智能第六感——笔记本传感技术解析

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《变形金刚2》已经全国公映,金刚迷们又开始兴奋了,而在欣赏机器人之间的战斗特效场面时,大家有没有思考过,为什么一堆机器可以有人的思维?为什么一堆钢铁可以自己躲闪子弹和拳头?其实,这是因为有了最基本的传感技术,机器人才有了“感知”的能力。

变形金刚的虚构故事让我们觉得它是科幻,但在现实生活中,在我们日常接触的计算机中,传感技术已经应用其中,特别是在笔记本电脑中,智能多合一的总体设计理念,使得热传感、光传感、状态传感等技术都能找到,这样的笔记本更加拟人化,用户的使用也更加方便。

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小知识:什么是传感器?

传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。而笔记本中的传感器则是监测电脑各部分的状态,并将这些信息进行相应处理后,控制相应部件进行自动化操作,以达到提高电脑“智商”的作用。

感知温度控制体温

所用技术:热传感技术

主要作用:精确监控笔记本各部件温度,保证整机正常工作

对于EVEREST软件的温度监控界面,相信大家都不陌生,这款软件可以显示电脑中各部件的温度情况。那么,温度是通过什么测得呢?答案是温度传感器。任何普通的台式电脑都有这项技术,但笔记本的依赖程度更高,因为电路的集成化程度高,检测和控制各部件的精度要求也更高。如果这一环节不可靠,那就是我们常说的笔记本温度控制不好,也会出现发热量过高,甚至死机现象。

在电脑中,温度探测方式也有进化的过程,老鸟们一定还记得,在早期大多数主板的CPU插槽下有个凸起的热敏电阻,当时的电脑,就是依靠它接触CPU或散热器来探测CPU温度。但这种探测方法问题多多,首先,热敏电阻是设计靠在CPU或散热片上,如果接触不够紧密,热量不能准确传到热敏电阻上,那测得的温度就会低于CPU的实际温度。其次,反应速度慢,由于CPU内部运算元件的升温很快,在大负荷运算时,其升温是相当快的,但这一温度传导到CPU外部,需要一定的时间,也就是说,当外部的热敏电阻发现温度偏高时,CPU内部可能已经超温严重,甚至是烧毁。

正因为外部监测的可靠性低,在P2时代,Intel就在CPU内安装了热敏二极管,这就消除了外部监控接触不良和反应速度慢带来的后果,能可靠探测CPU内部温度,而到了P4时代,更借助热传感器,形成了较为完整而理想的温度监控技术。而进入酷睿时代后,CPU的温控更进一步发展,不仅在CPU的各核心内都设有温度监控,不少主板还设置有外部温度传感器,这样双核CPU就拥有3组温度监控,而四核CPU则拥有5组温度监控。而配合温度传感器的还有一套行之有效的温度控制方式,以避免CPU“过劳死”。

虽然我们可以在笔记本的BIOS中设置警戒温度和极限温度,但实际上,CPU的温控不仅记录在BIOS中,还被写入TCC(温度控制电路)内的ROM单元中,使用者是无法修改这一ROM内的数据的,而BIOS中设置的温度是远低于ROM中的温度的。也就是说我们在BIOS中所设置的温度,基本不会影响到CPU的安全,而即便设置失效,一旦CPU温度达到ROM中的温度时,CPU依然会自动降频或停止工作。

热传感技术不只应用在CPU中,笔记本中的硬盘、显卡、主板也都必须应用热传感技术,热传感器的应用,大大增强了电脑的安全性。

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EVEREST的温度监控界面
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笔记本上的光传感器
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早期主板上的热敏电阻
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四核CPU拥有5个温度传感器
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苹果笔记本的背光键盘由光传感器进行触发

感知环境光自动调节亮度

所用技术:光传感技术

主要作用: 感应环境光线,自动调节最适合人眼的显示状态

在不少笔记本上,我们都可以看到有个圆圆的透明的看似LED灯的东西,可奇怪的是这个LED灯似乎从来不亮,莫非,厂家用了伪劣产品?当然不是,因为它并非LED灯,而是一个光传感器。这种设计最初是应用在索尼高档笔记本,或是惠普、戴尔等商务笔记本中,但目前的普及程度极高,一些低价本也开始加入了这一技术。

