笔记本电脑系统基础知识讲解学习

qiuml20080227笔记本电脑系统基础知识笔记本电脑基本架构

当前笔记本虽然是品牌众多，且外观、功能各有千秋，但究其原理还是一样，都是基于“IBMPC/AT”的架构（当然Apple的除外）；这里值得注意的是，虽然台式机和笔记本外形差别很大，但其基本的架构和原理都是一样的，也是兼容“IBMPC/AT”架构的。下页图示将列出笔记本典型架构图示；不同的机型、品牌及芯片组，配置可能会有相应变动，但是整个模块不会有太大的变化！基本架构图示PCIBUSLPCMEMPCI-ExpressFSBClockDDR2RAMDMIVRAMVRAMCPUGMCHICH6GPUHDDODDEC97551BluetoothMouseKeyboardBatteryBIOSCIRTouchpadIDEPC-Card6-in-1CardIEEE1394LANWirelessCardDockingS-Video&TV-OutUSBAC-LinkAudioSPDIF&MIC&JACK&VolumeLANPowerSupplyNewCardSystemFan

系统的主要构成分为如下几个部分：“NorthBridge（北桥），SouthBridge（南桥），显示卡，EC（嵌入式控制器）”，这几个部分一般都是集成到主板上的，配合CPU，内存就可以开机进入BIOS；以上的部分是必须的，因为这属于PC/AT架构的基本构成。其他诸如：“硬盘，无线网卡，CardBus（PCMCIA控制器）”等等都是次要的，并不影响整机的工作；或者说，不影响机器的开机。系统主要模块构成主要模块的功能简介

北桥主要功能：连接CPU和内存，如果是独立显卡的话，会提供与显卡的AGP接口，并用“DMI”总线与南桥通信；北桥常被成为“MCH”或者“GMCH”，也就是“MemoryControlHub”或者“GraphicMemoryControlHub”的意思。南桥主要功能：连接一些外围设备，比如PCI界面的网卡，PC卡控制器等等，另外诸如USB接口、IDE接口也是由南桥来提供的，南桥提供LPC总线与EC通信；南桥也常被称为“ICH”，其意思是“I/OControlHub”的意思。主要模块的功能简介EC（EmbedController，嵌入式控制器）：虽然和我们常说的BIOS有点像，不过其实EC是BIOS的“物理控制器”和“载体”，它通过LPC与南桥通信。其在目前笔记本中担当相当重要的“重任”！整个笔记本“系统电源”都受其管理和控制，担负着系统电源相关的“分配”任务；此外，EC还承接“内置键盘”的控制器功能和一些低速接口的控制；所以，亦有称此控制器为“键盘控制器(KBC)”的说法。主要模块的功能简介BIOS（BasicInput/OutputSystem，基本输入输出系统）：其在整个系统中的地位是非常重要的，它实现了“底层硬件”和“上层操作系统”的桥梁；比如，现在从光盘拷贝一个文件到硬盘，您只需知道“复制、粘贴”的指令就行了，您不必知道它具体是如何从光盘读取，然后如何写入硬盘；对于操作系统来说也只需要向BIOS发出指令即可，而不必知道光盘是如何读，硬盘是如何写的。笔记本电脑五大常识

