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笔记本硬件结构终极教程(含上、中、下,pdf格式)
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2009-09-19
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笔记本硬件结构终极教程,这个是我从网页上拷贝粘贴转成的pdf
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笔记本硬件结构终极教程(上)
从 2004 年跨入 2005 年,笔记本的价格可谓一落千丈,笔记本电脑也不再是身份地位的象征,
它更是一个工具,帮助我们从纷繁的事务中解
脱出来。
自己升级 CPU?太 easy 了~都不好意思说出来
也正因为笔记本价格的滑落,我们身边多了很多笔记本的高手。他们对其硬件技术兴趣近乎
痴迷,他们升级所有能升级的硬件,从 MMC2 接
口的 PII 升级到 PIII 已经不再是新闻,而自己扩展 USB 口也不是什么新鲜事,至于为无网卡的
机器打造内建网卡,为无蓝牙的机器打造内建的蓝牙也一直在论坛上看到,还有为 IBM ThinkPad
600X 制作内建的 MINI-PCI 无线网卡,用的天线居然是原来 Modem 的线……
笔者不否认这些强人的动手能力和他们的创意,甚至他们对硬件的了解程度超越了在开发第
一线的 RD 工程师。但尽管如此,我相信他们对
笔记本的整体架构,内部总线的了解还有欠缺。
比如,我们都知道如何 CPU 会自动降频以减低自身功耗,但你是否知道他们具体物理动作?
又如,我们常说的 BIOS,我相信高手对 BIOS 的设定几乎可以闭着眼睛来,但你是否能回答
这 BIOS 究竟是谁在运行?毕竟,软件是要靠硬件
来运行的吧?!
再如,或许某些 DIYER 对台式机的开机过程了如指掌,听报警声就知道机器挂在哪里,但你
是否清楚笔记本电脑的开机过程?是否也能仅仅
凭报警声就能明白?
还有,大家都晓得 CPU 过热会引起保护性关机。那你是否知道这个过热保护系统是如何工作
的呢?那 AC97 呢?笔记本中的 MODEM 都独立出来
了,他们到底是怎么工作的?如果你是 IBM 的 Fans,你肯定知道 BMDC 吧?那 BMDC 到底是如何实
现的呢?
拆拆装装,简直就是家常便饭
实际上,随着对很多简单问题的深入,我们会发现其实这些问题并不简单。虽然对于业余的
DIYER,他们不知道这些已经无关紧要,他们仍
然已经是很“高手”的了。但我相信,一个真正的 DIYER 对技术的渴望会超乎想像,又有什么能
够阻止他们向更高的技术领域进军呢?
或许,也有读者说,我只要用好我的电脑就好,他怎么运作关我什么事?!那么在此我将很
遗憾的对你说,您真的并不适合看本文。
偶尔还会拿个台式机 P4 CPU 代替迅驰 CPU 搞怪一下,当然是开不了机的
撰写本文,其实是希望那些 DIYER 能对笔记本电脑有一个系统的了解。在本文中,您会看到
我对以上的问题做详尽的解释,相信在你读完
本文之后,对笔记本的整个体系有了完整的概念。而对于真正的那么些 DIY 高手来说,或许有些
知识您已了然于胸,但对于一些你知其然,而不知其所以然的问题,或许你能在读完本文后能找
到答案。
另外作为比较,本文也会以最新的 Sonoma 平台和 Centrino 平台做一些比较。
从架构开始学习 让我们认识更多
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 IBM
PC/AT 的老架构(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,都是兼容 IBM PC/AT 架构的。
那么我们先来说说笔记本电脑的主要框架。
一台很方便拆卸的华硕 M5N 作为客串嘉宾
系统的主要构成主要分为如下几个部分:North Bridge(北桥),South Bridge(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,
Wireless Card(无线网卡),Card Bus(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。
Intel Centrino 架构
为了方便讨论并具有一定的代表性,我们取当前比较流行的 Centrino 架构来说明。上图便
