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接口那些事儿 你未必知道的重要细节

2013-05-15古月明《微型计算机》2013年5月上

你是否曾因两个看似一样,却互不兼容的接口而大费周折?

你是否因为不熟悉接口的兼容用法,而不得不以防万一的随身携带一堆线材?

你是否曾因对接口的一知半解,导致原本完美的装修布线计划变得修修补补毫无美感,甚不得不返工?

看完本文,或许就能让你不再重蹈覆辙,或者让亲朋好友避免类似窘况。

PC、数码产品发展过程中,无论内置还是外设接口都难免遇到性能瓶颈或应用瓶颈。这催促着厂商不断研发新接口,以带来更加出色的规格,为用户提供更好的应用体验。这原本无可厚非,但业界厂商众多,接口设计标准难以统一,甚至出现各种外形“撞车”事件。再加上升级换代频繁、规格多变,就带来了诸多问题,尤其是兼容性和识别度,常让用户晕头转向。当前,正值Thunderbolt(雷电)、mini PCI-E、USB 3.0、HDM I1.4等新接口、新标准普及之初。MC特地围绕它们,整理了与应用、兼容和分辨相关的常识,希望恰好能解除你的疑惑。

“形”相近,“习”相远容易混淆的2对接口

1.mSATA与mini PCI-E

要说mSATA和mini PCI-E并非什么新接口,只是之前大多集成在系统产品中,很少有用户能接触到。而近期随着mini ITX主板的火热,它们才开始受到玩家关注。不关注不知道,细看之下不少用户才发现这两个接口物理外形完全一样,不免好奇起来。这两个接口为何要设计成一样?是否可以混用?如何区分?要弄清这些问题,得从两个接口的规格源头说起。

mSATA接口其实就是标准SATA的迷你版本,由于mSATA设备占用体积更小,因而在不少笔记本电脑中得到采用,现在又开始在mini ITX主板上流行。而miniPCI-E接口自然是PCI-E接口的迷你版本,常见的用途也是用于笔记本电脑中,用来扩展无线网卡。现在也随着用户对无线的喜爱,出现在了台式机上。特别以mi niITX主板搭建的迷你平台居多,让无线网卡几乎成为了小PC标配。


接口外观上(mSATA上、mini PCI-E下),mSATA与mini PCI-E完全没有区别,单看此处,确实不易分辨。

PCI-Express/SATA路由芯片识别设备类型后,就能够将接口导通到对应的控制器,再由控制器连接对应总线完成数据传输。从而实现一个接口兼容mSATA与mini PCI-E两种设备的目的。
PCI-Express/SATA路由芯片识别设备类型后,就能够将接口导通到对应的控制器,再由控制器连接对应总线完成数据传输。从而实现一个接口兼容mSATA与mini PCI-E两种设备的目的。

其实,mSATA接口与mini PCI-E接口不仅外观完全相同,连物理引脚都是相容的。但遗憾的是它们并不能直接互通使用,这给不少人带来了麻烦。例如看到朋友买回mSATA SSD安装在一个mSATA/mini PCI-E接口上良好使用,而自己依法效仿却发现设备根本无法被识别。实际上,这是因为两种接口外观、引脚虽然完全一样,但是数据信号的连接却不同。mSATA的数据信号需要连接到SATA控制器,而非PCI-E控制器上。大多数主板的此类接口都只能使用其中一种功能,因此混插后会出现设备无法被识别的情况。那别人的主板又是如何做到的呢?

要实现一个接口同时兼容mSATA与mini PCI-E,其实也并不困难。mSATA和mini PCI-E接口有着相同的外形和类似的引脚分配,可以通过第43针脚来区分当前插入设备的类型。mSATA的第43针脚被定义为GND(即接地),mini PCI-E的第43针脚则被定义为noconnect(闲置、无连接)。我们只需要正确读取这些识别信息,并将相应的设备连接到对应的控制器上就可以了。而这个工作正是交给PCI-Express/SATA路由芯片来解决的,这个芯片本质上是一个双向多路复用器。以NXP CBTL02042芯片为例,其工作原理基本如下图所示。复用器端连接的就是mini PCI-E/mSATA接口,后端则同时连接PCI-E控制器和SATA控制器。

Tips:如何分辨主板上的接口是否支持混插?

