，同時是彩色的像素呈現出來。-White (TFT Off)Black (TFT On)PolarizerLiquid Crystal3.2 處理器處理器是電腦系統的運算核心，相同架構的產品廠商會因不同的使用需求而有不同的設計與製造。針對筆記型電腦所設計的處理器更是有極為嚴苛的規格標準，以因應在極為有限的空間內所要求的尺寸規格、電壓要求、散熱處理等條件。也因為如此的緣故，筆記型電腦處理器應用的時程總是會落後桌上型電腦一段時日，以克服上述問題。以下針對處理器不同的製程與封裝技術分別說明。MMC-1應用於筆記型電腦處理器的半導體製程與封裝技術，早期發展出如MMC-1（Mobile Module Connector）的模組設計。該模組是以一塊小轉板的方式連接主機板，系統高度受限於MMC-1與主機板的高度，因此無法做出非常薄的筆記型電腦。此模組不僅僅只是一款CPU而已，其內包含CPU、北橋、L2 快取記憶體與電壓模組。Intel的此款筆記型模組內含MMX的Pentium CPU與 TX晶片組。之後，Intel 將 MMC-1 (Mobile Module Connector 1) 升級成 Pentium II 之CPU，並內含額外第二階快取與 BX 晶片組。不過 Pentium MMC-1 模組的晶片組為 TX，同時支援 SDRAM 與 EDO 記憶體，而 Pentium II / Celeron MMC-1 模組晶片組為 BX，使該模組僅支援 SDRAM。MMC-1 接頭分成四路、共有280個接腳。 移掉導熱盤的 MMC-1 晶片圖 包含外部L2 快取的CPU的MMC-1晶片圖 MMC-2MMC-2與MMC-1最大的不同就是，MMC-1模組以PCI介面來連接筆記型電腦的主機板，而MMC-2(Mobile Module Connector 2) 則是利用AGP/PCI 介面。MMC-2 接頭有 10 路、共 400 個接腳，因此與 MMC- 接腳不相容，也就不可能將MMC1插入 MMC-2的插槽或將MMC2插入 MMC-1 的插槽。 內含 BX晶片的 MMC- 能支援 AGP，但 MMC-1 無法使用。MMC-2 則在筆記型電腦中使用了 AGP顯示卡以提供 3D圖形與更佳的 DVD 影片播放效果。至於電壓方面，MMC-2與 MMC-1 相同，都是用 1.6伏特。而且內建快取的優點很明顯，不只能減少大約4克的重量，更能減低耗電量。MMC-2 接頭的檢視Mini-Cartridge 在MMC-1模組流通的同時，Intel 另外推出了另一款不同形式的筆記型CPU模組Mini-Cartridge，也是首先將第二階快取內建的CPU之一。系列模組電壓用1.6V，Mini-Cartridge內部包含CPU核心、快取、控溫半導體與感應器。Mini-Cartridge接頭有 8 路，共有 240 隻接腳。模組幾乎都用 BX 晶片組。 BGA-1隨著市場對筆記型電腦輕薄短小的要求。目前筆記型CPU如 MMC-1、MMC-2與 Mini-Cartridge 還是要佔掉很多空間，而且模組與接頭的高度大約為 10釐米左右。 如果想要做出筆記型電腦包含外殼、顯示螢幕高度不超過3公分時，則必須用不同的CPU接頭模組方案才行。BGA 是Ball Grid Array for surface mount 的簡寫。因為已經內建第二階快取，因此沒必要像MMC1與 MMC- 一樣，加一塊額外的電路版。當CPU鞍上後，BGA-1 CPU高度僅約2.5釐米，僅為 MMC-1 或 MMC-2 的 1/4。BGA1 系列CPU的優點在於其使用之電壓低。 輕薄的筆記型電腦受限於高度與大小，因此散熱不易。為此，將BGA 系列的CPU電壓降低，以減少 TDPmax 值。又因為BGA1系列均銲在筆記型電腦的主機板上，因此升級便無法隨心所欲了。 BGA-1 CPU鳥視圖 BGA-1 CPU底圖Micro-PGA1Micro-PGA1 形式的CPU結合 BGA-1 與插座型CPU的優點，BGA CPU包含接腳可接於小塊電路版上，高度僅增加成3.5釐米，包含接腳的 1.25釐米；而可插拔的特性提供使用者輕易升級與製造商庫存成本降低的壓力。此款CPU的缺點之一，就是必須手動調整CPU之倍頻。這是頭一遭也是後一次您所聽到需調整跳線的筆記型CPU，其他款的CPU模組之倍頻皆由系統自動偵測。 Micro-PGA1 CPU鳥視圖 Micro-PGA1 CPU底圖BGA-2就像BGA-1 模組的CPU一樣，BGA-2 的CPU也是銲死在筆記型電腦的主機板上。而BGA-2模組已晉升至Pentium III系列，並且是可減少 MMC-2 模組成本的攜帶型模組。其特色是100MHz 外頻(FSB)、自動偵測倍頻、並具有階頻技術以及其他 Pentium III 所具有之優點。沒有其他款模組能像 BGA-2 一樣，提供如此多款低電壓以及快速的CPU。Intel 用600-500 LV Mhz CPU來對抗 Transmeta 所推出的低電量CPU。在一般電源模式下，該CPU僅用 1.35伏，而電池模式下僅需 1.1伏特。 BGA-2 CPU鳥視圖 BGA-2 CPU底部Micro-PGA2Micro-PGAMicro-PGA1Micro-PGA2接腳數615495VID 接腳數05外頻(FSB)66MHz100MHz66MHz100MHz133MHz未連接之接腳數24324大小36 x 32mm34 x 28mmMicro-PGA2的封裝方式與桌上型的PGA有點像，其下方是一面密密麻麻的針腳，使用專用的腳座就可以插拔，因此升級非常方便。