筆記本硬件結(jié)構(gòu)終極教程1.docVIP

筆記本硬件結(jié)構(gòu)終極教程中第1頁：北橋：顯示單元是區(qū)分855GM/GME和855PM的好辦法 所所開篇：大家好，今天是周末了。相信大家在看本周一關(guān)于筆記本硬件結(jié)構(gòu)終極教程上篇后，已經(jīng)都興奮的不行了。所以這次在周末期間提前推出本文的中篇。讓大家可以將熱情繼續(xù)下去，而下篇也會(huì)在下周的時(shí)候發(fā)出。到時(shí)候三篇連著讀起來，一定爽的不行啊。閑話就不多說了，大家開始上課吧，安靜哦 各位好，很高興又與大家見面了。在上次發(fā)表了本文的上篇后一直忙于工作，昨天晚上終于抽空寫完了這次的中篇。這次的內(nèi)容有大家比較關(guān)心的PCI Express總線和傳統(tǒng)的PCI總線的區(qū)別，以及SATA/PATA技術(shù)的一些分析。 而對(duì)于IBM 的FANS來說，或許通過本文，您甚至可以自己升級(jí)BMDC模塊（這很令人興奮哦?。┝硗釻SB也會(huì)再談?wù)撘幌拢瑢?duì)DIYER有點(diǎn)幫助，也許使用IBM Thinkpad 600E的朋友可以擴(kuò)展您第二個(gè)USB口。好吧，閑話少說，我們正式開始！ AGP是加速圖形接口的簡(jiǎn)稱。對(duì)于我們常說的集成顯卡的855GM/GME來說，在設(shè)計(jì)的時(shí)候是涉及不到AGP接口的，因?yàn)槠浔睒蚰苤苯又С諺GA輸出，LVDS輸出（到TFT Panel），以及S-VIDEO輸出。設(shè)計(jì)者只需要把這些信號(hào)延伸到主板的各個(gè)接口即可。 855GM的系統(tǒng)架構(gòu)如圖是采用855GM芯片的系統(tǒng)圖，我們看到在顯示部分，已經(jīng)直接由北橋來負(fù)責(zé)輸出。下圖是某筆記本的整體寫真，我們看到除了CPU，北橋，南橋外，沒有顯示卡芯片。 集成顯卡的主板而對(duì)于獨(dú)立顯卡的設(shè)計(jì)（855PM芯片），則會(huì)相對(duì)麻煩一些。因?yàn)樵O(shè)計(jì)者需要通過855PM的AGP通道連接顯卡，并通過顯卡輸出需要的數(shù)據(jù)，如VGA，LVDS等等。 855PM的系統(tǒng)架構(gòu)我們看到，在采用855PM的芯片組時(shí)，北橋只負(fù)責(zé)輸出AGP到顯卡，然后由顯卡負(fù)責(zé)輸出各種顯示信號(hào)（VGA，LVDS.） 如圖是臺(tái)式機(jī)的AGP顯卡，在筆記本中不過是把這張卡也集成到主板上了而已（當(dāng)然是選用移動(dòng)版的GPU啦！）下圖是含有獨(dú)立顯卡的IBM T42和三星X30，分別采用ATI 7500和NVIDIA 5200的GPU。 而一些臺(tái)灣公司的北橋，如VIA和SIS的北橋不直接支持Panel，它們需要一個(gè)Transmitter來轉(zhuǎn)換才能輸出VGA、LVDS等信號(hào)，比如最新的PN800（PT800的移動(dòng)版本）和K8N800（K8T800的移動(dòng)版本），如果有需要更多信息的話可跟筆者聯(lián)系，在這里就不做介紹了。 最新的MXM技術(shù)也已經(jīng)初具雛形，筆者當(dāng)前有幸接觸到MXM的設(shè)計(jì)，核心是比較新的NV43。至于什么是MXM，筆者簡(jiǎn)單說一下：MXM是相對(duì)當(dāng)前的筆記本電腦無法更換顯示卡而提出的一個(gè)規(guī)范，其通過一個(gè)特定的接口能實(shí)現(xiàn)顯示卡和主機(jī)分離，使得用戶可方便的升級(jí)筆記本電腦的顯示卡，如同臺(tái)式機(jī)能方便更換AGP顯示卡一樣。其接口的詳細(xì)規(guī)范，就不再多說， 第2頁：北橋：HUB-LINK 你了解多少？ HUB-LINK，這是Intel的規(guī)范，其作用是提供南北橋的高速數(shù)據(jù)連接。其運(yùn)作頻率是66MHZ，速度為266MB/s。Hub-Link有12根的數(shù)據(jù)線，以及2根差分的時(shí)鐘線，以及數(shù)根的控制線。 以往的南北橋連接都是直接套用PCI總線，速度慢不說，還有一堆的信號(hào)線要你排。 在這種情況下，INTEL提出了Hub-Link以改變這種情況。