市面上提供mini PCI-E/mSATA插槽的主板大致分为4类,虽说接口一样,但通常不同用途的接口还是有一些特征可以用于分辨:1只提供mini PCI-E支持:

多数主板属于此类,mini PCI-E接口主要就是用于安装无线网卡,提供Wi-F i、蓝牙等无线连接功能。其主要特点是大多提供半高设备安装位,即固定设备的螺丝孔距离插槽不足3cm。

2只提供mSATA支持:

这类情况在标准的ATX板型上较多,它们多集成在英特尔6、7系列芯片组主板上,主要用来安装SSD辅助SRT技术。这类情况恰好和第1种相反,它们多半只提供全高设备安装位,即固定螺丝孔距离插槽超过5cm。玩家好还是查看一下主板厂商的资料进行确认。多数支持mSATA的主板会进行明确的标注,如果没有相关信息,则该插槽很可能是mini PCI-E标准的。

3同时提供mini PCI-E与mSATA接口:

这种情况并不多见,因为需要这种迷你接口设计的设备一般体积都不大,受空间限制很难同时容纳2个接口。有少数主板提供这种优秀的扩展能力,例如华擎Z77E-ITX就同时具备mini PICE(PCB正面)接口与mSATA(PCB背面) 接口。分辨起来也还是主要看螺丝或者扣具位置,长的自然是mSATA。

4双向多路复用,一个接口同时兼容mSATA/mini PCI-E:

这种情况也不多见,这就是我们前面重点解析的,单独使用了路由芯片的一类设计。它们的特点非常明显,除了同时拥有较近、较远两个设备固定螺丝孔外,它们的插槽附近通常还有一颗额外的路由控制芯片。

全高、半高 mini PCI-E/mSATA设备对比。mSATA SSD的大小约为51mm(长)×30mm,为全高。mini PCI-E无线网卡多数为半高规格,约为27mm(长)×30mm。当然,也不排除有Intel 3945网卡这类的全高规格mini PCI-E设备。

全高、半高 mini PCI-E/mSATA设备对比。mSATA SSD的大小约为51mm(长)×30mm,为全高。mini PCI-E无线网卡多数为半高规格,约为27mm(长)×30mm。当然,也不排除有Intel 3945网卡这类的全高规格mini PCI-E设备。
全高、半高 mini PCI-E/mSATA设备对比。mSATA SSD的大小约为51mm(长)×30mm,为全高。mini PCI-E无线网卡多数为半高规格,约为27mm(长)×30mm。当然,也不排除有Intel 3945网卡这类的全高规格mini PCI-E设备。

例如微星Z77IA-E53 就设计了能够同时兼容半高与全高规格设备的mSATA/miniPCI-E接口,看看,除了拥有两个螺丝孔位,它的接口前方PCB上还有一个非常明显的第三方芯片。
例如微星Z77IA-E53 就设计了能够同时兼容半高与全高规格设备的mSATA/miniPCI-E接口,看看,除了拥有两个螺丝孔位,它的接口前方PCB上还有一个非常明显的第三方芯片。

半高的接口多半只支持mini PCI-E。
半高的接口多半只支持mini PCI-E。

mSATA插槽,全高规格。
mSATA插槽,全高规格。

华擎Z77E-ITX正面的mini PCI-E插槽,用于安装无线网卡。背面的mSATA插槽,主要用于安装mSATA接口的SSD来辅助SRT技术。

华擎Z77E-ITX正面的mini PCI-E插槽,用于安装无线网卡。背面的mSATA插槽,主要用于安装mSATA接口的SSD来辅助SRT技术。
华擎Z77E-ITX正面的mini PCI-E插槽,用于安装无线网卡。背面的mSATA插槽,主要用于安装mSATA接口的SSD来辅助SRT技术。

