Оглавление

Введение 3

Актуальность дипломной работы 4

Цели дипломной работы 4

Задачи дипломной работы 4

Ноутбук 5

Историческая справка 5

Устройство ноутбука 6

Классификация на основе назначения ноутбука и технических характеристик устройства: 9

Система охлаждения ноутбука 21

Виды систем охлаждения 24

Системы воздушного охлаждения 24

Пассивная система воздушного охлаждения 24

Активная система воздушного охлаждения 26

Системы жидкостного охлаждения 27

Фреоновые установки 28

Ватерчиллеры 29

Системы отрытого испарения 29

Системы каскадного охлаждения 30

Системы с элементами Пельтье 31

Перегрев 32

Причины перегрева ноутбука и способы их решения 34

Способы понижения температуры ноутбука 37

Настроить режим энергосбережения 37

Пользователь может самостоятельно решить, какой план и в какой ситуации применять наиболее целесообразно. 38

Высокая производительность 38

Если устройство в определенный момент времени подключено к электросети, беспокоиться об уровне заряда батареи нет нужды. Можно неограниченное время смотреть видео, настраивать и использовать Bluetooth и Wi-Fi, играть, осуществлять операции с документами, работая в режиме высокой производительности. 38

Режим экономии 38

Функционируя в этом режиме, по возможности система урезает производительность машины, блокирует службы и приложения, считающиеся “тяжелыми”. 38

Сбалансированный 38

Весьма эффективное готовое решение – сбалансированный режим, в большинстве случаев установленный по умолчанию. Это золотая середина между долгой работой ноутбука и быстрой. 38

Приподнять задний торец ноутбука 41

Использовать охлаждающую подставку 41

Очистить систему охлаждения 42

Заменить термопасту 42

Измерение температуры ноутбука с помощью утилит 44

Температурный режим составляющих ноутбука 44

Программы для измерения температуры ноутбука 45

Заключение 52

Список использованной литературы и источников 53

Введение

Возможность работать в любом месте и в любое удобное время стала почти необходимостью в наши дни. Производители электронной техники оперативно подхватили этот интерес и предприимчиво воплотили его в компактные элегантные мини-компьютеры. Неудивительно, что ноутбуки так быстро завоевали любовь пользователей.

Ноутбук - это мини-версия большого ПК. Более легкий и компактный по своим габаритам, этот аппарат уверенно занял свою нишу в мире электроники. Выполняя роль персональной техники, он сочетает в себе функции органайзера, mp3-плеера, фотоальбома, архива всевозможных документов, выхода в интернет, книги и развлечения.

Безусловно, к плюсам ноутбука относятся его привлекательные параметры: вес около килограмма (иногда чуть больше), небольшие размеры самой «книжки» (как правило, диагональ монитора 10 дюймов). Клавиатура очень компактна, все близко и под рукой. Ноутбуки отличаются низким энергопотреблением, что позволяет им работать без подзарядки батареи иногда до 12 часов (как обещают производители). Мониторы обладают высоким разрешением, что обеспечивает высокое качество изображения.

С развитием информационных технологий, ноутбуки не стоят на месте. Их возможности постоянно увеличиваются, но вместе с этим повышаются и их требования.

Одним из важных направлений в работе любого компьютера, будь это персональный компьютер или же ноутбук, является система его охлаждения.

Не редко пользователи ноутбуков сталкиваются с проблемами перегрева. Это может послужить самопроизвольному отключению и зависанию, а так же посодействовать уменьшению «срока жизни» самого компьютера или его составляющих.

Актуальность дипломной работы

Актуальность данной работы очень велика. Ведь от работоспособности системы охлаждения зависит работоспособность самого ноутбука в целом – его продуктивность и долговечность.

Система охлаждения - это то, что не дает «задохнуться» ноутбуку. Состоит из радиаторов, которые плотно прижаты к центральному процессору, вентиляторов и непосредственно самих путей (труб). Вентилятор, по медным трубкам затягивает холодный воздух, который поступает из-под ноутбука и проходит к горячим составляющим ноутбука.

С самого появлением ноутбуков возникла необходимость проведения технического обслуживание их систем охлаждения, а так же знать, как она устроена.

Система охлаждения электронных компонентов ноутбука часто работает на пределе из-за небольших габаритов. Микросхемы ноутбуков чаще перегреваются до температур деградации и выходят из строя — в особенности если пользователи, пренебрегая этим фактором, располагают включённый ноутбук так, что вентиляционные отверстия оказываться перекрыты.

Цели дипломной работы

Целью моей дипломной работы является изучение системы охлаждения ноутбука.

Задачи дипломной работы

Задачами моей дипломной работы являются: изучение системы охлаждения ноутбука и ее виды; рассмотреть понятие «перегрев», причины и способы его устранения; измерение и способы понижения температуры ноутбука.