而HUB-LINK對(duì)布線的簡(jiǎn)化確實(shí)有相當(dāng)?shù)膸椭?，?dāng)然對(duì)提升速度也有很多的好處（相對(duì)應(yīng)的也有VIA提出的V-LINK，ALI提出的A-LINK等）。對(duì)于最新的915平臺(tái)，這部分稱為DMI（Direct Media Interface）連接，以最大2GB/s的數(shù)據(jù)傳速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過266MB/s的Hub Link。 下圖是Hub-Link的連接示意圖。 Hub-Link的布線一般要求并不是太強(qiáng)，可參考以下的表格。 我們可以看到其最大允許的長(zhǎng)度為6 inch，寬度需要至少4mils，間隔8mils等等 第3頁：南橋：IDE接口 說難不難說簡(jiǎn)單也不簡(jiǎn)單 南橋是外圍（I/O）設(shè)備的中轉(zhuǎn)站，一般來說主要的接口有HUB-LINK，IDE，PCI，AC97，USB，PM（Power Management，電源管理）等，對(duì)于最新的ICH6，更有SATA，DMI等。 HUB-LINK的定義見上文。 IDE是大家比較熟悉的接口，硬盤一般都通過IDE通道與南橋建立連接。在ICH4上，有兩個(gè)IDE接口，所以我們一般硬盤用IDE0，光驅(qū)用IDE1。而在在最新的915平臺(tái)上只有一個(gè)IDE，另外還有4個(gè)SATA。當(dāng)然這是Intel在積極推行SATA的結(jié)果。IDE通道有16根0.15 數(shù)據(jù)線，還有一些相關(guān)的控制信號(hào)。如圖是硬盤和南橋通過IDE來連接HDD的示意圖： 下圖是實(shí)際的IDE接口，共有44PIN，當(dāng)然，有些也是空PIN，有些則是接地： 跟臺(tái)式機(jī)不一樣的是，筆記本中光區(qū)的接口和硬盤不一樣，這也可能是一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)吧。筆記本光區(qū)的接口如下圖，共有50PIN，比硬盤的PIN數(shù)多是因?yàn)镃D-ROM上需要引出音頻信號(hào)以及一些控制信號(hào)： 雖然光區(qū)和硬盤的接口并不一樣，但其本質(zhì)上其實(shí)是相同的，都屬于IDE范疇。第4頁：南橋：PATA，SATA之爭(zhēng) 在只有一個(gè)IDE接口的時(shí)候，副硬盤只能通過主IDE設(shè)備來實(shí)現(xiàn)中斷（IRQ），比如現(xiàn)在有些廠商需要在915平臺(tái)上使用IDE的硬盤，以降低成本。如此一來，勢(shì)必要使硬盤和光區(qū)使用一個(gè)IDE通道，如果從光盤拷貝大量數(shù)據(jù)到硬盤的話，速度會(huì)有明顯的下降。 而有些時(shí)候，RD為了提高性能，甚至需要用轉(zhuǎn)換芯片將SATA轉(zhuǎn)成PATA（沒聽說過吧？呵呵，用Marvell 88SA8040這顆IC就行了。 下圖是ICH6M的硬盤部分的功能塊，有四組SATA和一組的PATA接口。 SATA和PATA（IDE）相對(duì)PATA來說，SATA的設(shè)計(jì)就顯得簡(jiǎn)單的多，只需4根/2組差分信號(hào)和一個(gè)電源即可搞定。但由于其數(shù)據(jù)的高速性，設(shè)計(jì)者對(duì)布線，以及控制EMI/EMC來說卻需要投入更多的精力。最新的ICH6提供了4個(gè)通道的SATA，看來Intel把SATA盡快的推到筆記本上信心實(shí)足。 下圖是SATA和PATA的筆記本硬盤 接口比較。我們看到實(shí)際上SATA的PIN腳還是有很多，但其實(shí)很大一部分都是地線，用來保證信號(hào)質(zhì)量用的，當(dāng)然，也有一部分是空PIN來做保留。 在這里筆者多說兩句，其實(shí)早在2002年富士通就以橋接方式推出了串行筆記本硬盤。根據(jù)國外硬件網(wǎng)站TomHardware的測(cè)試報(bào)告，這款4200轉(zhuǎn)的SATA硬盤，數(shù)據(jù)傳輸速率和存儲(chǔ)時(shí)間都與PATA（IDE）產(chǎn)品差不多。