Chapter 6: Laptops and Portable Devices

Chapter 6: Laptops and Portable Devices IT Essentials: PC Hardware and Software v4.0

Chapter 6 Objectives • 6.1 Опис ноутбуків і інших портативних пристроїв • 6.2 Ідентифікація та опис компонентів ноутбука • 6.3 Порівняння настільних і портативних відміну компонент • 6.4 Налаштування ноутбуків • 6.5 Порівняння різних стандартів мобільних телефонів • 6.6 Загальні превентивні методи підтримки, що використовуються для ноутбуків і портативних пристроїв • 6.7 Способи усунення несправностей ноутбуків і портативних пристроїв

Optional Virtual Laptop Activities

Introduction • Чи знаєте ви, коли були винайдені перші портативні ПК? • Хто, на вашу думку, використовував перші портативні ПК?

Introduction • Одним з перших портативних ПК був Grid Compass 1101. Він використовувався космонавтами під час польотів в космос на початку 80-х рр. • Він важив 5 кг і коштував від 8 000 до 10 000 тисяч доларів США! • Сьогодні портативні ПК важать набагато менше, а їх вартість складає орієнтування одну третину вартості Grid!

Класифікація ноутбуків • Приміром, компанія Acer ділить ноутбуки на категорії за їх призначенням наступним чином: * Рішення для малих офісів; * Домашні розваги; * Заміна настільним ПК; * Мобільність у роботі. • Компанія ASUS пропонує дещо іншу схему класифікації: * Цифровий будинок; * Бізнес; * Стиль; * Портативні; * Персональний центр розваг; * Супермобільні.

Класифікація ноутбуків • За розміром ноутбуки можна умовно розділити на три великі категорії:* Портативні;* Універсальні;* Заміна настільним ПК. • Класифікація ноутбуків за призначенням:* Бізнес-клас; * Корпоративні; * Бюджетні початкового рівня; * Домашні універсальні; * Домашні мультимедійні; * Ігрові.

Laptops and Portable Devices • Ноутбуки, портативні комп'ютери та планшетні комп'ютери(tablets)є різновидами портативних комп'ютерів. • В навчальному курсі всі портативні комп'ютери ми будемо називати портативними ПК "laptops". • Портативні ПК користуються великою популярністю через те, що розвиваються технології призвели до зниження вартості, ваги та покращенню функціональних можливостей . • У КПК є вбудовані ігри, функція веб-пошуку, електронна пошта, система обміну миттєвими повідомленнями та інші можливості, що надаються ПК. • Смартфони - це мобільні телефони, що володіють багатьма вбудованими функціями КПК. На КПК і смартфонах можуть виконуватися ті ж програми, що й на портативних ПК.

Laptops and Portable Devices • Tablet PC заслуговують виділення в окремий параграф тому, що мають ряд специфічних можливостей, які в деяких випадках просто незамінні. Ці можливості пов'язані з тим, що по-перше, планшетні ПК мають сенсорний екран, на якому можна малювати або писати за допомогою стилуса (власники КПК представляють наскільки це зручно), а по-друге, їх екран може не тільки відкриватися вгору, а й повертатися навколо вертикальної осі на 180 градусів, що дозволяє "покласти" його на ноутбук, робочою поверхнею вгору і використовувати, як звичайний аркуш паперу. Дуже зручно, якщо вам, наприклад, треба накидати яку-небудь схему або креслення. Крім того існують додатки, які більшу частину часу виводять щось на екран і не вимагають вашого втручання з клавіатури (перегляд DVD, Інтернет, GPS навігація і т.п.), в цьому випадку знову ж таки буде зручніше використовувати планшетний ПК.

Tablet PC

Common Uses of Laptops • Найбільш важливою особливістю портативного ПК є його компактний розмір. У маленький корпус портативного ПК вміщається клавіатура, екран і внутрішні компоненти. • Ще однією популярною функцією портативного ПК є його мобільність. Підзарядка акумулятора дозволяє портативному ПК працювати при відключенні від мережі живлення.

Common Uses of PDAs and Smartphones • Ідея КПК існує з 70-х рр. Найстаріші моделі представляли собою комп'ютеризовані персональні організатори, які мали сенсорний екран або клавіатуру. У сучасних моделях є і сенсорний екран, і клавіатура, а також використовується операційна система, аналогічна тим, що встановлюються на настільних комп'ютерах. • КПК - це електронний персональний організатор, що має інструменти, що допомагають систематизувати інформацію: * Адресна книга, * Калькулятор, * Будильник, * Доступ до Інтернет, * Електронна пошта, * Система глобального позиціонування.