目前幾乎所有All-in-one的機型皆使用Micro-PGA2的CPU。以下列出Micro-PGA2與Micro-PGA1的差異處。 Micro-PGA2 CPU鳥視圖 Micro-PGA2 CPU底圖下表是華碩筆記型電腦系列產品內部所採用處理器之類型。Intel Spec.ProgressASUS NB SeriesMMC-1P6,L7,L7C,L73DMini-CartridgeMMC-2F7BGA-1Micro-PGA1L7B,M8BGA-2Micro-PGA2L7E,L73G,L7H,S8,M1,A1,L8Ce,T9,B1A,L1Micro-FC-PGAS1,M2,B2B,L8KMicro-FC-PGA2L8L,L8F,B1B,L2A*A1D-AMD K7 mobile CPU3.3週邊傳輸介面(USB、IEEE1394、IrDA、 PCMCIA、MiniPCI / MDC)USBUSB（Universal Serial Bus），中文常翻譯為通用序列匯流排，或俗稱萬用連接埠，是由Intel、Microsoft、IBM、Compaq、Digital、HP、Lucent、NEC、Northern Telecom、Philips等多家廠商共同推出的下一代匯流排標準。USB是一種串列通訊協定（serial protocol） ，它負責實體層和鏈結層（Link layer）的建立。它支援慢速的資料傳輸，例如：滑鼠的輸入數據；也支援快速的數位壓縮影音資訊 。USB有兩對線，一對是傳送數據，另一對是提供給週邊設備所需的電源線。目前USB規格為2.0版，USB 2.0的傳輸速度為每秒至少可達360 Mbps，甚至可高達480Mbps，為現有USB1.1版的40倍。而且在Intel的推波助瀾之下，USB顯然是下一代匯流排之候選人中，最有希望成功且應用普及的一項介面規格。USB是一個設計良好的隨插即用規格，因此不需使用任何的開關或連接器來進行組態的工作，對使用者來說，它最大的好處是可以在不需要重新開機的情況之下安裝硬體。USB在設計上可以讓高達127個週邊設備在匯流排上同時運作，並且擁有比傳統的RS-232串列與並列介面快上許多的資料傳輸速度。就筆記型電腦來說，USB介面仍以1.1版為主，應用的範圍包括滑鼠、軟碟機、印表機等低速傳輸設備。目前的高速傳輸介面趨勢主要以IEEE1394來作為網際網路介面、數位影像輸入介面或掃描介面等。IEEE1394為何叫1394?因IEEE協會報告編號正好第1394號。網路化的普及亦連帶牽動數位影音設備如攝影機、照相機與DigiVCR加裝IEEE1394連接埠。目前1394已可支援400Mbps資料傳輸速率，比USB整整快了33倍，單獨介面最多可串接至63部裝置；除了數位視訊開始使用外，電腦週邊裝置也陸續採用，如外接式HDD、印表機、掃瞄器與光碟機等，主要看重1394的速度與易於使用。應用在筆記型電腦上更加使得可攜性裝置具備高效率與實用性。IrDA紅外線標準協會（Infrared Data Associatoin）成立於1993年，是個非營利性組織，致力於建立無線傳播連接的世界標準，目前在全球擁有160個會員。目前現有的紅外線解決方案有SIR（Serial Infrared）提供115Kbps的傳輸速度、FIR（Fast Infrared）是4Mbps、VFIR（Very Fast Infrared）是16Mbps，AIR（Advanced Infrared）的速度是4Mbps，但是可做到多點傳輸。IrDA無線通訊技術的優點包括低價、成本約在25美金之間；傳輸速度最快可達16Mbps；不需申請頻道使用執照；低功率、少干擾。目前幾乎所有筆記型電腦均裝置有IrDA無線通訊裝置，以作為短距離間資料傳送之簡便工具。IrDA為簡單的Point & Shoot，因此網路功能薄弱，但是其大小及秏電又正適於安裝在HPC、PDA、Laptop等設備中。IrDA的另一缺點是必須將對傳之紅外線燈號相對以達到接收傳送之目的，且傳輸速度能不夠快速。相對的，另一項無線傳輸規格Bluetooth將取代IrDA。Bluetooth在網路之表現優於IrDA，而且Bluetooth在傳輸時並無屏蔽及方向性的問題，因此對範圍內之設備可提供較佳之橋接服務。PCMCIA1989年，國際個人電腦記憶卡協會（PCMCIA: Personal Computer Memory Card International Association）為攜帶式電腦公佈了內建電路板卡片的規格。在1991年九月,PCMCIA更定義I/O interface與最初的Memory Card使用相同68Pin connector 有共同的相容性,此為PCMCIA Standard 2.0的規格。在1995年因相容性、高速度的問題下, 經由整合“PCMCIA”及“JEIDA”標準後訂定新的規格(PC Card Standard 1995),並更名為“PC Card”。PCMCIA/PC卡，是用來擴充筆記型電腦的標準規格配備。 侷限於筆記型電腦天生的尺寸，是不可能在其主機板上有一般ISA或PCI插槽的。第一個以PCMCIA規格發展出來的卡片是數據機卡，以及能增加系統記