2 Thunderbolt(雷电)与mini DisplayPort

相比起mSATA和mini PCI-E,Thunderbolt(雷电)与mini Display Port(mini DP)算是比较新的接口,特别是雷电接口,2011年才发布第一个版本。不过它们也与mSATA、mini PCI-E的情况类似,现在的商用版本,雷电与mini DP接口在物理结构上完全一样。mSATA和mini PCI-E还能通过设备安装孔位来进行简单区分,但雷电与mini DP相比起mSATA和mini PCI-E,Thunderbolt(雷电)与mini Dislay Port(mini DP)算是比较新的接口,特别是雷电接口,2011年才发布第一个本。不过它们也与mSATA、mini PCI-E的情况类似,现在的商用版本,雷电与mini DP接口在物理结构上完全一样。mSATA和mini PCI-E还能通过设备安装孔位来进行简单区分,但雷电与mini DP同属外设接口,如何区分?两者是否能够混用,也类似于mSATA和mini PCI-E的复用吗?这里先给大家一个相对简单易记的混用理念,再慢慢到来两者的具体同和使用技巧。

整体概括起来,用户们可以简单地将mini DP接口和雷电接口的关系理解为以下两条:

1.mini DP接口就是DP接口的微型版本

2.雷电接口=mini DP接口+PCI复用

详细来说,雷电与mini DP的关系,远比mSATA和mini PCI-E复杂。mini DP原本是苹果公司在2008年10月推出的Display Port(DP)接口微型化版本,完全遵循DP规范,是个纯粹为显示信号传输而设计的单一接口。而雷电的定位其实是一种新的系统总线,它源自英特尔代号Light Peak的项目,目的是成为电脑与其他装置之间的通用连接标准,有些类似于目前的USB。但后期,英特尔和苹果达成了合作,将Light Peak原本计划使用的光传输介质,换为了传统的铜线,诞生了Tunderbolt即雷电接口。其物理规范和苹果的mini DP完全一致,并在设计之初就定下了兼容mini DP的目标。因此,mini DP和雷电理论是可以兼容的。兼容方式和细节问题,下面详解。

要详细了解雷电和mini DP的区别,必须先了解雷电技术的相关知识。基础的,大家可以参考维基百科的解释。不过这其中漏掉了2个重点:

1.雷电相比mini DP多出了10W的供电能力。

2 .雷电接口具有菊花链(Daisy -chain)扩展能力,能在一个系统中扩展6个雷电设备。

供电能力很好理解,你可以把它与USB接口类比,比如与移动硬盘交换数据不需要额外供电。菊花链则是个关键,它允许PC串联式管理其他设备。例如一个PC通过雷电连接了一个具有多个雷电接口的NAS,此时再在这个NAS的其他雷电接口上连接其他雷电设备,或者显示器,则都能被PC识别和利用,传输数据、输出显示信号皆可。具体如何来理解这两个能力,雷电又如何与mini DP兼容,让我们通过接下来的应用举例更直观地解析。

就外观看,雷电(左)和mini DP接口、接头完全无法分辨,只有通过厂商的标识来了解。好在雷电向下兼容mini DP,大家拿捏不准时,直接用雷电的线缆吧。

就外观看,雷电(左)和mini DP接口、接头完全无法分辨,只有通过厂商的标识来了解。好在雷电向下兼容mini DP,大家拿捏不准时,直接用雷电的线缆吧。
就外观看,雷电(左)和mini DP接口、接头完全无法分辨,只有通过厂商的标识来了解。好在雷电向下兼容mini DP,大家拿捏不准时,直接用雷电的线缆吧。

此外,mini DP作为影音接口,典型的使用载体是显卡和显示器。然而诸多原因导致市场上拥有mini DP接口的显示器太少,很多时候都会遇到需要转接的麻烦。这其中又以AMD的多屏技术Eyefinity的转接为复杂,其中涉及到主动和被动转换技术,不了解的朋友很可能折腾半天还无果。不少DVI和HDMI接口都是通过165MHz的TMDS通道传输显示信号,而mini DP接口则使用了全新的传输格式,带宽比传统的TMDS大得多。要开启Eyefinity,支持超高分辨率,必须要有DP或mini DP接口的支持。单屏输出,可以使用被动转接头,此时从mini DP接口输出的数据依旧利用TMDS通道。三屏以上,则需要至少一个DP输出,或使用一个主动式转接头,因为只有使用DP规范的新信道,才能满足此时的带宽需求。

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