Common Uses of PDAs and Smartphones • Смартфон - це мобільний телефон з функціями КПК. Смартфони об'єднують в собі функції комп'ютера та стільникового телефону. Технології КПК і смартфонів продовжують об'єднуватися. Смартфони можуть бути оснащені наступними додатковими пристроями і функціями: * Вбудована камера, * Доступ до документів, * Електронна пошта, * Скорочений запис, * Телебачення.

Компоненти портативного ПК Характеристики портативних ПК: • Вони маленькі і портативні. • У кришці корпусу є вбудований дисплей. • Вбудована клавіатура. • Вони працюють від мережі або акумулятора. • Вони підтримують диски і периферійні пристрої, які можна міняти в процесі роботи. • Більшість портативних ПК можуть використовувати док-станції і повторювачі портів для підключення периферійних пристроїв.

Компоненти портативного ПК • У портативних і настільних комп'ютерах використовуються порти однакових типів, тому периферійні пристрої можуть бути взаємозамінними. Ці порти призначені саме для підключення периферійних пристроїв, вони забезпечують підключення до мережі і доступ до аудіо- інформації.

Bluetooth status LED Standby LED Battery status LED Components Outside of a Laptop • Top view of virtual laptop

Parallel port AC power connector Battery bay Components Outside of a Laptop • Rear view of virtual laptop

Ventilation grill RJ-11 modem Network LEDs Microphone jack Ethernet port USB port PC card slot Headphone jack Security keyhole S-video port Components Outside of a Laptop • Left side view of virtual laptop

Latch Infrared port Speakers Ventilation grill Components Outside of a Laptop • Front view of virtual laptop

Optical drive VGA port Drive bay indicator Components Outside of a Laptop • Right side view of virtual laptop Optical drive indicator

Battery latches Docking connector RAM access panel Hard drive access panel Components Outside of a Laptop • Underside view of virtual laptop

Volume controls Power button Pointer controller Fingerprint reader Keyboard Touchpad Components Inside of a Laptop • Open laptop

Hard drive Battery Num lock Bluetooth Caps lock Wireless Standby Power on Components Inside of a Laptop • LEDs inside laptop

Power button Eject button Docking connector Components on a Docking Station • Док-станція – пристрій для розширення функціональності ноутбука. Головне призначення – збільшення наявних в ноутбуку портів і слотів розширення, інколи містить додатковий акумулятор, жорсткий диск, оптичний привід і ін. Найчастіше підключення здійснюється за допомогою порту-реплікатора.

Headphone connector USB port Line In connector PC card slot VGA port DVI port AC power connector Parallel port Keyboard port Ethernet port Exhaust fan RJ-11 port Serial port Mouse port External-diskette-drive connector Components on a Docking Station • Rear view of docking station

Key lock Components on a Docking Station • Right side view of docking station

Components on a Docking Station • Існує два типи базових станцій: док-станції і повторювачі портів. Док-станції і повторювачі портів використовуються для одних і тих самих цілей. Повторювачі портів, як правило, менше док-станцій і не мають динаміків або роз'ємів PCI.

Compare Laptop Components and Desktop Components • Материнські плати настільних комп'ютерів мають стандартні форм-фактори. • Материнські плати для портативних ПК різні у кожного виробника і є патентованими. • Материнські плати для портативних і настільних комп'ютерів розробляються по-різному. Компоненти, призначені дляпортативнихПК, зазвичай не можна використовувати в настільних комп'ютерах.

Compare Motherboards

Енергоефективність • Вибір процесора для ПК обмежувався розглядом двох складових - продуктивності процесора і його вартості, причому на продуктивність процесора однозначно вказувала його тактова частота. Крім абсолютної продуктивності процесори прийнято характеризувати енергоефективністю, тобто продуктивністю в розрахунку на Вт споживаної електроенергії. Раніше, коли споживана процесором потужність складала всього кілька десятків ват, на таку характеристику, як енергоефективність, просто не звертали увагу. Однак при досягненні споживаної процесором потужності межі в 100 Вт і навіть його перевищенні енергоефективність стала однією з найважливіших характеристик процесора. • І справа навіть не тільки у тому, що чим вище споживана процесором потужність, тим більше доводиться платити за електроенергію, а в тому, що процесори з високим енергоспоживанням важко охолоджувати. Доводиться використовувати масивні й гучні кулери, що виключає можливість створювати малошумні ПК. Природно, оптимальним рішенням буде продуктивний процесор з низьким енергоспоживанням, що, власне, й відбито в понятті енергоефективності. • Зрозуміло, що енергоефективність процесора, як і його продуктивність, не має чисельного вираження і в цьому сенсі не є технічною характеристикою процесора. У той же час енергоефективністьзалежить від таких характеристик, як мікроархітектура процесора, технологічний процес виробництва, тактова частота, споживана потужність і підтримка процесором функції енергозбереження.

