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2010年12月09日  

2010-12-09 23:24:57|  分类: 设计感灵 |  标签: |举报 |字号 订阅

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笔记本电脑工作原理

2010年12月09日 - Liberdade - Liberdade的博客
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一台IBM ThinkPad笔记本电脑
一台IBM ThinkPad笔记本电脑
在某种程度上,笔记本电脑的快速流行有些让人出乎意料。与台式机相比,它们是完全便携的,而且消耗的电能和产生的噪音都比较少。但是,它们的速度通常稍慢一点,而且对图形和声音的处理能力也比台式机稍逊一筹,尽管大多数用户可能难以察觉到这些过小的差异。

此外,笔记本电脑的价格也比台式机昂贵。但是,它们之间的价格差距正在缩小——笔记本电脑价格的下降速度比台式机更快,而其实际销售量在2005年5月首次超过了台式机[参考]。

如何才能将台式机机箱中的所有设备塞到那么小的盒子中呢?笔记本电脑如何单凭电池就能够有效运行?在本文中,您将了解到有关笔记本电脑的各种问题的答案。

总的来说,笔记本电脑和台式机非常相似。它们具有相同的基本硬件、软件和操作系统,其主要的差别在于电脑部件的装配方式。

台式机包括主板显卡硬盘驱动器和其他部件,它们都安装在一个大机箱中。显示器键盘和其他外围设备则通过无线方式或电缆进行连接。无论是立式机箱还是卧式机箱,它都有大量的空间来安装插卡和电缆,并让空气能够流通。

PC机箱的内部构造
PC机箱的内部构造

但是,即使与最小巧的PC机箱相比,笔记本电脑的体积也要小很多,重量也轻很多,它的屏幕和键盘都集成在设备之中。与空间充裕、空气流通顺畅的大机箱相比,笔记本电脑使用小巧的扁平化设计,所有部件在安装时都紧贴在一起。

IBM ThinkPad的内部构造
IBM ThinkPad的内部构造

由于存在这种根本性的设计差异以及笔记本电脑固有的便携性,笔记本电脑的各个部件必须:

  • 可安装到狭窄空间内
  • 省电
  • 比台式机的部件产生的热量更少
通常,这些差异使得笔记本电脑的零部件更加昂贵,并因此抬高了笔记本电脑的价格。

在以下部分中,我们将了解笔记本电脑是如何处理这些差异的。

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处理器

微处理器(或者说 CPU)与操作系统配合工作,控制计算机的运行。它就像是计算机的大脑。CPU会产生大量热量,所以台式机通过空气流通、风扇和散热器(由底板、通道和散热翅片组成的系统,用于带走处理器产生的热量)来冷却各个部件的温度。由于笔记本电脑内部的空间很小,无法使用上述这些冷却方法,因此它的CPU通常:

  • 具有更低的运行电压和时钟频率——这样可减少产生的热量,同时降低电力消耗,但是也会降低处理器的速度。此外,在插上外接电源时,大多数笔记本电脑会以较高的电压和时钟频率运行,在使用电池时则使用较低的电压和频率。

  • 不通过引脚的方式安装到主板上——台式机中的引脚和插座占据了大量的空间。在某些笔记本电脑主板中,处理器直接安装在主板上,没有使用插座。其他主板则使用Micro-FCBGA(翻转芯片球形网阵),也就是使用球来代替引脚。这样的设计可节省空间,但是在某些情况下也意味着不能将处理器从主板上拆下进行更换或升级。

  • 具有睡眠或慢速运行模式——如果计算机处于空闲状态或者处理器不需要快速运行,计算机和操作系统会相互配合来降低CPU的速度。Apple G4处理器还会确定数据的优先级来最大限度节省电池电量。

IBM ThinkPad的处理器
IBM ThinkPad的处理器

有些笔记本电脑使用台式机的CPU,但是会将它们设置为以较低的时钟频率运行。虽然这样可以提高性能,但是这些笔记本电脑通常会产生更多的热量和显著缩短电池的使用时间。

笔记本电脑的散热器和风扇
笔记本电脑的散热器和风扇

笔记本电脑通常有小型的风扇、散热器、导热片或导热管,帮助CPU排走热量。一些更为高端的笔记本电脑型号甚至通过在沿着导热管布置的通道中加注冷却液来减少热量。此外,大多数笔记本电脑的CPU都靠近机壳的边缘。这样,风扇可以将热量直接吹到外部,而不是吹到其他部件上。

