小而不简单! 主流笔记本电脑接口说明

众所周知，笔记本电脑由于由于天生的局限性，难以在内部进行扩展、增加功能，因此外部高速接口显得尤为重要。笔记本电脑外部高速接口主要有四种——USB接口、IEEE 1394接口、PCMCIA接口和ExpressCard接口，虽然很多用户懂得如何使用这些接口，但是如何高效、合理使用，则非人

USB接口 速度到底有多快?

众所周知，笔记本电脑由于由于天生的局限性，难以在内部进行扩展、增加功能，因此外部高速接口显得尤为重要。笔记本电脑外部高速接口主要有四种——USB接口、IEEE 1394接口、PCMCIA接口和ExpressCard接口，虽然很多用户懂得如何使用这些接口，但是如何高效、合理使用，则非人人皆懂。本文将从传输模式、电气规格等方面展开介绍，进而分析如何合理使用这些接口。

USB接口

USB(Universal Serial Bus，通用串行总线）接口是现在笔记本电脑上使用最频繁的接口之一，众所周知，USB分为USB 1.0、USB 1.1和USB 2.0三种标准，理论最大速度依次为1.5 Mbps、12 Mbps和480 Mbps。（注意：这并不准确，因为USB已经披上一层马甲了，皆改名为USB 2.0，最大速度能达到1.5 Mbps的叫作Low-speed USB 2.0，能达到12Mbps的叫作Full-speed USB 2.0，而达到480 Mbps的叫作High-speed USB 2.0；但是这种说法在普通消费者和销售商中并不通用，因而仍旧使用前面的说法。）电压输出为5 V，最大输出电流为500 mA；笔记本电脑上所带的通常是USB A母口，可以通过转接头或转换线变为不同的USB接口。但是在日益增多且速度更快的USB外设下，应该如何充分有效使用USB接口呢？

首先，必须了解USB控制器，通常来说USB控制器是集成在南桥上的，这里以Intel芯片组的南桥ICH（Input/Output Controller Hub，输入输出集成控制器）为例说明。如图1所示，ICH7是迅驰3平台上所使用的南桥芯片，其拥有一个USB2.0 EHCI (Enhanced Host Controller Interface 加强型主机端控制界面)和四个USB1.1 UHCI (Universal Host Controller Interface 通用型主机控制器界面)；USB2.0 EHCI是通过PCI总线而其它控制器相连接的，拥有480 Mbps的带宽，而USB2.0 EHCI控制着下面4个的USB1.1 UHCI，而每个USB1.1 UCHI能提供两个USB接口（port）。（如图1所示）可见，虽然ICH7能提供高达8个USB接口，但是8个接口是共享480 Mbps带宽的，任何时刻不可能有多于一个接口速度达到480 Mbps带宽。（USB 1.1接口则不同，每个接口能单独享有12 Mbps最大理论带宽。）因此，如何合理利用使用这480 Mbps理论带宽显得尤为重要。

虽然USB 2.0理论上提供480 Mbps的带宽，但是实际上能利用的带宽通常约为30 MB/s（具体视芯片而定，还有PCI总线所挂载的设备占用带宽的多少，1 MB/s=8 Mbps）。可见，在U盘、移动硬盘、外置光驱等众多USB外设的面前，USB接口的带宽实在足襟见袖。为了解决这一困局，可以增加USB接口的带宽，但是USB已经固定为一个标准，不可能随意增加带宽。这样的话只剩下增加USB控制器中的USB2.0 EHCI数量，如Intel的迅驰4平台上所使用的南桥ICH8（见下图）就把USB2.0 EHCI增加到2个，使USB接口总带宽达到了480 Mbps+480 Mbps。

也许读者奇怪，为何总带宽不是960 Mbps呢，而是480 Mbps+480 Mbps。因为每个USB设备任意时刻只能受一个USB2.0 EHCI控制，所以获得的带宽仍旧为480 Mbps。但用户到底如何才能让两个USB2.0 EHCI合理控制USB设备和分配带宽呢，这个则不用用户去考虑，Intel在ICH8上建有一个仲裁机制来分配的EHCI和带宽。虽然增加南桥芯片上的USB2.0 EHCI数量的做法可行，但这必须更换笔记本电脑，因此对于用户想通过升级来实现增加USB2.0 EHCI来说，显得毫无意义。而增加USB2.0 EHCI方法只剩下一个——给笔记本电脑增加一张扩展USB接口的PCMCIA卡。（但扩展USB接口的ExpressCard不完全支持，此将在下文作出解析）

IEEE 1394接口 普及之路仍漫长

IEEE 1394接口

IEEE 1394接口（以下简称1394），苹果称之为Firewire，而索尼则称之为iLink，在笔记本上通常以4-pin小接口与用户相见。与门庭若市的USB接口相比，1394则冷落得多了，大多数用户只能它来连接DV用，把更多任务交由USB负责。但这样做并不明智，1394很多方面甚为优秀，足以应付高速外设的需求。

