1、笔记本硬件结构终极教程中第 1 页：北桥：显示单元是区分 855GM/GME 和 855PM 的好办法 所所开篇：大家好，今天是周末了。相信大家在看本周一关于笔记本硬件结构终极教程上篇后，已经都兴奋的不行了。所以这次在周末期间提前推出本文的中篇。让大家可以将热情继续下去，而下篇也会在下周的时候发出。到时候三篇连着读起来，一定爽的不行啊。闲话就不多说了，大家开始上课吧，安静哦 各位好，很高兴又与大家见面了。在上次发表了本文的上篇后一直忙于工作，昨天晚上终于抽空写完了这次的中篇。这次的内容有大家比较关心的 PCI Express 总线和传统的PCI 总线的区别，以及 SATA/PATA 技术的一些
2、分析。 而对于 IBM 的 FANS 来说，或许通过本文，您甚至可以自己升级 BMDC 模块（这很令人兴奋哦！）另外 USB 也会再谈论一下，对 DIYER 有点帮助，也许使用 IBM Thinkpad 600E 的朋友可以扩展您第二个 USB 口。好吧，闲话少说，我们正式开始！ AGP 是加速图形接口的简称。对于我们常说的集成显卡的 855GM/GME 来说，在设计的时候是涉及不到 AGP 接口的，因为其北桥能直接支持 VGA 输出，LVDS 输出（到 TFT Panel） ，以及 S-VIDEO 输出。设计者只需要把这些信号延伸到主板的各个接口即可。 855GM 的系统架构如图是采用 85
3、5GM 芯片的系统图，我们看到在显示部分，已经直接由北桥来负责输出。下图是某笔记本的整体写真，我们看到除了 CPU，北桥，南桥外，没有显示卡芯片。 集成显卡的主板而对于独立显卡的设计（855PM 芯片） ，则会相对麻烦一些。因为设计者需要通过855PM 的 AGP 通道连接显卡，并通过显卡输出需要的数据，如 VGA，LVDS 等等。 855PM 的系统架构我们看到，在采用 855PM 的芯片组时，北桥只负责输出 AGP 到显卡，然后由显卡负责输出各种显示信号（VGA，LVDS. ） 如图是台式机的 AGP 显卡，在笔记本中不过是把这张卡也集成到主板上了而已（当然是选用移动版的 GPU 啦！）下
4、图是含有独立显卡的 IBM T42 和三星 X30，分别采用 ATI 7500 和 NVIDIA 5200 的 GPU。 而一些台湾公司的北桥，如 VIA 和 SIS 的北桥不直接支持 Panel，它们需要一个Transmitter 来转换才能输出 VGA、LVDS 等信号，比如最新的 PN800（PT800 的移动版本）和 K8N800（K8T800 的移动版本） ，如果有需要更多信息的话可跟笔者联系，在这里就不做介绍了。 最新的 MXM 技术也已经初具雏形，笔者当前有幸接触到 MXM 的设计，核心是比较新的 NV43。至于什么是 MXM，笔者简单说一下：MXM 是相对当前的笔记本电脑无法更
5、换显示卡而提出的一个规范，其通过一个特定的接口能实现显示卡和主机分离，使得用户可方便的升级笔记本电脑的显示卡，如同台式机能方便更换 AGP 显示卡一样。其接口的详细规范，就不再多说， 第 2 页：北桥：HUB-LINK 你了解多少？ HUB-LINK，这是 Intel 的规范，其作用是提供南北桥的高速数据连接。其运作频率是66MHZ，速度为 266MB/s。Hub-Link 有 12 根的数据线，以及 2 根差分的时钟线，以及数根的控制线。 以往的南北桥连接都是直接套用 PCI 总线，速度慢不说，还有一堆的信号线要你排。 在这种情况下，INTEL 提出了 Hub-Link 以改变这种情况。而
6、HUB-LINK 对布线的简化确实有相当的帮助，当然对提升速度也有很多的好处（相对应的也有 VIA 提出的 V-LINK，ALI 提出的 A-LINK 等） 。对于最新的 915 平台，这部分称为 DMI（Direct Media Interface）连接，以最大 2GB/s 的数据传速率远远超过 266MB/s 的 Hub Link。 下图是 Hub-Link 的连接示意图。 Hub-Link 的布线一般要求并不是太强，可参考以下的表格。 我们可以看到其最大允许的长度为 6 inch，宽度需要至少 4mils，间隔 8mils 等等 第 3 页：南桥：IDE 接口 说难不难说简单也不简单 南