当然了,光传感器也分为很多种,如光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管,而在电脑中使用的光传感器是灵敏度较高的光敏二极管,这种二极管在黑暗状态下几乎不导电,随着亮度的增加,光敏二极管将吸收光线中的能量,形成电流,而光线越强,其电流越大,这样,依靠检测通过光敏二极管的电流,就可以得知环境的亮度。

在探知环境亮度后,电脑变得异常的贴心。它能够根据环境亮度自动调节显示屏的亮度,当周围环境亮度高时,自动提升屏幕亮度,让使用者能够看清屏幕上的内容,而当周围环境亮度低时,它能自动降低屏幕亮度,这样,能够避免高亮度的屏幕令使用者视觉疲劳,保护了视力。而相对台式电脑来说,笔记本更喜欢这一技术,因为,如果能自动调节屏幕亮度就能有效降低笔记本的耗电,延长电池的续航时间。

光传感技术还能够让电脑变得更聪明,如在苹果Macbook air和华硕最新的U系列笔记本键盘上,都使用了光传感器以监测环境亮度,一旦发现环境昏暗,它将自动启动键盘的背景灯,这就避免了使用者在黑夜盲打或是要开灯才能找到键盘照明灯快捷键的麻烦,真的很方便啊。

感知震动调整状态

所用技术:状态传感技术

主要作用:预防笔记本受到强烈冲击,保护硬盘数据

笔记本有移动便携的特性,同时也有了可能跌落的危险,所以厂商也随之开发出新的状态传感技术。IBM APS主动硬盘保护技术,大家一定都很熟悉,其技术核心就是可以监测硬盘震动和跌落状态的传感器,这个传感器,也叫做加速传感器,当然,状态传感器也分为很多种,如压电式、电容式和热感应式。

在状态传感器中,电脑使用最多的是电容式传感器,这种传感器由两部分组成,一部分是固定的电极,另一部分是可在一定范围内移动并有一定重量的电极,这两部分间,有间隙很小的梳子状结构,形成一个电容。这样,当笔记本移动时,由于加速度的改变,活动电极由于惯性作用,与固定电极的间隙会改变,这就令电容的容量发生变化,因此,只要监测传感器电容容量的变化,就可以得知震动的大小,甚至是方向。从而可判定笔记本处于何种状态,是跌落,还是遇到震动,这种震动会不会对硬盘造成伤害,而一旦发现笔记本处于跌落状态或震动可能影响到硬盘的数据安全,主动硬盘保护技术将会在500ms时间内让硬盘磁头归位,避免与盘片碰撞而损坏数据,这就大大提高了硬盘的安全性。

当然,状态传感器还可以应用在更多场合,如在防盗笔记本上,也使用了状态传感器,我们只需要在离开电脑前开启防盗功能,电脑就会对状态传感器进行监控,一旦有人移动电脑,状态传感器将会检测到异常信号,并触发电脑发生鸣叫,以吓跑盗窃者。

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ThinkPad笔记本APS主动硬盘保护技术中使用的震动传感器和放大图
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状态传感器具有分辨重复震动和超范震动的能力
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带防盗功能的同方s30i,其防盗核心部件也是状态传感器

总结:传感器,让电脑更聪明

传感器就好比电脑的神经,不仅能够让电脑了解自己的体质,还能让它了解周围环境和使用情况,以便于更好地保障安全并为使用者创造一个良好的使用环境,正是传感器的存在和广泛应用,让电脑变得更加聪明。其实,除了文中提到的这些传感器外,电脑中还有更多的传感器正在发挥作用,如风扇转速传感器,既能让我们了解风扇的状态,也能够避免因其损坏,而导致电脑不稳定。而触摸传感按键更是在众多笔记本中广泛应用,让我们享受电脑操控的便捷。