第2章224微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

第二章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)2.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述2.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和工作原理2.3計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng) 2.4微型計(jì)算機(jī)硬件組成

12.4微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)的誕生

1971年Intel的工程師馬西安·霍夫(M.E.Hoff)成功地在一個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)了中央處理器：第一片4位微處理器—Intel4004，第一臺(tái)4位微型計(jì)算機(jī)—MCS-4，22.摩爾定律

每18個(gè)月，集成度將翻一翻，

速度將提高一倍，

而其價(jià)格將降低一半微處理器的發(fā)展標(biāo)志著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展。速度是非?？斓娜缃襁@一翻番的周期已縮短為12個(gè)月甚至更短。3摩爾定律晶體管數(shù)目4004奔騰2,30042,000,00032年P(guān)43,500,000晶體管數(shù)10K100K1M10M100M197519801985199519902000單位時(shí)間執(zhí)行的指令數(shù)百萬條/每秒0.1110255004004Pentium每2年芯片能力增長(zhǎng)一倍808080888286838684862000年的微處理器4主機(jī)系統(tǒng)主機(jī)的基本組成主板CPU存儲(chǔ)器：內(nèi)存、外存主機(jī)網(wǎng)卡顯卡聲卡顯示器掃描儀打印機(jī)光驅(qū)網(wǎng)絡(luò)話筒音響MIDI鼠標(biāo)、鍵盤51.主板注：集成了聲卡、網(wǎng)卡、IEEE1394卡

沒有集成顯卡

背板上沒有串行口和IEEE1394接口

但是主板上有引腳主板（MainBoard）也叫母板（MotherBoard）678COM口：COM口即串行通訊端口。微機(jī)上的com口通常是9針，也有25針的接口，最大速率115200bps。通常用于連接鼠標(biāo)（串口）及通訊設(shè)備（如連接外置式MODEM)等。一般主板外部只有一個(gè)COM口，機(jī)箱后面和并口一起的那個(gè)九孔輸出端（梯形），就是COM1口，COM2口一般要從主板上插針引出。9標(biāo)準(zhǔn)的1394接口：IEEE-1394被應(yīng)用在眾多的領(lǐng)域，包括數(shù)碼攝像機(jī)、高速外接硬盤、打印機(jī)和掃描儀等多種設(shè)備。標(biāo)準(zhǔn)的1394接口可以同時(shí)傳送數(shù)字視頻信號(hào)以及數(shù)字音頻信號(hào)，相對(duì)于模擬視頻接口，1394技術(shù)在采集和回錄過程中沒有任何信號(hào)的損失，正是由于這個(gè)優(yōu)勢(shì)，1394卡更多地是被人們當(dāng)做視頻采集卡來使用，它的其他功能反而被忽視了。

10各種指標(biāo)及相互關(guān)系

最重要的是前端總線頻率和外頻頻率越高則性能越好芯片組：

CPU是大腦，芯片組是心臟

由南橋，北橋組成主板架構(gòu)板載功能主板總線圖就是將某一些接口卡的功能集成到主板上。最常見的就是集成聲卡和網(wǎng)卡的功能。

Intel875芯片組主頻＝外頻×倍頻11芯片組是主板的核心，決定了主板的功能和檔次，由北橋和南橋芯片組成。北橋芯片（MemoryControlHub，MCH）負(fù)責(zé)與CPU的聯(lián)系，決定主板支持的CPU的類型、內(nèi)存的類型等。位置：CPU和內(nèi)存插槽最近北橋芯片決定了主板的性能，人們常用北橋芯片的代號(hào)來稱呼主板，如使用Intel915北橋芯片的主板稱為915主板。南橋芯片（I/OControlHub，ICH）負(fù)責(zé)與I/O總線的通信，如PCI總線、USB、IDE、SATA等，以及負(fù)責(zé)管理音頻控制器、鍵盤控制器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘控制器、高級(jí)電源管理等。位置：離CPU插槽較遠(yuǎn)的下方12主板架構(gòu)主板架構(gòu)概念：是對(duì)主板的尺寸大小、形狀、各元器件的布局、排列方式等制定出標(biāo)準(zhǔn)，所有主板廠商都必須遵循。主要解決散熱、噪聲等常見架構(gòu)ATX:最常見的主板架構(gòu),擴(kuò)展插槽較多，數(shù)量在4-6個(gè)MicroATX:常說的“小板”，擴(kuò)展插槽較少，用于品牌機(jī)并配備小型機(jī)箱BTX:新一代主板結(jié)構(gòu)，是將來的發(fā)展趨勢(shì)