首先从传输速度上来说，主流的1394a使用的是DS编传法（编码法、传输法），理论速度能达到400 Mbps，而实际速度也能接近40 MB/s，不在USB 2.0之下；而最新的1394b改用了8b10b法，使其理论速度高达800 Mbps，实际速度也能去到60 MB/s左右，USB 2.0实在相形见拙。而且，USB是一组线、半双工传输，而1394则是由两组单工线组成的全双工传输。（如果在通讯中的任何时刻，信息只能从A传向B，而B不能传向A的话，就叫做单工；A能传向B，B也能传向B，但是仅有一个传输方向存在，就叫做半双工；在半双工的基础上，能同时实现双向传输的就叫做全双工。）可见，虽然1394和USB同为串行传输，但是1394在传输速度上远高于USB 2.0，非常适合一些高速外接设备（如移动硬盘、光驱）使用。

Macbook Pro上的1394接口，左为6pin的1394a接口，右为1394b Beta-Only接口

其次，在传输距离上，单根USB线最长可以5米，而1394仅有4.5米，USB略为优胜。但是USB最多只能进行五层信号放大（多用USB HUB进行），且每层连接线最长也是5米，因此最终长度也就60米；而1394最多能串联16根线，每根线长4.5米，总长达72米。不过，对于普通用户来说，也用不着这么长，因此实际上二者还是打个平手。在连接设备数量上，USB可以达到127个外设，而1394在单一系统内只能达到63个，但是可以通过桥接增加到1023。不过无论是127个还是63个，都满足笔记本电脑用户的需求了，虽然1394在技术上的确是高出一筹，但实际应用上毫无差别。

最后，1394可以进行星状链接（Star）、链状链接（Chain）、树状链接（Tree）和点对点链接（Peer to Peer)，而USB仅有树状链接，点对点链接得依靠中转电路，1394在应用上显得灵活得多。而在供电能力上，1394更是能满足3.5寸移动硬盘的电力需求（注意：4 pin小型化的1394a方案不具备供电能力），远非USB所能比拟。在CPU占用率上，1394也是远低于USB。

不过遗憾的是，1394在笔记本上的应用多为4 pin的1394a，只有少数笔记本提供6 pin的1394a（如Acer的TravelMate 3012），而1394b则更是少之又少，仅有Apple在笔记本电脑上使用；而且1394接口的外设普遍比USB昂贵，以致1394的使用成本比USB高。还有的一点就是，1394b跟1394a接口并非完全兼容，只有Bilingual接口能兼容原来的6 pin的1394a，而Beta-Only则不兼容。

老亦坚挺 PCMCIA接口

PCMCIA接口

PCMCIA接口（以下简称PCMCIA）早在上世纪80年代已经出现，不过直至1990年Intel、AMD、IBM、Conmpag等公司所组成的Personal Computer Memory Card International Association（个人计算机存储卡国际协会）才提出了标准架构，主要的面向对象是笔记本电脑。PCMCIA早期的设计仅是作为存储器的，但是随着的规格的发展，现在已经成为了笔记本的标准通用接口之一。

在规格上，所有的PCMCIA卡皆是85.6 mm长、54.0 mm宽的长方形卡（仅是插入笔记本电脑内的部分），由于提供不同的功能，外露在笔记本外的部分有着不同的设计。PCMCIA卡在规格经历4个时期的发展：Type I是最早的PCMCIA卡规格，厚度仅有3.3 mm，16 bit并行传输介面，单排针脚设计，仅能作为扩充存储器，现已淘汰。Type II厚度增加到了5 mm，采用了双排针脚设计，因此同时兼容16 bit和32bit并行传输介面，由于引入了标准的I/O（input/output，输入输出）设计，此时的PCMCIA除了得到带宽提高外还能够用于扩充其它设备了。而到了Type III，厚度从Type II的5 mm增加到10.5 mm，允许插入更厚的PCMCIA卡。而最近一次提升规格也是最后一次提升规格——Cardbus，维持体积不增加的前提下，把接口带宽提高132 MB/s，而且向上兼容。

PCMCIA虽然发展到Cardbus后最大理论带宽仍只有132 MB/S，而且还是使用基于PCI技术的并行传输技术，但是已经能很好满足需求（足以应付千兆网卡的需求了），而且有着众多设备支持（如下表）。