也就是說，單純更換接口，對(duì)速度的提升尚未顯示出太大的幫助，筆記本硬盤的瓶頸并不是在接口上。它主要的好處是使用方便、接口簡(jiǎn)單而且支持熱插拔。 現(xiàn)在，日立和富士通都跟隨Sonoma的步伐發(fā)布了新一代的SATA硬盤，有測(cè)試報(bào)告稱速度達(dá)到了30MB/s。然而在其昂貴的價(jià)格面前，SATA筆記本硬盤的優(yōu)勢(shì)還很微弱，甚至沒有。但我們必須得承認(rèn)，筆記本全面進(jìn)入串行時(shí)代，是無法扭轉(zhuǎn)的歷史進(jìn)程。SATA硬盤的普及，也會(huì)是必然。 第5頁：南橋：從PCI到PCI-EXPRESS PCI是外設(shè)的最主要通道，幾乎所有的外圍設(shè)備都能通過PCI來實(shí)現(xiàn)其功能。對(duì)筆記本通常而言，主要掛有CARDBUS、MINI PCI、網(wǎng)卡，或者電視卡。而對(duì)于這些設(shè)備的物理連接，我們也將在下篇中具體談到。 由于PCI只是跑在33MHZ上，所以它的布線比較寬松，并不需要嚴(yán)格的控制。 而對(duì)于最新的ICH6已經(jīng)開始支持PCI-Express，相對(duì)PCI原來的近60pin，PCI-Express的引腳只有區(qū)區(qū)四根。這對(duì)于硬件的設(shè)計(jì)來說是個(gè)絕對(duì)的好消息，PIN腳越少，越不容易出錯(cuò)?。「匾氖牵琍CI EXPRESS并不需要像PCI那樣指定PCI設(shè)備的中斷和中斷響應(yīng)，對(duì)于BIOS和硬件工程師來說就少了需要共同協(xié)商的部分，加快了開發(fā)的進(jìn)程。 筆記本上我們看不到PCI-E，我們來看看臺(tái)式機(jī)吧，反正通道的原理是一樣的。 由上到下分別是：PCI-Express 16X，PCI-E *2，PCI總線*3?？梢钥吹絇CI-E比傳統(tǒng)的PCI總線的PIN數(shù)要少太多了。下圖是PCI和PCI-E的對(duì)照表，大家可以看到兩者的區(qū)別： PCI和PCI-ExpressICH6提供了4組PCI-Express接口，理論上至少可接4個(gè)PCI-Express設(shè)備（我是沒碰到過，實(shí)在是因?yàn)橛貌涣四敲炊?，呵呵）?第6頁：AC97 Modem BMDC 您又了解多少？ AC97是Audio Codec97的縮寫，它所定義的是一種在主流PC中實(shí)現(xiàn)音頻特性的方法，后來又?jǐn)U展了實(shí)現(xiàn)Modem的功能。AC97利用核心芯片組的功能和外圍的模擬設(shè)備共同實(shí)現(xiàn)音頻卡/Modem的功能。下圖AC97接口是示意圖： 我們看到南橋輸出7個(gè)信號(hào)，從上到下分別是復(fù)位、輸出、同步、時(shí)鐘，以及三個(gè)輸出信號(hào)。按圖中的意思，AC97接口至少可以接3個(gè)設(shè)備，共用復(fù)位、輸出、同步、時(shí)鐘四個(gè)信號(hào)，但輸入信號(hào)各自獨(dú)用。一般情況下，我們常接入的是D/A轉(zhuǎn)換（SDATA_IN0，數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)成模擬的音頻信號(hào)）和Modem（SDATA_IN1）兩個(gè)設(shè)備，保留了第三個(gè)設(shè)備接入的能力。 下圖是筆記本上AC97的接口，如今已經(jīng)是通用的接口了。 筆記本上的Modem(AC97)接口AC97單元在主板的設(shè)計(jì)上并不困難。但由于音頻是模擬信號(hào)，而且由我們的耳朵直接聆聽，所以如果走線不合理的話，就有可能引發(fā)干擾聲。另外，如果處理不好干擾的話，也會(huì)影響Modem的撥號(hào)速度。所以一般在做PCB布線的時(shí)候，會(huì)在音頻解碼器的范圍內(nèi)禁止走高速的信號(hào)，比如網(wǎng)卡，USB等等。并且需要嚴(yán)格把AC97的解碼器的數(shù)字和模擬部分分開，最后，在解碼器的下方的一般都會(huì)加上一大塊的銅作為模擬地以將干擾減小到最低。 