常识之一：电磁干扰

品质较好的台式机壳，能够遮罩自身和外部的电磁干扰，因此在工作的时候不会干扰外界电子设备，也不容易受到其他电磁干扰。相形之下笔记本电脑就显得“单薄”多了，没有像台式机一样的强硬外壳，虽然先进的电路设计和制造工艺可以使她不会干扰外界设备，但是却也无法避免外来的“入侵者”：“遭受外部电磁干扰”。日常工作中最常见的干扰源就是手机了，如果手机放在正在运作的笔记本电脑上面，来电时很容易使电脑当机或是自动关机，所以应注意不要将手机放在正在执行的笔记本电脑上头，尤其是键盘部位。笔记本电脑五大常识常识之二：机壳进液在笔记本电脑的身体结构中，键盘进水是最容易发生的事情，键盘进水之后，由于键盘是无源键盘（不需要电源供应），不会引起电路部分的直接损坏，但容易引起键盘内部的印刷电路变质失去导电作用从而使键盘失灵报废，此时就只能更换键盘了，所以在日常使用的时候一定要注意防止此类情况发生；更重要的是水一旦进入主机，极有可能造成主板等电路板短路，从而烧坏机器；在任何时候，都认为及时断开进液机器一切供电电源，是保护机器不受损坏的首要措施。笔记本电脑五大常识常识之三：散热处理笔记本电脑的散热无论是“主动散热”还是“被动散热”，都需依靠热传递空气的流通，各种形式的主动散热技术中都会在笔记本电脑机身的某个部分留下空气流通孔，这些孔有的在机身侧面，有的在下面，最重要的就是不可以堵住散热孔；避免放在柔软的东西上，如自己的双腿，床上，沙发上，从而堵住了散热孔，造成当机甚至烧坏机器。所以，在日常使用中稍加注意，避免以上情形发生就可以解决此一问题。笔记本电脑五大常识常识之四：承受外力

液晶幕属于笔记本最脆弱的部件之一，由于它的薄玻璃结构，受到外力很容易破裂；此外，阖上的笔记型上面放些重物，从而使液晶屏相关压力敏感部件意外受损，厂商一般都在笔记型包装明显的部位“标明”了笔记本电脑可以承受的重力，在使用的时候就应该特别注意。笔记本电脑五大常识常识之五：插拔操作

非热插拔设备应该绝对禁止此操作！尤其是串口和并口之类端口，电脑在运作的时候热插拔很容易“击穿”内部的集成电路；笔记本电脑方便移动更容易使人懒于关机再连接其他装置，从而发生损坏机器的隐忧。笔记本电脑芯片组笔记本电脑所使用的芯片组与台式机有比较大的不同，这主要决定其“移动性”及“低功耗”设计理念。与台式机相比芯片组的不同是相对而言的，也有一些芯片组就是采用了与台式机相同的芯片组，如“440BX”；很多笔记本芯片组都是台式机芯片组的一个改进版本，只是更注重笔记本的特点而设计的。笔记本电脑芯片组目前，已经使用到的笔记本芯片组有：◆440BX/440ZX-M/440MX（PII）◆830MP/VIATwinster/SIS630（PIII）◆845MP/SIS650/SIS961/INTEL852GM/852GME/852PM/ViaP4N266(VT8703)/ALI1671（PIV）◆855GM/Intel855GME/Intel855PM/SiS648MX/SiSM661MX（CentrinoI）◆Intel915PM/Intel915GM/Intel910GML/Intel915GMS（CentrinoII）◆Intel945PM/945GM/940GML/943GML（CentrinoIII）◆IntelPM965/GM965GM/GL960（CentrinoIV）Intel855芯片组规格对照Intel915芯片组规格对照Intel笔记本CPU发展史奔腾III时代：

2000年，Intel推出代号为“Coppermine”的PIII笔记本用CPU，0.18微米技术生产，前端总线速度就提高到“100MHz”，集成了“256K”全速的二级缓存，支持“SpeedStep”节能技术，使得“600/650”MHz的CPU在使用电池时以500MHz的速率运行，而切换时间只需不到“1/2000”秒，这几乎是用户觉察不到的。

Intel笔记本CPU发展史奔腾III-M时代：

2001年，Intel推出代号为“Tualatin”的PIII-M笔记本用CPU，采用0.13微米技术生产，运行“133MHz”的系统总线，集成了“512K”全速二级缓存，“增强的SpeedStep”技术，可以根据CPU在应用程序中的使用情况自动在最佳性能和最长电池使用时间之间平稳切换，核心电压“0.95V-1.4V”(使用电池优化模式时在0.95-1.15V之间，使用性能优化模式时在1.1-1.4V之间)，采用“FCPGA”或“PCBGA”封装。