7、桥是外围（I/O）设备的中转站，一般来说主要的接口有 HUB-LINK，IDE，PCI，AC97 ，USB，PM（Power Management，电源管理）等，对于最新的ICH6，更有 SATA，DMI 等。 HUB-LINK 的定义见上文。 IDE 是大家比较熟悉的接口，硬盘一般都通过 IDE 通道与南桥建立连接。在 ICH4 上，有两个 IDE 接口，所以我们一般硬盘用 IDE0，光驱用 IDE1。而在在最新的 915 平台上只有一个 IDE，另外还有 4 个 SATA。当然这是 Intel 在积极推行 SATA 的结果。IDE 通道有16 根015 数据线，还有一些相关的控制信号。如图
8、是硬盘和南桥通过 IDE 来连接 HDD的示意图： 下图是实际的 IDE 接口，共有 44PIN，当然，有些也是空 PIN，有些则是接地： 跟台式机不一样的是，笔记本中光区的接口和硬盘不一样，这也可能是一个行业标准吧。笔记本光区的接口如下图，共有 50PIN，比硬盘的 PIN 数多是因为 CD-ROM 上需要引出音频信号以及一些控制信号： 虽然光区和硬盘的接口并不一样，但其本质上其实是相同的，都属于 IDE 范畴。 第 4 页：南桥：PATA，SATA 之争 在只有一个 IDE 接口的时候，副硬盘只能通过主 IDE 设备来实现中断（IRQ） ，比如现在有些厂商需要在 915 平台上使用 IDE
9、 的硬盘，以降低成本。如此一来，势必要使硬盘和光区使用一个 IDE 通道，如果从光盘拷贝大量数据到硬盘的话，速度会有明显的下降。 而有些时候，RD 为了提高性能，甚至需要用转换芯片将 SATA 转成 PATA（没听说过吧？呵呵，用 Marvell 88SA8040 这颗 IC 就行了。 下图是 ICH6M 的硬盘部分的功能块，有四组 SATA 和一组的 PATA 接口。 SATA 和 PATA（IDE ）相对 PATA 来说，SATA 的设计就显得简单的多，只需 4 根/2 组差分信号和一个电源即可搞定。但由于其数据的高速性，设计者对布线，以及控制 EMI/EMC 来说却需要投入更多的精力。最
10、新的 ICH6 提供了 4 个通道的 SATA，看来 Intel 把 SATA 尽快的推到笔记本上信心实足。 下图是 SATA 和 PATA 的笔记本硬盘 接口比较。我们看到实际上 SATA 的 PIN 脚还是有很多，但其实很大一部分都是地线，用来保证信号质量用的，当然，也有一部分是空PIN 来做保留。 在这里笔者多说两句，其实早在 2002 年富士通就以桥接方式推出了串行笔记本硬盘。根据国外硬件网站 TomHardware 的测试报告，这款 4200 转的 SATA 硬盘，数据传输速率和存储时间都与 PATA（IDE）产品差不多。也就是说，单纯更换接口，对速度的提升尚未显示出太大的帮助，笔记
11、本硬盘的瓶颈并不是在接口上。它主要的好处是使用方便、接口简单而且支持热插拔。 现在，日立和富士通都跟随 Sonoma 的步伐发布了新一代的 SATA 硬盘，有测试报告称速度达到了 30MB/s。然而在其昂贵的价格面前，SATA 笔记本硬盘的优势还很微弱，甚至没有。但我们必须得承认，笔记本全面进入串行时代，是无法扭转的历史进程。SATA硬盘的普及，也会是必然。 第 5 页：南桥：从 PCI 到 PCI-EXPRESS PCI 是外设的最主要通道，几乎所有的外围设备都能通过 PCI 来实现其功能。对笔记本通常而言，主要挂有 CARDBUS、MINI PCI、网卡，或者电视卡。而对于这些设备的物理连