Ноутбук

Историческая справка

Ноутбук — переносной персональный компьютер, в корпусе которого объединены типичные компоненты ПК, включая дисплей, клавиатуру и устройство указания (обычно сенсорная панель, или тачпад), а также аккумуляторные батареи. Ноутбуки отличаются небольшими размерами и весом, время автономной работы ноутбуков изменяется в пределах от 2 до 15 часов.

Лэптоп— более широкий термин, он применяется как к ноутбукам, так и нетбукам, смартбукам.

К ноутбукам обычно относят лэптопы, выполненные в раскладном форм-факторе. Ноутбук переносят в сложенном виде, это позволяет защитить экран, клавиатуру и тачпад при транспортировке. Также это связано с удобством транспортировки, чаще всего ноутбук транспортируется в портфеле, что позволяет не держать его в руках, а повесить на плечо, к примеру.

Идею создания портативной вычислительной машины «размером с блокнот, имеющей плоский монитор и умеющей подключаться к сетям без проводов», выдвинул начальник исследовательской лаборатории фирмы Xerox Алан Кей в 1968 г.

В 1982 г. по заказу NASA Вильям Могридж (компания Grid Systems) создал первый в мире ноутбук Grid Compass (оперативная память на ЦМД объёмом 340 КБ, процессор Intel 8086 с тактовой частотой 8 МГц, люминесцентный экран). Данный ноутбук использовался в программе Space Shuttle.

Первая общегражданская модель Osborne 1 (масса 11 кг, оперативная память 64 Кб, процессор Zilog Z80A с тактовой частотой 4 МГц, два дисковода 5,25 дюйма, три порта, в том числе для подключения модема, монохромный дисплей 8,75 × 6,6 см, вмещавший 24 строки по 52 символа; 69 клавиш) была создана изобретателем Адамом Осборном в 1981 году и выпущена на рынок по цене $1795. Из-за маркетинговой ошибки, состоявшей в том, что начало продаж последующей модели Osborne Vixen было объявлено задолго до поступления машин в реализацию, это ударило по продажам Osborne 1, компания разорилась.

В 1990 г. Intel был представлен первый специализированный процессор для мобильных ПК — Intel386SL, а также была предложена технология снижения напряжения питания, увеличившая срок службы батарей.

Устройство ноутбука

Ноутбук по сути своей является полноценным компьютером. Но для обеспечения мобильности, портативности и энергонезависимости все комплектующие имеют своеобразные особенности.

Рис. 1. Устройство ноутбука

Корпус ноутбука в большинстве случаев выполнен из высокопрочного пластика, реже из сплавов легких металлов (алюминий, магний). Внутри он покрыт металлической фольгой для изоляции электронной начинки от воздействия внешних электромагнитных полей и внешнего мира - от магнитных полей электроники ноутбука. Иногда пластиковый корпус усиливают металлической рамой. В корпусе ноутбука обычно находятся материнская плата, жесткие диски и CD-привод, клавиатура и аккумуляторная батарея. Также на корпусе находятся все внешние разъемы. Почти всегда здесь же находятся динамики и иногда - микрофон. В крышке ноутбука обычно помещены дисплей и антенны беспроводных модулей (так как крышка не экранируется). Здесь же могут находиться веб-камера и микрофон.

Система охлаждения ноутбука состоит из радиаторов, кулера, который забирает воздух из вентиляционных отверстий на днище ноутбука (именно поэтому ноутбук можно использовать только на твёрдой ровной поверхности, иначе нарушается охлаждение) и продувает его через радиатор, который медным тепловодом на тепловых трубках соединён с процессором (и иногда чипсетом) материнской платы, выдувая его через отверстие в задней или боковой стенке. Если корпус ноутбука металлический, он может служить большим радиатором и вентилятор в таком случае нужен редко.

Низкопроизводительные современные ноутбуки могут вообще не иметь вентилятора, так как тепло выделять им особо нечем.

Ноутбуки работают как от аккумулятора, так и от сетевого адаптера, который при этом заряжает батарею ноутбука. В современных ноутбуках используются литий-ионные аккумуляторы, в ноутбуках бизнес-серий часто имеется возможность подключить более одной батареи (дополнительные батареи вставляются вместо привода оптических дисков или крепятся на днище корпуса). Наблюдается тенденция к использованию несъемных батарей.

Матрица ноутбука представляет собой полноценный жидкокристаллический дисплей (LCD) с подсветкой светодиодами (LED).

В современных ноутбуках применяется два типа покрытия дисплея — матовое (редко) и глянцевое. Изображение на экране с глянцевым покрытием получается более контрастное и яркое, однако часто возникают неудобства в работе из-за зеркального эффекта: свет не рассеивается по поверхности экрана и покрытие даёт слишком яркие блики в случае, если за спиной пользователя расположен какой-либо источник света. Матовое покрытие, напротив, делает изображение менее контрастным, но не создаёт бликов.