Intel笔记本CPU发展史奔腾IV-M时代：

2002年七月份，Intel推出采用0.13微米工艺和“Northwood”核心的移动CPU新款奔腾4-M处理器，首批推出的包括1.7GHz、1.6GHz的型号，核心集成5,500万晶体管，采用“MicroFCPGA”封装(mPGA478)，采用“NerBurst”架构，运行于“400MHz”前端总线，核心集成“512KB”二级缓存，支援“增强型SpeedStep、DeeperSleep”休眠模式，工作电压1.3V，1.7GHz版本在使用SpeedStep节能模式后工作频率降为1.2GHz(1.2V)，平均功耗降低到2W以下；一些采用奔腾4-M的新款笔记本电脑已具备嵌入式无线功能，如“802.11b”和“蓝牙技术”。Intel笔记本CPU发展史迅驰时代：

英特尔于2003年3月推出“Centrino”品牌，它由三部分组成：“移动式处理器（CPU）、相关芯片组以及802.11无线网络”功能模块。◆一代P-M：Banias处理器/1MB高速缓存/400MHzFSB(Carmel平台)◆二代P-M：Dothan处理器/2MB高速缓存/533MHzFSB(Sonoma平台)◆三代P-M：Yonah单/双核处理器/2MB高速缓存/667MHzFSB(NAPA平台)IntelCPU发展史迅驰时代：

此外，与其同期推出之“Celeron-M”是PentiumM处理器的低价版，采用与PentiumM一样的核心，采用0.13微米工艺制造，CeleronM的设计也会降低耗电量----这是无线网络笔记型计算机的重要考率因素，但还是会比PentiumM略逊一筹，而且CeleronM不会内含英特尔的“SpeedStep”技术。IntelSpeedStep技术第一代SpeedStep技术：简单的说，就是当使用“外接电源”或“电池”驱动时，自动对CPU的“工作电压”和“工作频率”进行切换。采用“SpeedStep”技术的CPU有两种不同的工作模式：使用AC电源时的最高性能模式(MaximumPerformanceMode)和使用电池时的电池优化模式(BatteryOptimizedMode)，笔记本根据电源情况自动切换工作模式。IntelSpeedStep技术第二代SpeedStep(EnhancedSpeedStep)技术：则可以根据CPU的“负荷”情况在两种性能模式之间实时进行“电压”和“频率”的动态切换，也就是说可以在电池驱动时根据CPU负荷情况自动切换到最低工作频率和电压，也可以在接外接电源时根据CPU负荷情况自动切换到最高工作频率和电压。IntelSpeedStep技术第三代SpeedStep(ImprovedEnhancedSpeedStep)技术：尽管仍只有两种基本工作模式，但同时还具有多种中间模式，支持多种频率速度与电压设置(由CPU的电压调整机制来控制)，根据CPU当时负荷的强度自动切换工作模式。SpeedStep技术硬件实现现在的CPU有工作电压，频率的自动调节功能以满足“性能/电池续航”的最佳平衡；那么其如何调节呢？如下图所示，它说明了CPU在各个状态间的切换：SpeedStep技术硬件实现CPU具有相当的智能，它会对当前的“负荷量”做一个检测，如果要求的处理量不大的话就自动进入“AutoHalt，StopGrant”等状态，如果发现负荷量还是偏小的话，南桥会发出一些“SLP或DEEPSLP”信号（分别代表睡眠，深睡眠）来通知CPU进入“睡眠、深睡眠”状态。而在“DEEPSLP”情况下，如果CPU的运算量还是偏小，那么CPU就会发出“VID”通知“CPUCoreVoltageRegulator”（CPU电压产生器）降低当前的工作电压，在收到CPU发出的VID后，电压产生器就会输出想对应的CPUCORE电压，在得到降低的电压后，CPU的频率会下降以达到低功耗的目的，而在这时候CPU进去的模式我们称为“DEEPERSLP”（即更深的睡眠）模式。SpeedStep技术硬件实现至于“VID”和“CPU”的关系，下面的图能有比较直观的认识：SpeedStep技术硬件实现CPU发出“VID”到“CPUCoreVoltageRegulator”，后者解码VID后，改变CPU的核心电压。“SpeedStep技术”能让CPU在“最高性能模式”和“电池优化模式”之间随意地切换或按用户的命令进行切换，而性能切换时，SpeedStep技术可将处理器的功率降低40%，同时仍保持80%的最高性能。下图为部分IntelCPU工作电压调节表。主板EMI/EMC初步认识所谓EMI,其具体的含义是：“ElectroMagneticInterference”，电磁干扰，EMC即为：“ElectroMagneticCompatibility”，电磁兼容性）；例如：“FSB(前端总线)”对其他信号的干扰非常严重（即EMI现象很严重），而且其本身也比较容易受到干扰（即EMC能力很弱），很明显，如果“FSB”被干扰并出现误判，机器是必死无疑的；在考虑了“EMI/EMC”的影响后，在实际的布线中，通常将这部分线路放在内层（一般笔记本电脑主板都有6~8层），以防止高速信号对其他信号造成的串扰。所以一般情况下，我们在主板上是看不到“FSB”线路的。内存之DDR单/双通道技术DDRSDRAM的接法有“双通道”和“单通道”之分。相对于传统的单通道而言，双通道DDR技术是一种新的内存控制技术，它和双通道“RDRAM技术”非常相类似，是在现有的DDR内存技术上，通过扩展内存子系统“位宽”使得内存子系统的带宽在“频率不变”的情况提高了一倍：即通过“两个64bit”内存控制器来获得“128bit”内存总线所达到的带宽。内存之DDR单/双通道技术