Енергоефективність • Розглянемо формулу, запропоновану Intel, більш детально. Продуктивність (Performance) визначається як добуток тактової частоти процесора (Frequency) на величину IPC (Instructions Per Clock), що визначає кількість інструкцій, виконуваних CPU за один такт: Performance = Frequency⋅ IPC. • Виходить, що збільшити швидкодію можна двома способами: піднімаючи частоту і / або збільшуючи кількість інструкцій, що виконуються за один такт.

Енергоефективність • Що ж стосується енергоспоживання, то воно обчислюється як добуток тактової частоти процесора на квадрат напруги U, при якому функціонує процесорне ядро, і величину Cdynamic (динамічна ємність), яка визначається мікроархітектурою ЦП і залежить від кількості транзисторів та їх активності під час роботи процесора:Power = Frequency ⋅ U2 ⋅ Cdynamic. • З цих двох формул випливає наступне співвідношення, що визначає енергоефективність процесора:Performance/ Power = IPC/( U2 ⋅ Cdynamic). • З неї випливає, що для отримання найкращого показника виробникам необхідно працювати над оптимізацією мікроархітектури з метою поліпшення функціональності виконавчих блоків, при цьому не допускаючинадмірногозбільшення динамічної ємності.

Compare CPUs Процесори для портативних ПК розроблені таким чином, щоб споживати менше енергії і виробляти менше тепла в порівнянні з процесорами настільних комп'ютерів.

Управління електроживленням настільних і портативних комп'ютерів • Існує два способи управління електроживленням: - Автоматичне управління живленням (АРМ - Advanced Power Management) - Вдосконалений інтерфейс управління конфігурацією і енергоспоживанням (ACPI - Advanced Configuration and Power Interface )

Управління електроживленням настільних і портативних комп'ютерів • Початок історії розвитку систем управління живленням на ПК можна датувати 1989 роком, коли корпорація Intel випустила процесор i386SL, в якому вперше була реалізована можливість відключення процесора у випадку його тривалого бездіяльності. Майже відразу ж з'явилися і інші пристрої, що підтримують технології SL, які зайняли свою нішу на ринку ноутбуків, перетворивши їх на дійсно мобільні пристрої. Однак, SL працював лише на рівні BIOS, без всякої взаємодії з операційною системою, що призводило до певних проблем і незручностей, головним з яких було неможливість для ОС визначити, які пристрої відключені, що призводило до серйозних неприємностей, аж до повного зависання системи при спробах ОС звернутися до відключення пристрою.

Технологія SL • Включає в себе кілька процесорних функцій, що працюють на апаратному рівні незалежно від встановленої операційної системи або програмного забезпечення: • Режим управління системою (System Management Mode - SMM). Виділене спеціальне переривання і адресний простір пам'яті використовується для управління живленням без підтримки з боку операційної системи та іншого програмного забезпечення. • Система перезапуску введення-виведення (I/O Restare). Інструкції введення-виведення, зупинені перериванням SMI (SystemManagementInterrupt ), можуть автоматично перезапускатися після виконання інструкції Resume (RSM). • Зупинка годин (Stop Clock). Цей механізм управління забезпечує швидку ініціалізацію статусу Stop Grant і повільну ініціалізацію статусу Stop Clock, коли центральний процесор працює на частоті 0 МГц. • Відключення живлення AutoHALT. Після виконання інструкції HALT процесор переходить на звичайний цикл і шини HALT передача тактових сигналів до ядра процесора автоматично блокується. • Відключення живлення Auto Idle . Ця функція дозволяє процесору скорочувати частоту ядра до рівня частоти шини, якщо шина і ядро ие перевантажені.