Соотношение сторон дисплея подавляющего большинства ноутбуков - 16:9, у бизнес-серий встречается 16:10. Модели с дисплеем 4:3 больше не производятся.

Процессор ноутбука по внешнему виду и размерам очень похож на процессор настольного компьютера, однако внутри него реализовано большое количество технологий, снижающих энергопотребление и тепловыделение, например, платформа Centrino. В дешевых ноутбуках используются процессоры в корпусе BGA, припаиваемые к плате, в более дорогих процессор устанавливается в сокет и может быть при желании заменен на более производительный. Это не является правилом, в дорогом ноутбуке процессор так же может быть припаян для снижения толщины корпуса.

Оперативная память ноутбука благодаря более высокой плотности расположения чипов при меньшем размере (форм-фактор SO-DIMM) имеет характеристики, сравнимые с памятью настольного компьютера, но и стоит несколько дороже. Иногда часть памяти распаяна на материнской плате, возможность расширить память при помощи слота SODIMM при этом может и не предлагаться.

Жёсткий диск ноутбука, несмотря на маленький размер (благодаря использованию магнитных носителей диаметром 2,5 дюйма), имеет объём, сравнимый с объёмом жёсткого диска для стационарного компьютера (до 1 терабайта).

Довольно широко используются т. н. твёрдотельные жёсткие диски (SSD), разработанные на основе flash-памяти.

Оптический привод (CD/DVD) ноутбука лишён механики, выдвигающей лоток, поэтому его удалось сделать настолько тонким при сохранении всех функций полноценного привода. Большинство современных приводов имеют стандарт DVD-RW, однако в дорогих мультимедийных ноутбуках часто можно встретить привод стандарта Blu-ray.

В первом приближении клавиатура является обычной резиномембранной.

Основа клавиатуры — металлическая пластина с выштампованными рёбрами жёсткости.

Чтобы защитить клавиши от перекоса, используют так называемый ножничный механизм, сборку из двух пластмассовых деталей. В длинных клавишах (пробел, ввод) используется такой же проволочный стабилизатор, как и в полноразмерных клавиатурах.

Мембраны делают из тонкого прочного лавсана или полиимида, с прорезями для частей механизма.

В добавление к встроенной клавиатуре ноутбук имеет тачпад и/или pointstick. Также могут подключаться мыши, дополнительные клавиатуры и мониторы.

Рис. 2. Устройство ноутбука

Классификация на основе назначения ноутбука и технических характеристик устройства:

• Бизнес ноутбуки

Идеальный мобильный компьютер должен быть достаточно мал, чтобы поместиться в сумку, но и достаточно большой. Для бизнеса наиболее подходящая диагональ ноутбука 13,3 дюйма. Это размер большинства ультрабуков, которые предназначены для профессиональных пользователей.

Этот размер позволяет оборудованию легко помещается в средний размер портфеля. Убеждение, что маленькая матрица не будет соответствовать приложениям неправильное.

Прекрасный пример, компактный размер в MacBook Pro. Он имеет диагональ 13,3 дюйма, и в то же время, впечатляющее разрешением 2560 х 1600.

Этот уровень по-прежнему недостижим для конкурентов и вероятно, в течение долгого времени, им останется.

Рис. 2. MacBook Pro

К сожалению, для многих производителей оборудования, высокое качество материалов, образующих в корпусе по-прежнему абстракция.

Очень важно, чтобы ноутбук (не только для бизнеса) характеризовался твердым электролитом, а его внешний вид вызывал уверенность. Важно первое впечатление, это иногда имеет решающее значение. В идеале, корпус ноутбука должен быть выполнен из алюминия или магния. Это не значит, что пластик не может быть хорошего качества. Производители мобильных компьютеров используют различные типы пластика. При выборе лучше немного доплатить, чтобы корпус был изготовлен из высококачественного материала.

Ноутбуки Apple известны во всем мире своей безупречностью. Также заслуживает похвалы ультрабуки Asus Samsung Series 9 (рис.3) — они не вызывает каких-либо структурных проблем.

Рис. 3. Asus Samsung Series 9

В качестве идеального можно рассмотреть Asus Zenbook Prime (рис.4). Это оборудование имеет корпус, изготовленный полностью из матового алюминия, который выдерживает все конкуренции.

Рис. 4. Asus Zenbook Prime

Петли экрана являются одними из самых работоспособных компонентов ноутбуков.

Непродуманные петли экрана способны усложнить жизнь, в то время как прочная конструкция обеспечивает долгую и бесперебойную работу.

Прежде чем выбрать, неоднократно откройте и закройте крышку ноутбука. Если в ходе эксперимента не услышите каких-либо скрипов, то можно предположить, что петли хорошего качества.

Большинство производителей использует в своих ноутбуках пластиковые петли, но это не значит, что они низкого качества.