内存和存储装置

笔记本电脑的内存可以在一定程度上弥补因处理器速度较慢而导致的性能下降。一些笔记本电脑将缓存内存放置在CPU上或非常靠近CPU的地方,以便CPU能够更快地存取数据。有些笔记本电脑还有更大的总线,以便在处理器、主板和内存之间更快传输数据。

SODIMM模块
SODIMM模块

笔记本电脑通常使用较小的内存模块以节省空间。笔记本电脑中使用的内存类型包括:

  • 紧凑外形双列直插内存模块(SODIMM)
  • 双倍数据传输率同步动态随机存取内存(DDR SDRAM)
  • 单数据传输率同步随机存取内存(SDRAM)
  • 专有技术的内存模块
一些笔记本电脑的内存能够升级,并且能通过可拆卸面板来轻松拆装内存模块。

与台式机类似,笔记本电脑的内部有硬盘驱动器,用于存储操作系统、应用程序和数据文件。但是,笔记本电脑的硬盘存储空间通常比台式机小。而且笔记本电脑的硬盘驱动器在尺寸上也小于台式机的硬盘驱动器。此外,大多数笔记本电脑硬盘驱动器的转速低于台式机硬盘驱动器的转速,从而减少热量和降低消耗。

台式机具有多个驱动器舱,可安装更多的驱动器,例如CDDVD ROM驱动器。但是,笔记本电脑中的空间要小得多。所以大多数笔记本电脑都使用一种模块化设计,将各种驱动器都安装在同一个驱动器舱中。这些驱动器可分为三种不同类型:

  • 热插拔——可以在计算机正在运行时更换驱动器。
  • 可带电插拔——可在计算机正在运行时更换驱动器,但是对应的总线(驱动器用来向CPU发送数据的通道)必须处于非活动状态。
  • 冷插拔——必须关闭计算机,然后才能更换驱动器。
在有些情况下,这些驱动器舱不仅能够安装驱动器,而且可以安装额外的电池。

下面,让我们看看笔记本电脑的视频处理和显示能力。


图形处理单元(GPU)是负责处理3D图形渲染计算工作的微处理器。与CPU相同,GPU会产生大量热量。大多数笔记本电脑都在主板中内置了图形功能,或者使用带有专门为笔记本设计的GPU的较小型显卡。GPU生产商ATInVidia都推出了专门为笔记本电脑设计的GPU。笔记本电脑通常在CPU和GPU间共享内存,这不仅可以节省空间,而且可以降低电量消耗。

笔记本电脑的GPU
笔记本电脑的GPU

许多人没有注意到笔记本电脑的图形性能较低。在上网冲浪或运行办公程序时,笔记本电脑的处理能力绰绰有余。但是,如果要运行最新的3D游戏,它们便有些力不从心。有一些专门为游戏发烧友设计的专用笔记本电脑,它们配备了更加强大的GPU和更多的显存。

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笔记本电脑在液晶显示器(LCD)屏幕上显示图形。大部分屏幕的尺寸在12英寸到17英寸之间,屏幕大小会影响笔记本电脑的整体大小。此外,笔记本电脑的屏幕可能是:

  • 黑白(16级灰度)或彩色(65,536色)
  • 主动或被动矩阵
  • 反射式或背光
主动矩阵显示器显示的图像更加鲜明,而且较易于阅读,而背光屏幕在低光照环境中的表现则更好。

东芝LCD面板的后视图
这是东芝LCD面板的后视图,图中显示了用于提供照明的荧光管和在整个表面上均匀散布光线的屏幕。

大部分的笔记本电脑还带有声卡或者在主板上集成了声音处理芯片,并且配备小型内置音箱。但是,笔记本电脑的狭小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火线端口连接到笔记本电脑)来弥补笔记本电脑在声音品质上的不足。