双通道体系包含了两个独立的、具备互补性的智能“内存控制器”，两个内存控制器都能够在彼此间零等待时间的情况下同时运作。当“控制器B”准备进行下一次存取内存的时候，“控制器A”就在“读/写主内存”，反之亦然，这样的内存控制模式可以让等待时间在理论上缩减50%。内存之DDR单/双通道技术下图是“单通道DDR”内存的示意图，左边的信号来自北桥。如果是双通道的话要加上另一组DDR与北桥的接口。双通道对于单通道来说能显著加快内存数据和CPU的交换速度，但是出于PCB布线的考虑，双通道明显增加了线的数目，增大了布线的难度，并由此产生的成本问题对企业来说更为敏感。小知识：什么是TDP?TDP的全称是ThermalDesignPower，可以理解为最高设计热消耗的概念。PentiumMCPU设计理念最大的不同，就在于它的最大限度满足笔记本电脑的便携性、移动性的基础上的新型的TDP技术，前面也有所描述。我们可以通过下图了解一下笔记本电脑系统的热消耗示意图：图中的曲线代表的整个系统的实际能量消耗值，可以看到TDP的值就是一个最高的额定功率消耗值，而系统平均功率消（AveragePower）耗是低于TDP和活动状态（ActivePower）功率消耗的。此外，我们还注意到，在系统风扇处于工作区域时（FanOn），整个系统的能量消耗是会是处于上升阶段的。小知识：什么是TDP?下面，为了更好的体现PentiumMCPU在TDP设计方面的优势，我们可以通过下表对较早期版本CPU，如：PentiumIII-M和PentiumIV-M作一个比较。最大的优点是体现在PentiumMCPU性能虽然较PentiumIV-M有较大的提高，但是TDP值却由下降到24.5W，较后者的35W低了很多。至于其他部件的TDP对比，总体来说，相差不是很大。41.952.235.8总计功率(W)2.22.22南桥芯片3.233.8北桥芯片12128内存模组24.53522CPUPentiumM+Intel855GM(W)PentiumIV-M+Intel852GM(W)PentiumIII-M+Intel830M(W)CPU型号系统部件小知识：什么是TDP?