Использование для такого рода, пластиковых элементов может быть надежным. Одни из самых надежных и долговечных петлей экрана установлены в серии ноутбуков ThinkPad.

Хорошим примером также может быть Lenovo ThinkPad X1 Carbon (рис.5 ), который имеет экран петли изготовленный из титана.

Рис. 5. Lenovo ThinkPad X1 Carbon

Вопрос эргономики, гораздо более субъективный, следовательно, должен быть рассмотрен пользователем перед принятием решения о покупке ноутбука.

Нажатие различных комбинаций клавиш должны быть основными операциями при выборе. Некоторые из клавиши могут быть меньше или больше. Там нет такого понятия, как подходящие. Важно, чтобы клавиатура ноутбука соответствовала вашим предпочтениям. Те, у кого тонкие пальцы должны ценить мелкие клавиши, а с более массивным нужно выбирать крупные. Особенно высокую оценку потребителей получила клавиатура установлена в ноутбуках HP, Lenovo и Acer.

Аккумулятор с большой емкостью имеет значение только при поиске оборудования, ели вы часто путешествуете. Те, кто в основном сидит за столом, могут полностью игнорировать этот аспект. Известно, что коэффициент усиления, обратно пропорциональный жизни батареи ноутбука.

Также хорошо известно, что более низкие энергетические чипы потребляют меньше энергии, которая может быть использована в качестве «топлива» для батареи. Люди, которые предпочитают покупать ультрабук, должны выбрать оборудование, которое далеко от розетки может выдержать несколько часов (5 – 7).

Примером может быть Sony Vaio Pro 13 (рис.6), который живет от батареи около 7.5 часов работы (веб-серфинг с включенным Wi-Fi).

Рис.6. Sony Vaio Pro 13

Если для кого-то этого недостаточно, к Vaio Pro 13 можно подключить дополнительную батарею.

Также хорошая идея выбрать конвертируемый ультрабук (рис.7) или гибрид, которые включает в себя процессор и отрывную часть планшета с сенсорным экраном. Такие устройства обычно работают автономно длительное время по сравнению с традиционными ноутбуками, потому что имеют две батареи — одна под клавиатурой, другая позади экрана.

Рис. 7. Конвертируемый ультрабук

Каждый мобильный компьютер, а особенно тот, где хранятся корпоративные данные должен быть соответствующим образом защищен.

Стандартов достаточно много, например, установить защиту паролем в начале запуска системы.

Никаких взломов, расшифровки программы сделать никто не сможет в учетной записи пользователя, не зная правильного пароля. В большинстве случаев, этой формы защиты должно быть достаточно.

На некоторых защиту можно усилить, установив патч сканера. Это не всегда правда работает должным образом и может привести к иррациональным ситуациям, в которых владелец компьютера будет не в состоянии запустить его. Кроме того, эту защиту относительно легко обойти. Для этого достаточно получить отпечаток пальца и подключить передачу данных между считывающим устройством и контроллером сигнала пересечения.

При выборе обратите внимание на технологию удаленного управления. Захваченный нарушителем ноутбук может быть выключен и хранить данные удаленно.

Менее инвазивным, является Intel Anti-Theft (AT), которая позволяет блокировать доступ к компьютеру, если он не «сообщит» на центральный сервер. Это хороший вариант, если ваш компьютер будет потерян или украден — после реактивации, вы можете получить доступ к своим данным.

Trusted Platform Module (TPM) Infineon в свою очередь является интегральной схемой, ответственной за функции, связанные с криптографией.

Работа TPM аналогична работе смарт-карты, хранимой в системе — закрытый ключ никогда не покидает ее, и при этом нигде не выходится.

Этот факт значительно затрудняет удаленный перехват компьютера. Протоколы TPM, обеспечивают безопасность статистических данных до 99,99%.

Прекрасный пример ноутбука бизнес категории с технологией Intel VPro, Intel AT и Windows 8 Pro на борту — HP EliteBook Folio (рис.9)

Рис. 9. HP EliteBook Folio

• Мультимедийные ноутбуки

Все они обеспечивают предоставление информации в различных формах: текстовой, визуальной, звуковой, аудиовизуальной, анимационной, а также интерактивное взаимодействие с пользователем. Поэтому когда сегодня речь идёт о мультимедийных ноутбуках, имеются в виду портативные компьютеры, ориентированные на использование в качестве мобильных медиацентров. Это означает, прежде всего, расширенную поддержку (в первую очередь аппаратную) различных аудио- и видеоформатов, экран большой диагонали и высокого разрешения, высококачественную, насколько это возможно для ноутбука, аудиосистему, а также полный набор портов для подключения к бытовой аудио- и видеотехнике.