外部音频控制器



笔记本电脑和台式机都需要电流才能工作。它们都配备了小型电池来维持实时时钟(在有些情况下还有CMOS RAM)的运行。但是,与台式机不同,笔记本电脑的便携性很好,单单依靠电池就可以工作。

镍镉(NiCad)电池是笔记本电脑中常见的第一种电池类型,较早的笔记本电脑可能仍在使用它们。它们充满电后的持续使用时间大约在两小时左右,然后就需要再次充电。但是,由于存在记忆效应,电池的持续使用时间会随着充电次数的增加而逐渐降低。电池板中会产生气泡,从而减少了可再次进行充电的电池空间总量。解决这个问题的唯一方法是:在对电池再次充电之前,对电池进行彻底放电。镍镉电池的另一个缺陷在于,如果电池充电时间过长,它可能会爆炸。

镍氢(NiMH)电池是介于镍镉电池和后来的锂离子电池之间的过渡产品。它们充满电后的持续使用时间更长,但是整体寿命则更短。它们也存在记忆效应,但是受影响的程度比镍镉电池轻。

锂电池是当前笔记本电脑的标准电池。它们不但重量轻,而且使用寿命长。锂电池不存在记忆效应,可以随时充电,并且在过度充电的情况下也不会过热。此外,它们比笔记本电脑上使用的其他电池都薄,因此是超薄型笔记本的理想选择。锂离子电池的充电次数在950-1200次之间。

笔记本的电池
笔记本的电池

许多配备了锂离子电池的笔记本电脑宣称有5小时的电池续航时间,但是这个时间与电脑使用方式有密切关系。硬盘驱动器、其他磁盘驱动器和 LCD 显示器都会消耗大量电池电量。甚至通过无线连接浏览互联网也会消耗一些电池电量。许多笔记本电脑型号安装了电源管理软件,以延长电池使用时间或者在电量较低时节省电能。

购买技巧
笔记本电脑的型号配置种类繁多,功能和可选部件也变化多样。在购买笔记本电脑时应考虑以下几点内容:
  • 处理器速度和内存——这两个因素会极大影响笔记本电脑的性能。
  • 屏幕尺寸——屏幕越大,笔记本电脑就越适合玩游戏和看电影。
  • 重量——笔记本电脑的功能越强劲,它们的体积和重量通常就会越大。
  • 可升级性——能否通过添加内存或更快的硬盘来改善性能。
  • 安全性——由于笔记本的体积小、重量轻,因此很容易成为小偷的目标,所以许多型号提供了用于电缆锁或运动传感器的端口。

白牌笔记本

许多人为自己或客户组装定制PC。这种家庭制造的计算机称作白牌机,它们在计算机市场中占据了很大一块份额。此外,有些人会对计算机进行改造,美化它的外观或提高其性能。这被称作改装。但是能不能组装或改装笔记本电脑呢?

家庭制造的或改装的笔记本电脑称为白牌笔记本。现在,白牌笔记本大约占据笔记本市场的5%份额,而且这个数字还在缓慢增长。笔记本电脑行业防止最终用户与笔记本电脑亲密接触的工作非常出色。它们将笔记本电脑制造得难以打开和改造,而且也不易购买到相关的零部件。此外,在大部分情况下,打开笔记本电脑机壳会使质保失效。

很难找到所有需要的零部件来组装出一台笔记本电脑,但是类似华硕和ECS这样的厂商允许一些用户订购笔记本电脑空壳。此外,他们还允许经销商组装白牌笔记本并销售给客户,人们可以对现有部件进行改造和升级。像TechStyle这样的公司已经开展了此类业务。

笔记本外壳包括:

白牌笔记本组装指南
有关组装白牌笔记本的完整指南,请参阅2004年5月的CPU Magazine。

也就是说,如果希望组装一台白牌笔记本,还必须找到:

目前,对笔记本零部件的外形尺寸(形状和设计)还没有真正的标准。有专门为笔记本电脑设计的处理器在市场上出售,但是找到能够使用这些芯片的主板却很难。硬盘驱动器则很标准,而SODIMM系统内存也易于购买,但是要找到其他零件可能会颇费周折。