12、接，我们也将在下篇中具体谈到。 由于 PCI 只是跑在 33MHZ 上，所以它的布线比较宽松，并不需要严格的控制。 而对于最新的 ICH6 已经开始支持 PCI-Express，相对 PCI 原来的近 60pin，PCI-Express 的引脚只有区区四根。这对于硬件的设计来说是个绝对的好消息，PIN 脚越少，越不容易出错啊！更重要的是，PCI EXPRESS 并不需要像 PCI 那样指定 PCI 设备的中断和中断响应，对于 BIOS 和硬件工程师来说就少了需要共同协商的部分，加快了开发的进程。 笔记本上我们看不到 PCI-E，我们来看看台式机吧，反正通道的原理是一样的。 由上到下分别是：PC
13、I-Express 16X，PCI-E *2，PCI 总线*3。可以看到 PCI-E 比传统的 PCI 总线的 PIN 数要少太多了。下图是 PCI 和 PCI-E 的对照表，大家可以看到两者的区别： PCI 和 PCI-ExpressICH6 提供了 4 组 PCI-Express 接口，理论上至少可接 4 个 PCI-Express 设备（我是没碰到过，实在是因为用不了那么多，呵呵） 。 第 6 页：AC97 Modem BMDC 您又了解多少？ AC“97 是 Audio Codec“97 的缩写，它所定义的是一种在主流 PC 中实现音频特性的方法，后来又扩展了实现 Modem 的功能。
14、AC“97 利用核心芯片组的功能和外围的模拟设备共同实现音频卡/Modem 的功能。下图 AC97 接口是示意图： 我们看到南桥输出 7 个信号，从上到下分别是复位、输出、同步、时钟，以及三个输出信号。按图中的意思，AC97 接口至少可以接 3 个设备，共用复位、输出、同步、时钟四个信号，但输入信号各自独用。一般情况下，我们常接入的是 D/A 转换（SDATA_IN0，数字信号转成模拟的音频信号）和 Modem（SDATA_IN1）两个设备，保留了第三个设备接入的能力。 下图是笔记本上 AC97 的接口，如今已经是通用的接口了。 笔记本上的 Modem(AC97)接口AC97 单元在主板的设计
15、上并不困难。但由于音频是模拟信号，而且由我们的耳朵直接聆听，所以如果走线不合理的话，就有可能引发干扰声。另外，如果处理不好干扰的话，也会影响 Modem 的拨号速度。所以一般在做 PCB 布线的时候，会在音频解码器的范围内禁止走高速的信号，比如网卡，USB 等等。并且需要严格把 AC97 的解码器的数字和模拟部分分开，最后，在解码器的下方的一般都会加上一大块的铜作为模拟地以将干扰减小到最低。 至于如 IBM 的高档机型上用的 Modem/BlueTooth 的 Combo 卡（炒的比较热的 BMDC卡） ，其实是利用在 AC97 的接插件上空余的 pin，接上了 USB 的线路（2 根而已）
16、，然后通过 USB 总线来连接 BLUETOOTH，这根我们常用的 USB 蓝牙其实是一样的，可见其成本并不高。笔者参与设计的几个项目都是用 AC“97 来扩展蓝牙的。 IBM 的 Modem/蓝牙 Combo 卡下图是 AC97 接口的 PIN 脚功能图，我们看到左边部分的 PIN 是连接到南桥的 AC97接口，而右边则是蓝牙的功能块。除此之外还有很多空余的 PIN 脚，BMDC 正是通过这些空余的 PIN 实现 Modem、蓝牙二合一的。 BMDC 接口的线路图如果要利用 MINI-PCI 的空余 PIN 来做的话也是可行的，这样的话也就是Wireless/Bluetooth Combo
17、卡了，而且理论上来说，做成 Wireless/Bluetooth Combo 更方便，不仅是因为 MINI-PCI 的空 PIN 更多，而且其空间也越大。不过由于迅驰技术的限制，如果不使用 Intel 的无线网卡，就不能打上迅驰的标签。而 Intel 的无线网卡是不大可能集成蓝牙功能的，所以现在 Wireless/Bluetooth Combo 卡并不多见。 MINI PCI 的无线网卡。看看，是不是空间更大？：）随着 ICH6M 的推出，最新的 Azalia（Intel 称之为 High Definition Audio）相信大家也听说过。以其多声道，高保真的效果正在逐步替代传统的 AC97