Для современного мультимедийного ноутбука характерны следующие основные параметры. Во-первых, дисплей с диагональю от 15,4 дюйма и больше. Наиболее универсальными считаются модели с семнадцатидюймовыми экранами, но если вы хотите заменить ноутбуком настольный компьютер, вполне можно приглядеться и к лэптопам с диагональю 18,4 дюйма и даже с двадцатидюймовыми дисплеями. Во-вторых, мощный дву- или четырёхъядерный процессор среднего или высшего класса, позволяющий без проблем обрабатывать видео или фотографии большого разрешения и, конечно, справляться с трёхмерными играми - например, Intel Core серий i5 и i7 или AMD Phenom II в дву-, трёх- или четырёхъядерном исполнении.

Памяти, как известно, много не бывает, поэтому для мультимедийного ноутбука абсолютный минимум "оперативки" - 2 Гбайта, лучше - 4 Гбайта, а совсем замечательно - 8 Гбайт. Винчестер ноутбука, на котором будут храниться фильмы, музыка, фотография и игры, тоже не может быть маленьким: минимальный его объём - 320 Гбайт, оптимальный - 640 или 750 Гбайт, а наилучший вариант - два диска общей ёмкостью 1,5 Тбайта.

Графический ускоритель для мультимедийной машины так же важен, как и для игровой, но в нашем случае редко применяются топовые модели для экстремальных геймеров. Чаще всего речь идёт о дискретно й графике среднего и высшего среднего классов, то есть об AMD/ATI Mobility Radeon HD 5770, HD 5750, HD 5730 и HD 5650 или NVIDIA GeForce GTX 470M, GeForce GTX 460M и GeForce GT 445M. Всё это высокопроизводительные чипы последних поколений, на аппаратном уровне поддерживающие видео высокой чёткости, программный интерфейс DirectX 11 и отвечающие всем требованиям, предъявляемым к мощным универсальным видеоускорителям.

В ноутбуки с большими экранами нередко устанавливаются аудиосистема повышенного качества из двух или четырёх громкоговорителей с микросабвуфером и гибридный ТВ-тюнер, способный принимать аналоговый и цифровой телесигналы. Кроме того, такие машины обычно комплектуются беспроводными пультами дистанционного управления.

В набор разъёмов на мультимедийном ноутбуке должны входит все порты, необходимые для полноценного подключения компьютера к домашней аудио- и видеосистеме: прежде всего, это цифровой видеоинтерфейс DVI и/или универсальный цифровой интерфейс HDMI. В ноутбуках этого класса могут также устанавливаться многоканальные аналоговые аудиовыходы и цифровые оптические или коаксиальные звуковые выходы.

Рис. 10. Мультимедийный ноутбук Lenovo Z50-75

• Игровые ноутбуки

Игровые ноутбуки (рис.11) предназначены для особо ресурсоемких задач, например, компьютерных игр.

Рис. 11. Игровой ноутбук MSI GT72 Dominator

Основное отличие игрового ноутбука — производительный процессор и мощная видеокарта. Несмотря на то, что мобильные версии видеокарт уступают настольным, они способны обеспечить достаточно комфортные условия даже в самых требовательных играх. Некоторые производители предлагают ноутбуки с двумя графическими адаптерами, работающими в режиме SLI/Crossfire (разумеется, в моделях класса Desktop Replacement), на самые дорогие модели возможна замена большинства комплектующих, также имеется эффективная система охлаждения. Зачастую игровые ноутбуки обладают агрессивным, иногда просто очаровывающим дизайном.

Перед вами явно не игровой девайс, если у него на борту менее 8 гигабайт оперативной памяти. Всего 4 или даже 2 Гб имеют весьма посредственные и офисные «работяги». Игровые приложения всегда считались двигателем прогресса в компьютерном мире, поэтому и требования к «железу» у них такие высокие. Тип оперативной памяти только DDR3 или DDR4 с частотой не менее 1600 МГц – остальное не стоит вашего внимания/

Недорогой игровой ноутбук обязательно должен оснащаться дискретной видеокартой, причём не ниже GeForce 670M от NVIDIA или аналогичным от AMD вроде «Радеона 8870М». В качестве альтернативного варианта можно рассмотреть технологию SLI или CrossFire с поддержкой двух мало-мальски мощных карт, но такое в лэптопах редко встречается. –

Естественно, стоит учитывать, что технические характеристики десктопных видеокарт и мобильных графических ускорителей не тождественны, поэтому сравнение «напрямую» тут неуместно. Но, с другой стороны, лэптопы просто не имеют такого шикарного ассортимента видеоускорителей, как их «старшие» собратья, поэтому особо ломать голову над тем или иным выбором не придётся.

Недорогой игровой ноутбук не может иметь разрешение меньше, чем 1366 на 768 точек. Даже такой устаревший формат встретить сегодня практически невозможно. Невысокое разрешение, конечно, разгружает графический ускоритель, но удовольствие от игр в таком случае снижается на порядок. Что касается матрицы, то в случае с дорогими моделями можно остановиться и на версиях с TN-развёрткой – ею довольно часто комплектуют недорогой игровой ноутбук. Отзывы о TN- матрице, конечно, не всегда положительного характера, но тем не менее премиум-модели имеют весьма неплохую цветопередачу и хорошие углы обзора, да и время отклика поменьше, чем у IPS-развёртки, что неплохо сказывается на обработке динамичных сцен.