此外，既然提到TDP，我们还可以再来看一下采用IntelSpeedStep技术（SST）前后，同一CPU功率消耗的情况，可以通过下面的表格体现出来。超低电压版CPU1.00GHz1.004V/7W/100°C600MHz/0.844V/4W/小于1W900MHz1.004V/7W/100°C600MHz/0.844V/4W/小于1W600MHz/0.956V/6W/小于1W

额定电压/TDP/TJ温度频率/电压/TDP/平均功耗（SST）普通版CPU1.70GHz1.484V/24.5W/100°C600MHz/0.956V/6W/小于1W1.60GHz1.484V/24.5W/100°C600MHz/0.956V/6W/小于1W1.50GHz1.484V/24.5W/100°C600MHz/0.956V/6W/小于1W1.40GHz1.484V/22W/100°C低电压版CPU1.20GHz1.180V/12W/100°C600MHz/0.956V/6W/小于1W1.10GHz1.180V/12W/100°C600MHz/0.844V/4W/小于1W1.30GHz1.388V/22W/100°C600MHz/0.956V/6W/小于1W额定频率小知识：什么是TDP?ACPI电源的基本认识下面我们了解一下ACPI的概念，它的英文全称为AdvancedconfigurationandPowerInterface，即先进配置和电源接口的意思。下一章节在介绍系统电源的时候，将会提到系统的睡眠、休眠状态这样的概念。从电源的角度来看，其实也就是进入不同的电源模式而已。大家可以分为五个层次来了解ACPI这样的结构：■全局系统状态（GlobalSystemState），分为G[5:0]－G0全局工作状态，即正常的系统运行状态；－G1全局睡眠状态，即系统进入睡眠等省电模式状态；－G2/S5软关机，即系统处于软件关机状态；－G3硬关机，即系统所有电源移除状态。其他，四小类，可以安装相同的理解思路来看待即可。本节的重点，是建议大家建立这样的一个电源管理于状态的概念。■设备电源状态（DevicePowerState），分为D[3:0]■系统睡眠状态（SleepingState），分为S[5:0]，隶属于G1■CPU电源状态（ProcessorPowerState），分为C[N:0]，隶属于G0■设备和CPU状态（Device&ProcessorState），分为P[N:0]ACPI电源的基本认识

除此之外，我们还可以通过上状态框图对ACPI这样的一项电源技术有个直观的认识。同IntelSpeedStep电源管理技术一样，不同的相同状态通常也是认为可以相互转换的，就拿CPU的ACPI状态举例，它可以从C3状态进入到C4状态。同样，也可以从C4状态恢复到C3电源状态。限于篇幅，有兴趣的读者朋友，可以访问网址：，寻求更多关于ACPI电源技术的信息。ACPI电源的基本认识ACPI电源的基本认识特色功能介绍：CPU散热？本节我们来了解一下CPU的散热（Thermal）规格。散热技术应该是当今笔记本电脑最复杂的技术之一。随着PC技术的发展，笔记本电脑的尺寸会变得越来越轻薄、CPU及整个系统的运行速度越来越快，其所产生的热量相对来说也就越大了。如果在这样狭小的空间解决好整个系统尤其是CPU的散热问题已是当务之急了，同时好要考虑的系统风扇的噪音和电池的续航时间等因素。所有这些都需要硬件商来寻求一个很好的平衡。SignalNamePin/BallNumberSignalDescriptionThermdaB18ThermaldiodeanodeThermdcA18Thermaldiodecathode

下面我们来具体分析一下CPU是如何让外接侦测其温度信息的？CPU可以通过两种方式来侦测其内部温度。其一，如上表所示，CPU的内核包含一颗热敏二极管，这个二级管的阴极和阳极分别通过CPU的B18和A18的引脚引出，热敏二级管的阻抗特性会随着CPU温度的变化而变化，温度变化的信息通常传递给主板上CPU附近的温控芯片，如下图所示：特色功能介绍：CPU散热？CPU发出的Thermda，Thermdc一组差分