ATXBTX13主頻、外頻和前端總線頻率關(guān)系主頻：CPU的時(shí)鐘頻率，一般是主頻越高，運(yùn)算速度也就越快。實(shí)際上CPU的運(yùn)算速度受許多因素的影響，例如高速緩存的大小，主頻高的不一定比主頻低的運(yùn)算速度快。例如：1GHzItanium的運(yùn)算速度與2.66GHzXeon差不多。外頻：系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率，系統(tǒng)總線的工作頻率，CPU與外圍設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)的頻率，CPU到芯片組之間的總線速度。倍頻：主頻是外頻的倍數(shù)。主頻＝外頻×倍頻系數(shù)前端總線（FSB）頻率：（新引入的）前端總線：CPU和北橋芯片之間的總線，CPU和外界交換數(shù)據(jù)的唯一通道

前端總線頻率：IntelCPU，F(xiàn)SB能在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)4次，所以FSB頻率=外頻*4；AMDCPU，F(xiàn)SB能在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)兩次，所以FSB頻率=外頻*2.前端總線數(shù)據(jù)傳輸速率＝前端總線頻率×前端總線數(shù)據(jù)寬度（64位）／8

CPU主要性能指標(biāo)14字長(zhǎng)和位數(shù)通常，CPU位數(shù)=CPU的字長(zhǎng)=通用寄存器位數(shù)

作為一個(gè)整體參與運(yùn)算、處理和傳送的一串二進(jìn)制數(shù)稱為一個(gè)“字”。高速緩沖存儲(chǔ)器容量15核心數(shù)量通過提高CPU主頻來提高計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力，在早期主頻比較低的時(shí)候還可行。隨著頻率越高，耗電越多，熱量越大，問題越多。多核心可以在較低主頻，提高性能。制造工藝（越小越好）CPU內(nèi)電路與電路之間的距離，單位是微米和納米。1納米=10-9米現(xiàn)在先進(jìn)的是65，45和32納米

制造工藝越小，CPU的體積就越小，集成度不斷提高，功耗降低，性能得到提高，故制造工藝越小越好。16主流CPU產(chǎn)品Intel產(chǎn)品系列2006.71993奔騰17賽揚(yáng)現(xiàn)今微處理器

低價(jià)位個(gè)人電腦,使用相同的核心技術(shù)，但二級(jí)緩存減少為奔騰的一半或更少。182005酷睿19現(xiàn)今微處理器

64位CPU,速度最快，用于服務(wù)器和工作站

至強(qiáng)安騰20AMD產(chǎn)品系列龍芯1號(hào)龍芯2號(hào)龍芯2號(hào)E國(guó)產(chǎn)龍芯系列速龍

炫龍羿龍21存儲(chǔ)器內(nèi)存隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)只讀存儲(chǔ)器(ROM)高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache)外存磁介質(zhì):軟盤和硬盤光盤:CD,DVDFlash存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器（主存儲(chǔ)器）:速度快，容量小，價(jià)格較高，可由CPU直接訪問。外存儲(chǔ)器（輔助存儲(chǔ)器）:速度慢，容量大，價(jià)格低，CPU不可以直接訪問。CPURAM外存數(shù)據(jù)訪問22RAM的發(fā)展SDRAM(同步動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器)DDR(雙倍數(shù)據(jù)速率SDRAM)DDR2DDR3一個(gè)總線時(shí)鐘周期讀寫一次數(shù)據(jù)一個(gè)總線時(shí)鐘周期

讀寫兩次數(shù)據(jù), 2倍一個(gè)總線時(shí)鐘周期讀寫兩次數(shù)據(jù)并行存取兩個(gè)數(shù)據(jù),4倍一個(gè)總線時(shí)鐘周期讀寫兩次數(shù)據(jù)并行存取四個(gè)數(shù)據(jù),8倍23ROM只讀存儲(chǔ)器：可讀，不可寫；掉電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失BIOS(BasicInputOutputSystem)即基本輸入輸出系統(tǒng)。是被固化到主板ROM芯片上的程序。BIOS主要功能:識(shí)別各種硬件(包括型號(hào))引導(dǎo)操作系統(tǒng)：自檢。檢查電腦硬件是否良好。初始化，讀取CMOS里設(shè)置的參數(shù),對(duì)硬件進(jìn)行設(shè)置。引導(dǎo)操作系統(tǒng)。進(jìn)行硬件最直接的操作，如讀文件等。開機(jī)自檢執(zhí)行ROM中的啟動(dòng)程序加載操作系統(tǒng)執(zhí)行操作系統(tǒng)24Cache（高速緩存）CPU的速度很快而內(nèi)存速度較慢，怎么辦？Cache與內(nèi)存數(shù)據(jù)交換是以塊（頁(yè)）為單位的。CPU首先從Cache中查找，如果沒有找到，再?gòu)膬?nèi)存中讀取，同時(shí)把這個(gè)數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)塊調(diào)入Cache中。Cache視頻Cache，它集成在CPU內(nèi)部，高速，容量小。一級(jí)緩存L1Cache，容量小,基本在