Перед вами явно не игровой лэптоп, если он тонкий и лёгкий, – исключение составляют считаные единицы, но они стоят очень больших денег. Всё то полезное, мощное и шустрое, что «напихано» в игровой ноутбук, просто не может мало весить и обладать скромными габаритами, поэтому учитывайте это, когда будете взвешивать девайс на руке и оценивать его.

• Мобильная рабочая станция

Ноутбуки класса мобильная рабочая станция (рис.12) предназначены для профессиональной работы в программах трёхмерного моделирования и САПР.

Рис. 12. Мобильная рабочая станция HP Omen Pro

Ключевым отличием мобильной рабочей станции от прочих ноутбуков является использование мобильных версий профессиональных видеокарт NVidia Quadro FX или ATI FireGL. Обычно на подобных ноутбуках установлен производительный процессор, а дисплей имеет большое разрешение (вплоть до 1920 × 1200 на моделях с размером диагонали экрана 15,4 — 17 дюймов).

• Защищённые ноутбуки

Защищенные ноутбуки (рис.13) предназначены для работы в экстремальных условиях.

Рис. 13. Защищенный ноутбук Getac V110

В защищённых ноутбуках используются специальные компоненты, устойчивые к внешним воздействиям. Они обладают повышенной устойчивостью к вибрации, ударам, большой запылённости, влажности и агрессивным химическим средам, могут работать при экстремально высоких и экстремально низких температурах. Корпус подобных устройств способен выдержать большую статическую нагрузку, сравнимую с наездом автомобиля.

Такие ноутбуки находят применение в армии, аварийно-спасательных службах, могут служить в качестве промышленных компьютеров и т.п. За что, собственно, они и получили прозвище «внедорожники».

Зачастую подобные устройства разрабатываются по специальному заказу государственных организаций (в основном, вооружённых сил).

Широкому распространению защищённых ноутбуков препятствует высокая цена и большой вес.

Система охлаждения ноутбука

Устройство системы охлаждения ноутбуков (рис. 14) является довольно сложным в техническом плане инженерным решением. Принцип действия этой системы такой же, как и на стационарных компьютерах: отвод тепла (используя эффекты рассеивания и теплопроводности) от основных элементов материнской платы. Таковыми являются процессор, графический чип (видеокарта) и северный мост (Northbridge). Однако существенной проблемой является то, что все детали ноутбука находятся на ограниченном пространстве (в довольно компактном корпусе), где спроектировать систему охлаждения аналогичную настольным ПК невозможно.

Рис. 14. Система охлаждения ноутбука

Поэтому в ноутбуках используется так называемый замкнутый контур охлаждения. Как правило, он состоит из медной трубки особой конструкции, припаянного к ней радиатора и установленного вентилятора, который непосредственно и обдувает радиатор в процессе работы. Как видно на рис.1, контур охлаждения в данном случае состоит из двух медных трубок (из-за особенности проектировки внутреннего устройства ноутбука производителем). Но принцип его работы соответствует описанному выше, с тем лишь исключением, что охлаждающий вентилятор обдувает сразу два радиатора (так как установлены две трубки). Понятно, что при использовании вентилятора такая система охлаждения называется активной.

Кроме того, в современных ноутбуках может быть несколько контуров охлаждения с отдельными радиаторами и вентиляторами для каждого.

Техническая сложность данной системы заключается именно в конструкции медных трубок. Дело в том, что при работе ноутбука процессор и графический чип очень сильно греются. И чтобы предотвратить выход из строя, их нужно охлаждать, причем довольно быстро. Именно поэтому медные трубки являются почти полыми, так как внутри имеют структуру медных волокон (получается как бы капиллярная система, которая ускоряет движение воды в трубке). Трубки не до конца наполнены водой и из них откачан воздух. Таким образом, в процессе нагрева одного конца трубки (которым она прикреплена к процессору или графическому чипу), вода переходит в газообразное состояние (испаряется) и газ устремляется к другому концу трубки (где прикреплен радиатор). Здесь при помощи вентилятора стенки радиатора и трубки интенсивно охлаждаются, и происходит конденсация (переход воды из газообразного состояния в жидкое). Затем охлажденная вода снова возвращается в другой конец трубки и процесс повторяется снова. И так постоянно.

Многие ставят ноутбук на кровать, считая, что достаточно не закрывать радиатор. Но для обеспечения эффективной работы охлаждения необходим свободный поток воздуха. Именно поэтому помимо выходных отверстий (где расположены радиаторы), корпус ноутбука имеет также и входные отверстия или точнее небольшие прорези (как правило, в нижней части). Они обеспечивают непрерывный доступ свежего воздуха внутрь корпуса. Иначе бы корпус был замкнутым пространством, и система охлаждения была бы не эффективной.