Найважливішим елементом технології SL є режим керування системою (SMM - System Management Mode ), який дозволяє управляти живленням апаратних компонентів без використання інших системних ресурсів. Для програмного забезпечення SMM виділяється адресний простір - SMRAM (ОЗУ системи управління - System Management RAM), яке "невидиме" для операційної системи та іншого програмного забезпечення. Центральний процесор переходить в режим SMM в момент отримання переривання SMI (SystemManagementInterrupt ), що має найбільший пріоритет і не підтримує маскування. Як тільки генерується переривання SMI (наприклад, при доступі до пристроїв, живлення яких вимкнено), процесор реагує, зберігаючи свої поточні параметри в SMRAM. Потім процесор переходить в режим SMM і виконує відповідний код SMM (який також зберігається в SMRAM). По завершенні роботи в режимі SMM (наприклад, після включення живлення пристрою, до якого здійснювався доступ) Процесор SMI виконує інструкцію Resume (RSM), яка відновлює попередні параметри процесора з SMRAM.

Перезапуск введення-виведення (I / O Restart) є однією з функцій технології SL, використовуваної в режимі керування системою. Наприклад, якщо додаток виконує інструкцію введення-виведення зі зверненням до жорсткого диска з відключеним живленням, генерується переривання SM1, починається подача живлення диску та інструкція введення-виведення автоматично перезапускається. Цей процес проходить непомітно для додатків і операційної системи, без втручання в їхню роботу.

Крім того, на базі технології SL надаються додаткові механізми управління тактовою частотою, включаючи інструкції Stop Clock , AutoHALT та Auto Idle. Інструкція Stop Clock дозволяє керувати тактовою частотою центрального процесора. При її використанні робоча частота процесора може бути зменшена до 0 МГц, завдяки чому процесор буде споживати всього декілька міліампер електричної енергії. Цей режим також називається сплячим (режим Sleep Mode в англомовній Windows). Для подальшого зниження енергоспоживання можна повністю відключити зовнішній генератор частоти для зниження енергоспоживання до двох мікроампер. • Інструкція AutoHALT є розширенням традиційної інструкції HALT і пов'язана з Stop Clock інструкцією. При виконанні інструкції HALT (яка призводить до зупинки виконання процесором інших інструкцій), процесор автоматично виконує інструкцію Stop Clock і переходить до режиму сну. • Інструкція Auto Idle дозволяє скорочувати номінальну частоту процесора (частота шини з коефіцієнтом множення) до частоти внутрішньої шини процесора кожен раз, коли процесор простоює під час обміну даними з пам'яттю. Наприклад, якщо процесор виконує інструкцію введення-виведення й очікує відповіді від пристрою, частота процесора автоматично скорочується до частоти шини, що дозволяє скоротити споживання енергії і не впливає на загальну продуктивність системи.

Управління електроживленням настільних і портативних комп'ютерів • Звичайно ж, така ситуація не могла зберігатися довго, тому вже в 1991 Intel спільно з Microsoft розробили стандарт APM (Advanced Power Management), який передбачав активну участь операційної системи в управлінні живленням. Тепер, коли функції управління живленням перестали обмежуватися тільки BIOS, стало можливим реалізувати більш складні алгоритми управління живленням. Наприклад, з появою APM стало можливим виключення живлення за запитом ОС, що призвело до появи ATX форм-фактора. Крім цього, став можливим і зворотний процес, включення живлення за запитом. Прикладом використання такої можливості може служити технологія Wake on LAN, розроблена Intel спільно з IBM, яка дозволяє включати ПК по мережі, просто пославши на мережеву карту так званий "magic packet". Звичайно, для цього мережева карта, материнська плата і BIOS повинні підтримувати цю технологію.

Управління електроживленням настільних і портативних комп'ютерів • Управління електроживленням - це автоматичне переведення комп'ютера на знижене енергоспоживання в періоди неактивності. • В даний час існує дві системи управління живленням: АРМ (Advanced Power Management), яка підтримується практично всіма системами, починаючи з систем на базі процесорів 386 і 486; • ACPI (Advanced Configuration and Power Interface), що використовується у всіх нових комп'ютерах починаючи з 1998 року . • Відмінність між цими системами наступна: в АРМ основна роль управління живленням відводиться апаратному забезпеченню, а в ACPI - програмному забезпеченню і BIOS, що спрощує настройку цієї системи і роботу з нею.

Автоматичне управління живленням (АРМ ) • Advanced Power Management-визначає незалежний від апаратної частини програмний інтерфейс між спеціалізованим для даної апаратної частини програмним забезпеченням і драйвером управління живленням операційної системи. Він робить непомітними особливості апаратної частини, дозволяючи програмам високого рівня використовувати APM без якої-небудь інформації про апаратний інтерфейс.