10/100 Mbps Ethernet Adapters
A/D Converters and other Data Acquisition Devices
AM/FM Radio Tuner
Biometrics cards (Fingerprint reader)
Bluetooth cards
CD-ROM Interface
Cellular Phone Interface (WAN)
Digital Camera
Docking Station Interface
Ethernet LAN Adapters
GPS (Global Positioning System) Cards
Hard Drives (Rotating)
Infrared Wireless LAN Adapters
ISDN Cards
Joystick Interface Cards
Memory Cards - Flash, SRAM, and many others
Memory Cards Adapters - SD, , MMC, SmartMedia, CompactFlash, MemoryStick, etc.
Modem/Ethernet Combination Cards
Modem Cards
Parallel Port Interface
PDA PC Card
Radio LAN Adapters
SCSI Adapters
Security Tokens
Serial Port Interface
SmartCard Readers
Sound Cards, Input and Output
Token Ring LAN Adapter Cards
TV Tuner
VGA
Video Capture/Frame Grabber Cards
Video Teleconferencing Cards）

一张提供USB接口的PCMCIA卡，图中2个USB接口间的圆洞是5 V辅助供电接口（红圈标记）

至于供电能力方面，PCMCIA虽支持3.3 V和5 V电压，但能提供电流却相当的低，甚至连2.5寸移动硬盘的电能需求都无法满足，具体规格如下表所示。从下表可见，PCMCIA最大供电能力也不过3.3 W，平均也不过2.5 W，而PCMCIA卡本身就需消耗一部分电能，因此通过PCMCIA扩展出USB接口、1394接口等接口的话，往往就出现供电不足的问题。因此市场有些PCMCIA卡产品，会增加一个辅助供电接口。（如上图所示）

接口普及设备不普及 ExpressCard..

ExpressCard接口

虽然PCMCIA已经相当成熟、能很好满足各种需求，但是其使用的并行传输技术，不利于笔记本的电路板设计，且体积过大妨碍了笔记本的轻薄化，更重要的是其基于的PCI总线已经发展到尽头（早期的PCMCIA走的是已淘汰的ISA总线），PCMCIA规格难以再提升。因此PCMCIA后继产品早已提上了议事日程，到了2003年，PCMCIA协会发布了ExpressCard标准。而到了迅驰2平台的时候，配有ExpressCard接口（以下简称ExpressCard）的笔记本电脑已经初露锋芒，到了迅驰3平台时，ExpressCard更是占据了主流位置。

与PCMCIA不同，ExpressCard是基于PCI Express技术发展而来的，除了支持PCI Express传输技术外，还支持USB传输技术。前者的带宽能达到2.5 Gbps，后者则为480 Mbps。至于如何取舍使用哪种传输技术则可以参考下图。(图5)由于改用了串行传输技术，进而减少了走线数量，有利了笔记本的设计简化与成本降低；同时带宽的提高，允许连接更高速设备，如eSATA接口、SAS接口。

在图5中尤其要关注的是：当ExpressCard用于扩展USB时候，往往只是起到一个USB HUB的作用，不能起到增加EHCI数量的作用，也就是不能扩大USB的总带宽；如果要起到USB EHCI的作用的话，必须是增加一块PCIE接口USB控制芯片。可见ExpressCard产品不一定都是走PCIE通道，或许是走USB通道，这样会造成带宽降低和占用非常有限的USB带宽（通常来说，笔记本里的PCIE带宽都是十分充裕的），因此选购ExpressCard产品时必须注意。（如图6所示）

在规格上，ExpressCard拥有两种大小不同的规格，即宽度分别为34 mm和54 mm的ExpressCard/34（图7）和ExpressCard/54（图8），而长度和厚度则相同，分别是75 mm、5 mm。（以上数据皆为ExpressCard在笔记本内部的规格）虽然这两种卡的规格各异，但是在接口端是一样的。在兼容性上，ExpressCard/54插槽能兼容ExpressCard/34和ExpressCard/54的卡，而ExpressCard/34插槽只能兼容ExpressCard/34卡了。（如图6所示）至于为何会出现了两种大小不同的规格呢？其实原早ExpressCard卡只有34 mm的版本，但是后来发觉这个版本太窄（还没CF卡宽），没法容纳太多接口或较大的接口，而且体积也过小，没法放下电路规模较大的ExpressCard模块，所以增加了ExpressCard/54这个标准。

ExpressCard/34的规格

ExpressCard/54的规格

在了解这些知识后，相信读者能很好运用这些接口：因为PCMCIA和ExpressCard数量是极其有限的，因此没有必要的话，应该尽量使用USB和1394。如果对带宽或效果要求很高的话（前者如千兆网卡，后者有声卡），才使用这两个接口；如果不是的话，就拿这两个接口去扩展USB接口和1394接口。而在1394和USB间的选择上，如果是连接3.5寸硬盘、5寸光驱等设备，1394则是首选，因为对于此类产品来说都得外接电源，因此即使是带供电的USB对于4pin的1394a来说，便携性也不会占优势，而且带宽还不如1394a，同时还能充分利用笔记本电脑的接口。而在2.5移动硬盘、无线网卡、读卡器等外设上，USB则是首选，因为无论是外设数量，还是易用性USB都是占优的，而且USB也能满足这些设备的供电要求，但必须注意合理利用带宽。

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