Таким образом, распространенной ошибкой является установка ноутбука на мягкие поверхности, закрывающие эти отверстия: на диван, на кровать и т.д. Если уж необходимо держать ноутбук на кровати, то для этого лучше использовать, либо специальный столик, либо охлаждающую подставку.

Ниже представлено технологические отверстия для обеспечения потока воздуха в системе охлаждения ноутбука (рис. 15)

Рис. 15. Технологические отверстия

Виды систем охлаждения

Системы воздушного охлаждения

Пассивная система воздушного охлаждения

Пассивные системы были первыми охлаждающими устройствами в эволюции холодильного оборудования для компьютеров. Свое название они получили из-за отсутствия движущихся механизмов и источников питания.

Обычный радиатор (рис. 16) – самая распространенная пассивная система охлаждения, работающая на принципах теплообмена с окружающим воздухом и естественной конвекции воздушных потоков (горячий воздух поднимается, холодный - опускается). Эффективность работы радиатора зависит от двух факторов: площади поверхности и материала изготовления.

Рис. 16. Радиатор

Чем больше площадь поверхности ребер радиатора – тем большее количество тепла он способен рассеять в окружающую среду. Но температуры компонентов росли, рос и радиатор, грозя заполнить собой весь внутренний объем системного блока и превратить компьютер в обогреватель. Именно в тот момент стали появляться радиаторы с волнообразной формой ребер, с многоярусными ребрами, игольчатые радиаторы и т.п.

Материалом изготовления первых радиаторов стал простой в обработке, дешевый и довольно теплопроводный алюминий. Но во времена «всемирного потепления процессоров» оказалось, что способности алюминия рассеивать тепло недостаточно. И тогда в ход пошла более дорогая, но более теплопроводная медь. Сначала из нее изготавливали только сердечники радиаторов с напрессованными алюминиевыми ребрами, а потом и вовсе стали изготавливать радиаторы целиком из меди.

Когда даже полностью медные радиаторы достигли внушительных размеров и веса, для отвода от горячих компонентов стали применять так называемые теплоотводные трубки. Они представляют собой закрытую металлическую трубку (в качестве материалов трубки чаще всего используется все та же медь) с откачанным воздухом, внутри которой находится некоторое количество жидкости и капиллярная система. Жидкость, испаряясь на горячем конце трубки, мгновенно переносит тепло, распределяя его равномерно по всей длине трубки, и конденсируется на холодном конце, возвращаясь в исходное жидкое состояние. Эффективность тепловых трубок во много раз выше, чем у металлического прутка того же диаметра, но для непосредственного охлаждения они не подходят. Тепловые трубки используют только для отвода тепла в более просторную и холодную часть корпуса компьютера, где возможно установить массивный радиатор, рассеивающий принесенное трубкой тепло. На последних моделях экстремальных материнских плат радиаторы тепловых трубок, охлаждающие чипсет, расположены так, чтобы контактировать с воздухом вне компьютерного корпуса.

В современных компьютерах из-за высокого тепловыделения компонентов охлаждение только с помощью пассивных систем невозможно. Поэтому пассивные системы охлаждения являются неизменными спутниками активных систем и в качестве автономного кулера выступают только в наименее горячих местах.

Достоинства: экономность, надежная работа, безопасность, отсутствие шума.

Недостатки: низкая эффективность для современного оборудования.

Активная система воздушного охлаждения

Воздушное охлаждение (рис. 17) до сих пор остается самым популярным способом борьбы с температурными излишками. Суть этого метода сводится к организации правильного воздушного потока - горячий воздух должен эффективно выводиться за пределы системного блока. Обычно устанавливают один или несколько вентиляторов, которые обеспечивают циркуляцию воздушного потока от передней стенки корпуса к задней. В непродуманной системе воздушного охлаждения может происходить застой воздуха или миграция горячего воздуха от одной комплектующей к другой, а это значит, что система охлаждения превращается в систему нагревания.

Рис. 17. Воздушное охлаждение компьютера

Правило эффективности воздушного охлаждения очень простое: чем интенсивнее поток воздуха, тем лучше отводится тепло от греющихся узлов.

Для повышения качества обдува можно использовать один или несколько методов:

- увеличение количества вентиляторов;

- увеличение скорости вращения крыльчатки;

- установка вентиляторов большего диаметра;

- увеличение количества лопастей, а также изменение их формы (т.е. замена существующих вентиляторов на более «продвинутые» модели);

- разработка более эффективной схемы движения воздушных масс;

- устранение препятствий на пути отвода воздуха.

Очень часто эффективность работы вентилятора повышают путем добавления радиатора (пассивной системы охлаждения).

Достоинства: низкая стоимость; простота в установке и обслуживании.