18、。最新的音频解码器（AZALIA）目前量产的就我知道的也就两家，一家是 Retelk 的 ALC880，另一家是 C-Media 的 CMI9880。下面是两者的图片： Azalia 音效芯片最大的特色在于能够进行自动设备检测和接口定义功能，可以自行判断哪个端口有何种设备插入；还能为接口定义属性，利用这个功能，我们可以重新分配音频插孔的定义，之后就可以播放不同的音频、视频文件，听不同的歌曲了！呵呵 第 7 页：南桥：USB 口 没想像中那么简单 USB ，Universal Serial Bus（通用串行总线） 。我们知道，我们现在用的 USB 口上有 4个引脚。其中中间两根是从南桥引过来的信
19、号线。另外两个边上的则是一个正 5V，一个接地。下面是 USB 口的接口具体定义： 其中供电的时候一般由一颗 IC 来控制电流的大小，当超过预定的电流时候（USB1.0为 500MA，2.0 则是 720MA） ，改 IC 会给出一个 OC#（OVER CURRENT，过流）信号给南桥，南桥切断 USB 口的信号，从而保护南桥内部的寄存器和整机的安全。INTEL 推荐使用专门的 IC 来切断电压，这样能更好的保证机器的稳定性。图中的 5V Switch 就是供电IC： USB 的保护电路具体的电路，参考权威揭密 从成本分析看低价笔记本猫腻第六页。 仔细看一下 USB 口，其中间两根信号线比较短
20、，而电源线则比较长。这样的设计是使UBS 口在插入的时候先接通电源，后接通信号。个人以为这样的设计是为能保护南桥内部的寄存器不会受到冲击电流的影响。 由于 USB 的高速性，特别是 USB2.0 的发布，更加剧了这部分布线的难度。对 EMI 工程师来说，为了通过 EMC 验证，必定是线越短越好。而对硬件和机构工程师来说，有时候这点并不能满足所以冲突是难免的。 下图是为解决 USB 的 EMI/EMC 问题设计的电路，也是 INTEL 的建议线路。其中USB+/-是直接从南桥引出来的，通过一个共模电感输出到 USB 口，提高整机线路的EMI/EMC 性能。 USB 的 EMI 保护所以说我们常看
21、到一些网络上的高手直接从南桥引出 USB 信号线来实现 USB 扩展其实是比较不规范的哦，至少 EMI/EMC 肯定过不了，呵呵。当然，能直接从南桥引出 USB的信号线对于业余者来说已经是非常不简单了，而且对于个人用户来说，EMI/EMC 的需求就并非那么强烈了，所以这样做是完全可行的。 上图是某些发烧友为 IBM THINKPAD 600X 加装第二个 USB 口的图，图中他们已经标出了南桥引出的 USB 信号线。 第 8 页：小结及下期预告 限于篇幅， 从硬件研发的角度看笔记本中篇在这里就结束了。在这里，我们谈到了现今笔记本的基本架构以及在设计时候的方方面面，对一些简单问题的深入了解等等。
22、我相信各位读者仍然意犹未尽，而在下篇中，我们会讨论一些更深层次的技术问题，主要包括如下几个方面： 1，系统总线，SMBUS/I2C 总线。正是它实现了对内存的 SPD 数据的读取。 2，BIOS 的物理载体EC 。 3，PCI 设备，包括网卡，MINI-PCI，PCMCIA 的物理连接。 4，时钟信号以及理论上的笔记本超频实现方法。 5，CPU 的核心电压控制，频率控制等。 6，CPU 的热保护系统，具体分析其各个状态下的工作情况。 7，电源部分的冲放电分析，这部分会比较简单。 8，超详细的整机逻辑开机/待机/ 关机过程，我相信这部分内容你到任何一个网站都不可能看到哦。 相信各位读者对这些也会比较有兴趣，如果有需要知道其他方面的，可以在下面的评论中写出来，如果我也懂的话会加到下篇中去，如果我也不懂，那就没办法了。最后，下篇的推出时间会是在下周一，敬请期待！