至于如IBM的高檔機(jī)型上用的Modem/BlueTooth的Combo卡（炒的比較熱的BMDC卡），其實(shí)是利用在AC97的接插件上空余的pin，接上了USB的線路（2根而已），然后通過USB總線來連接BLUETOOTH，這根我們常用的USB藍(lán)牙其實(shí)是一樣的，可見其成本并不高。筆者參與設(shè)計(jì)的幾個(gè)項(xiàng)目都是用AC97來擴(kuò)展藍(lán)牙的。 IBM的Modem/藍(lán)牙Combo卡下圖是AC97接口的PIN腳功能圖，我們看到左邊部分的PIN是連接到南橋的AC97接口，而右邊則是藍(lán)牙的功能塊。除此之外還有很多空余的PIN腳，BMDC正是通過這些空余的PIN實(shí)現(xiàn)Modem、藍(lán)牙二合一的。 BMDC接口的線路圖如果要利用MINI-PCI的空余PIN來做的話也是可行的，這樣的話也就是Wireless/Bluetooth Combo卡了，而且理論上來說，做成Wireless/Bluetooth Combo更方便，不僅是因?yàn)镸INI-PCI的空PIN更多，而且其空間也越大。不過由于迅馳技術(shù)的限制，如果不使用Intel的無線網(wǎng)卡，就不能打上迅馳的標(biāo)簽。而Intel的無線網(wǎng)卡是不大可能集成藍(lán)牙功能的，所以現(xiàn)在Wireless/Bluetooth Combo卡并不多見。 MINI PCI的無線網(wǎng)卡?？纯矗遣皇强臻g更大？：）隨著ICH6M的推出，最新的Azalia（Intel稱之為High Definition Audio）相信大家也聽說過。以其多聲道，高保真的效果正在逐步替代傳統(tǒng)的AC97。最新的音頻解碼器（AZALIA）目前量產(chǎn)的就我知道的也就兩家，一家是Retelk的ALC880，另一家是C-Media的CMI9880。下面是兩者的圖片： Azalia音效芯片最大的特色在于能夠進(jìn)行自動(dòng)設(shè)備檢測(cè)和接口定義功能，可以自行判斷哪個(gè)端口有何種設(shè)備插入；還能為接口定義屬性，利用這個(gè)功能，我們可以重新分配音頻插孔的定義，之后就可以播放不同的音頻、視頻文件，聽不同的歌曲了！呵呵 第7頁：南橋：USB口 沒想像中那么簡(jiǎn)單 USB，Universal Serial Bus（通用串行總線）。我們知道，我們現(xiàn)在用的USB口上有4個(gè)引腳。其中中間兩根是從南橋引過來的信號(hào)線。另外兩個(gè)邊上的則是一個(gè)正5V，一個(gè)接地。下面是USB口的接口具體定義： 其中供電的時(shí)候一般由一顆IC來控制電流的大小，當(dāng)超過預(yù)定的電流時(shí)候（USB1.0為500MA，2.0則是720MA），改IC會(huì)給出一個(gè)OC#（OVER CURRENT，過流）信號(hào)給南橋，南橋切斷USB口的信號(hào)，從而保護(hù)南橋內(nèi)部的寄存器和整機(jī)的安全。INTEL推薦使用專門的IC來切斷電壓，這樣能更好的保證機(jī)器的穩(wěn)定性。圖中的5V Switch就是供電IC： USB的保護(hù)電路具體的電路，參考權(quán)威揭密 從成本分析看低價(jià)筆記本貓膩第六頁。 仔細(xì)看一下USB口，其中間兩根信號(hào)線比較短，而電源線則比較長(zhǎng)。這樣的設(shè)計(jì)是使UBS口在插入的時(shí)候先接通電源，后接通信號(hào)。個(gè)人以為這樣的設(shè)計(jì)是為能保護(hù)南橋內(nèi)部的寄存器不會(huì)受到?jīng)_擊電流的影響。 由于USB的高速性，特別是USB2.0的發(fā)布，更加劇了這部分布線的難度。對(duì)EMI工程師來說，為了通過EMC驗(yàn)證，必定是線越短越好。而對(duì)硬件和機(jī)構(gòu)工程師來說，有時(shí)候這點(diǎn)并不能滿足所以沖突是難免的。 下圖是為解決USB的EMI/EMC問題設(shè)計(jì)的電路，也是INTEL的建議線路。其中USB+/-是直接從南橋引出來的，通過一個(gè)共模電感輸出到USB口，提高整機(jī)線路的EMI/EMC性能。 USB的EMI保護(hù)所以說我們常看到一些網(wǎng)絡(luò)上的高手直接從南橋引出USB信號(hào)線來實(shí)現(xiàn)USB擴(kuò)展其實(shí)是比較不規(guī)