下面,让我们看看笔记本电脑的发展历史。


在20世纪70年代,施乐公司Palo Alto研究中心的Alan Kay设想制造一种体积与笔记本差不多大小的无线便携计算机。他将这种设备称作Dynabook。Kay的Dynabook永远都停留在草图和纸板模型中,但是它开创了制造真正便携计算机的先河。

1979年,Grid Systems Corporation的William Moggridge开发出第一台可工作的便携计算机:Grid Compass Computer 1109。它配备340 KB磁泡内存、模压镁合金外壳以及一块可折叠的场致发光图形显示屏。NASA以800美元一台的价格购买了少量这种设备,并将它们用于太空计划。

一台IBM ThinkPad笔记本电脑
一台IBM ThinkPad笔记本电脑

其他一些公司,例如Gavilan Computer和Apple,也在随后几年中推出了其他便携式计算机。但是,第一种商业化便携计算机是于1986年问世的IBM PC Convertible。PC Convertible具备:

  • 一颗8088微处理器
  • 256 KB内存
  • 两个3.5英寸 (8.9 cm) 软盘驱动器
  • 一个LCD显示器
  • 并行和串行打印机端口
  • 用于容纳内部调制解调器的空间
  • 软件则包括基本的字处理、约会日程、电话/地址簿和计算机软件。

其重量高达5.4公斤,售价为3,500美元。它是第一台使用沿用至今的蛤壳式设计的便携计算机。PC Convertible的成功促使竞争对手(如Compaq和东芝)在其便携计算机产品中也采用了蛤壳式设计。由此开始了笔记本电脑的新纪元。

有关笔记本电脑及相关主题的更多信息,请查看下一页

博闻网相关文章

更多精彩链接

Web 资料来源

  • The Pros and Cons of Laptops
    http://www.breadtv.com.au/resources/technology/prosAndConsOf
    Laptops.asp
  • PC World:How to Buy a Notebook PC
    http://www.pcworld.com/howto/bguide/0,guid,13,page,1,00.asp
  • Geek.com:Laptop Buyers' Guide
    http://www.geek.com/htbc/glanlap.htm
  • Tom's Hardware Guide:A Dell Novelty
    http://www.tomshardware.com/mobile/20021101/index.html
  • ATI, nVidia to Rev Up Laptop Graphics
    http://news.com.com/ATI%2C+Nvidia+to+rev+up+laptop+graphics/
    2100-1006_3-992407.html?tag=st.rc.targ_mb
  • Tom's Hardware Guide:The Return of the King
    http://www.tomshardware.com/mobile/20050224/index.html
  • ExtremeTech:Mobile Graphics Shootout
    http://www.extremetech.com/article2/0,3973,1414287,00.asp
  • Game PC:Mobile CPU Showdown
    http://www.gamepc.com/labs/view_content.asp?id=gmsoandpage=
    1andcookie%5Ftest=1
  • PC Mech:Mobile CPU Overview
    http://www.pcmech.com/show/processors/819/
  • Vivian Dynabook vision
    http://www.users.qwest.net/~rvossler/vision.html
  • The Dynabook revisited
    http://www.honco.net/os/kay.html
  • Intel Centrino Mobile Technology Brief
    http://intel.com/products/mobiletechnology/docs/performance
    _brief.pdf?iid=ipp_centrino+perfbriefand
  • The History of Computing during my lifetime
    http://www.pattosoft.com.au/jason/Articles/HistoryOfComputers
    /1980s.html
  • IBM User Systems Ergonomics Report
    http://www.almaden.ibm.com/cs/user/tp/tp.html
  • United States Patent 5,854,625:Force Sensor Touchpad
    http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO2andSect2
    =HITOFFandp=1andu=/netahtml/search-bool.html
    andr=11andf=Gandl=50andco1=ANDandd=ptxtands1=touchpadands2=
    'force+sensor'andOS=touchpad+AND+"force
    +sensor"andRS=touchpad+AND+"force+sensor"

其他资料来源

  • Computer Power User Magazine: May 2004 - Vol. 4, Issue 5


 

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