Недостатки: основной источник шума в компьютере; скромные, в сравнении с другими активными системами, показатели эффективности; небольшой потенциал для покрытия постоянно возрастающих потребностей в охлаждении.

Системы жидкостного охлаждения

Следующим этапом развития охладительных систем стало использование жидкости для «понижения температуры горячих точек» в системном блоке. В качестве жидкости в таких системах чаще всего применяют дистиллированную воду с добавлением спирта (для борьбы с образованием «зелени») или антифриз. В экстремальных системах охлаждения воду или антифриз заменяют жидким азотом. Жидкостная система охлаждения (рис. 18) состоит из трех компонентов – теплообменника, радиатора и помпы, соединенных при помощи трубок в один замкнутый контур. Теплообменник, он же ватерблок, передает тепло от греющегося элемента потоку жидкости, помпа обеспечивает циркуляцию потока, а в радиаторе происходит охлаждение жидкости. Далее, с другими элементами весь процесс повторяется.

Рис. 18. Жидкостное охлаждение компьютера

Также существуют беспомповые системы водяного охлаждения, работа которых базируется на принципе испарения.

Качество жидкостной системы определяют два ключевых фактора: скорость циркуляции жидкости и эффективность охлаждающей работы радиатора (читай – размеры радиатора).

Достоинства СВО: почти бесшумная работа; высокая эффективность охлаждения, отсутствие передачи тепла от одного узла к другому (как в случае с воздушным охлаждением).

Недостатки СВО: высокая стоимость; сложность установки, большой размер системы, высокая вероятность повреждения ряда ключевых компьютерных компонентов при разгерметизации системы или выходе из строя помпы.

Несмотря на все недостатки подобных систем, они получают все более широкое распространение в связи с перманентным ростом требований к охлаждению новых компьютеров.

Фреоновые установки

Холодильная установка (рис. 19), испаритель которой установлен непосредственно на охлаждаемый компонент. Такие системы позволяют получить отрицательные температуры на охлаждаемом компоненте при непрерывной работе, что необходимо для экстремального разгона процессоров.

Рис. 19. Фреоновая установка

Недостатки:

• необходимость теплоизоляции холодной части системы и борьбы с конденсатом (это общая проблема систем охлаждения, работающих при температурах ниже температуры окружающей среды);

• трудности охлаждения нескольких компонентов;

• повышенное электропотребление;

• сложность и дороговизна.

Ватерчиллеры

Системы, совмещающие системы жидкостного охлаждения и фреоновые установки (рис. 20).

Рис. 20. Ватерчиллер

В таких системах антифриз, циркулирующий в системе жидкостного охлаждения, охлаждается с помощью фреоновой установки в специальном теплообменнике. Данные системы позволяют использовать отрицательные температуры, достижимые с помощью фреоновых установок для охлаждения нескольких компонентов (в обычных фреонках охлаждение нескольких компонентов затруднено). К недостаткам таких систем относится большая их сложность и стоимость, а также необходимость теплоизоляции всей системы жидкостного охлаждения.

Системы отрытого испарения

Установки, в которых в качестве хладагента (рабочего тела) используется сухой лёд, жидкий азот или гелий, испаряющийся в специальной открытой ёмкости (стакане), установленной непосредственно на охлаждаемом элементе. Используются в основном для экстремального разгона аппаратуры («оверклокинга»). Позволяют получать наиболее низкие температуры, но имеют ограниченное время работы (требуют постоянного пополнения стакана хладагентом).

Рис. 21. Система открытого испарения

Системы каскадного охлаждения

Эти системы включают в себя две и более последовательно включенных фреоновых установок. Для получения более низких температур требуется использовать фреон с более низкой температурой кипения. В однокаскадной холодильной машине в этом случае требуется повышать рабочее давление за счет применения более мощных компрессоров.

Альтернативный путь — охлаждение радиатора установки другой фреоновой установкой за счет чего снижается рабочее давление в системе и становится возможным применение обычных компрессоров. Такие системы позволяют получать гораздо более низкие температуры, чем однокаскадные и, в отличие от систем открытого испарения, могут работать непрерывно. Однако они являются и наиболее сложными в изготовлении и наладке.

Системы с элементами Пельтье

Элемент Пельтье (рис. 22) – еще одно устройство охлаждения, состоящее из двух полупроводниковых пластин. При пропускании через них электрического тока одна пластина начинает морозить, а другая, наоборот, излучать тепло. Причем температурный промежуток между температурами двух пластин всегда одинаков. Используется элемент Пельтье следующим образом: "морозящая" сторона крепиться на процессор.

Рис. 22. Элемент Пельтье

Опасность его использования связана с тем, что при неправильной установке элемента есть вероятность образования конденсата, что повлечет за собой выход оборудования из строя. Так что при использовании элемента Пельтье следует быть чрезвычайно аккуратным.