是标准的 Centrino 平台,按照这个平台搭建的笔记本,可以打上 Intel Centrino 漂亮的蝴蝶标
志。而如果在 Pentium+ 855GM/PM/GME+ ICH4+ Intel PRO Wireless 的搭配中有一项不符合,就
不能用 Centrino 的标志,就不能使用 INTEL 的免费广告咯,呵呵~~这也是 Intel 聪明的经商策
略:)
笔记本硬件结构各部分功能简介
首先非常简单的介绍一下系统各个功能块的作用。
北桥的功能主要是连接 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
HUB-LINK 与南桥通信。北桥常被成为 MCH 或者 GMCH
,也就是 Memory Control Hub 或者 Graphic Memory Control Hub 的意思。
用三星 X30 作为案例,点击上面图片可以获得更多解释
南桥的功能主要是连接一些外围设备,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/O Control Hub 的意思。
至于 INTEL 为什么用 Hub-Link 这个词,我想是因为南北桥都是两个 HUB(Memory Control Hub
和 I/O Control Hub)的原因吧。
EC(Embed Controller,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。如果看不懂本页,请参考这张图,我相信很容易
就明白了。文中的我们提到了各种接口,比如 FSB,AGP,LPC I/F 等等,这些接口我们会在下面
具体的谈。
正确认知 CPU 前端总线 信号抗干扰是头等大事
从这里开始是本文的重点,将详细介绍各部分的连接和规范。
系统中最高速、最复杂的连接莫过于 CPU 和北桥的连接,我们称之为 FSB(Front Side Bus,
前端总线)或者 HOSTBUS。
Dothan CPU
FSB 有 64 位的数据线和 32 位的地址线。正是通过 FSB,CPU 和北桥才能完成通信。
虽然实际上 CPU 与北桥的连接都是点到点的,但由于其高速性,在实际的布线中还是需要非
常非常小心。而 EMI/EMC 工程师在这方面也将是
不遗余力的帮助硬件工程师解决问题(解决不好就不能通过有关方面的认证,也就是不能卖啦!)。
那么什么是 EMI/EMC 呢?具体的含义是 EMI(Electro Magnetic Interference,电磁干扰),
EMC(Electro Magnetic Compatibility,电
磁兼容性)。
所以我们可以这样认为:FSB 对其他信号的干扰非常严重(EMI 很严重),而且其本身也比
较容易受到干扰(EMC 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,6 层在 Centrino 平台勉强可以
,到了 Sonoma 平台就几乎不可能了),以防止高速信号对其他信号造成的串绕。所以一般情况
下,我们在主板上是看不到 FSB 的。
下面的图片是 INTEL 的设计指南里的建议,我们看一下。
FSB 总线
图中,DATA 是 FSB 的 64 位数据线,ADDRESS 则是 32 位的地址线。左上脚的 L3 代表的是第
三层 PCB。由于在同一层中不可能把数据线和地址线全
部走完,所以其实第三层仅仅走了一部分的 FSB,余下的在第六层中。
FSB 总线
同样,L6 代表的是第六层的 PCB。
头疼的布线 让你深入芯片内部!
由于 FSB 是绝对的高速信号,所以在布线的时候,我们需要考虑到信号线长度的一致性。
比如,INTEL 要求每一根的 FSB 的长度需要一致,所以,在 PCB 步线的时候,就免不了要走
“Z”字型的线路来满足长度的一致性。在这里,
我想大家可能没想到一点,那就是关于芯片内部走线的长度的考虑(也就是说,为了满足长度的
一致性,我们必须要考虑到 CPU 内部的线路长度),然后加上外部走线(即在 PCB 上的走线)的
长度,才是整个一个信号线的长度哦!当然这个长度是由 INTEL 提供给各个 OEM/ODM 厂商的。
下图是 DDR 那边的走线示意图,其中 MCH Pkg Route 就代表着北桥芯片内部的走线长度。
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lanshixiong
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