Автоматичне управління живленням (АРМ ) • Програмне забезпечення APM складається з трьох компонентів: 1 - APM BIOS Цей модуль специфічний для апаратної частини конкретної системної плати.2 - APM драйвер Цей залежний від операційної системи модуль взаємодіє з APM BIOS для оптимізації управління живленням.3 - Застосування, адаптовані для APM. APM драйвер обмінюється з такими застосуваннями інформацією про управління живленням. Драйвери пристроїв, адаптовані для APM, - це застосування, призначені для управління пристроями, що підключаються.

Автоматичне управління живленням • Незважаючи на вражаючі можливості, APM не позбавлений серйозних недоліків. APM здатний тільки вмикати / вимикати живлення окремих пристроїв або всієї системи в цілому, його здатність гнучко реагувати на зміну ситуації обмежена. Крім цього, при розробці цього стандарту не враховували темпів розвитку ПК і появи нових технологій на цьому ринку. Наприклад, APM не визнає існування багатопроцесорних систем, і, відповідно, реалізувати підтримку APM на SMP (Symmetrical Multi Processor) машинах дуже складно, якщо взагалі можливо.

Автоматичне управління живленням (АРМ ) У січні 1992, Інтел і Microsoft

Вдосконалений інтерфейс управління конфігурацією і енергоспоживанням • Створює міст між апаратним забезпеченням і ОС, а також дозволяє технічним фахівцям створювати схеми управління електроживленням для здобуття оптимальної продуктивності комп'ютера. • Стандарти Advanced Configuration and Power Interfaceзастосовні до більшості комп'ютерів, але вони особливо важливі при управлінні електроживленням в портативних ПК.

Вдосконалений інтерфейс управління конфігурацією і енергоспоживанням • ACPI інтерфейсу передається контроль над наступними функціями:System Power management - ACPI отримує контроль над такими функціями, як вимкнення системи або переведення її в sleep mode.Device Power Management - ACPI контролює споживання живлення всіх пристроїв встановлених в системі, він займається перекладом їх з одного режиму споживання живлення на інший, залежно від вимог ОС, додатків або користувача. Processor Power Management - при простоюванні системи, ACPI дозволяє переводити процесор у енергозберігаючий режим і виводити його з цього режиму в разі потреби.Plug and Play - ACPI бере на себе управління підключенням і конфігуруванням Plug and Play пристроїв. Крім цього, у разі відключення пристрою ACPI визначає, які з пристроїв залишилися в системі будуть задіяні цим, і переконфігурірует їх відповідним чином.System Events - ACPI надає глобальний механізм спостереження за системними подіями: зміна температурної політики, зміна статусу енергоспоживання, підключення або відключення різних пристроїв і т.д. Крім цього, ACPI дозволяє гнучко налаштовувати, як система повинна реагувати на ці події.

Вдосконалений інтерфейс управління конфігурацією і енергоспоживанням • ACPI інтерфейсу передається контроль над наступними функціями:Battery Management - ця функція перейшла до ACPI від APM систем, вона контролює заряд батарей, розраховує, скільки часу система зможе попрацювати на цьому заряді, попереджає користувача про необхідність перезарядити батареї. Крім цього, ACPI вимагає від батарей підтримки Smart Battery, що дозволяє ОС контролювати роботу батарей через CMBatt (Control Method Battery) інтерфейс. Thermal Management - окрім контролю живлення, ACPI надає можливість контролювати і управляти температурою різних компонентів системи. Для цього використовуються датчики температури і так звані теплові зони. Embedded Controller - ACPI надає стандартний інтерфейс для роботи з вставленим контролером. Цей контролер управляє такими пристроями, як, наприклад, миша і клавіатура. System Management Bus Controller - ACPI надає стандартний інтерфейс взаємодії програмного і апаратного забезпечення з SMBus. Що, у свою чергу, дозволяє виробникам надавати можливість ОС використовувати особливості їх продуктів повною мірою.

Вдосконалений інтерфейс управління конфігурацією і енергоспоживанням • Як вже згадувалося, ACPI надає можливість гнучко реагувати на зміни в стані системи. Але для того щоб реагувати на стан системи, необхідно цей стан знати. Тому специфікація ACPI охоплює, крім усього іншого, й пристрої, які дозволяють стежити за системою. • Для управління і моніторингу системи використовуються два види об'єктів - це sensors (датчики) і watchdogs (якщо дослівно, то сторожові пси).

Chapter 6: Laptops and Portable Devices