4KB到64KB之間。二級(jí)緩存L2Cache，容量稍大,有256KB、512KB、1MB、2MB

等一級(jí)緩存容量，各產(chǎn)品之間相差不大，而二級(jí)緩存容量，則是提高CPU性能的關(guān)鍵。例如賽揚(yáng)和奔騰系列…Cache一般由DRAM(靜態(tài)存儲(chǔ)器)構(gòu)成。CPU內(nèi)存Cache25外存儲(chǔ)器大容量、能長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)，價(jià)格便宜。外存磁盤:軟盤和硬盤光盤：CD,DVDFlash存儲(chǔ)器：U盤和各種Flash卡26軟盤(FloppyDisk)微機(jī)使用的軟盤直徑為3.5英寸，稱為3寸盤，容量為1.44MB。容量計(jì)算方法：P43軟盤容量小、單位容量成本高、速度慢且可靠性差。已被U盤替代。27硬盤HardDisk,微機(jī)中最主要的輔存，容量大。盤片：一個(gè)硬盤有多個(gè)盤片，每盤片有上下兩個(gè)面，都可以保存數(shù)據(jù),每個(gè)面都有一個(gè)磁頭，用于讀寫數(shù)據(jù)。磁道：盤片上不同半徑的同心圓為磁道。柱面：不同盤片相同磁道構(gòu)成的圓柱面即柱面。扇區(qū)：一個(gè)磁道被劃分為多個(gè)扇區(qū)。存儲(chǔ)容量＝磁頭數(shù)×磁道（柱面）數(shù)×扇區(qū)數(shù)×每扇區(qū)字節(jié)數(shù)(512B)。存儲(chǔ)容量＝盤片數(shù)×2(面數(shù))×磁道（柱面）數(shù)×扇區(qū)數(shù)×每扇區(qū)字節(jié)數(shù)(512B)。信息記錄可表示為：幾號(hào)磁頭，幾號(hào)磁道（柱面），幾號(hào)扇區(qū)。柱面扇區(qū)磁道28難點(diǎn)：硬盤接口 （1）IDE接口是一種并行接口連接IDE硬盤

連接CD或DVD驅(qū)動(dòng)器（2）SATA接口是一種串行接口

SATA1.0數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到150MBps

SATA2.0數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到300MBps

SATA3.0數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到600MBps

硬盤接口29硬盤種類筆記本硬盤的直徑一般僅為2.5英寸和1.8英寸。移動(dòng)硬盤＝筆記本硬盤＋讀寫控制電路板＋外部接口。外部接口主要有USB2.0和IEEE1394。①USB2.0 速度可達(dá)480Mbps②IEEE1394速度目前可達(dá)400Mbps微型硬盤一般為1英寸以下的硬盤。主要用于數(shù)碼產(chǎn)品中，如數(shù)碼攝像機(jī)。固態(tài)硬盤（solid-statedisk，SSD）是運(yùn)用Flash芯片發(fā)展出最新的硬盤。不怕摔，能適應(yīng)極端溫度或濕度，適合工業(yè)或軍事用途。價(jià)格非常高。30

IEEE1394接口DV就是數(shù)字電影（Digitalvideo），AV是音頻(audio)視頻(video)的簡(jiǎn)稱31

光盤CD的容量一般為680M,DVD的容量為4.7G~50G，采用更細(xì)的激光束，具有更高的磁道密度。光驅(qū)的數(shù)據(jù)讀取速率用倍速來表示，CD光驅(qū)的1倍速是150KB/s,DVD光驅(qū)的1倍速是1350KB/s

CD最高為64倍速,DVD為20倍速。光驅(qū)：CD-ROM光驅(qū)：只能讀取CD光盤。DVD-ROM光驅(qū)：可以讀取CD和DVD光盤COMBO光驅(qū)：“康寶”是一種集合了CD、DVD的讀取和CD的刻錄。DVD刻錄光驅(qū)：包括了CD、DVD的讀取和CD、DVD的刻錄。32

總線是各部件（或設(shè)備）之間傳輸數(shù)據(jù)的公用通道

共享總線帶寬

如：USB總線、PCI總線看書：p47獨(dú)享總線帶寬如：AGP總線、PCI-e總線總線南橋

芯片設(shè)備1設(shè)備3設(shè)備2總線33總線分類地址總線:傳輸?shù)刂沸畔?shù)據(jù)總線:傳輸數(shù)據(jù)信息控制總線:傳輸控制信息內(nèi)部總線：連接CPU的各個(gè)組成部件（芯片內(nèi)部）系統(tǒng)總線：連接計(jì)算機(jī)中各大部件外部總線：連接計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備連接對(duì)象傳輸內(nèi)容并行總線:通信速度快、實(shí)時(shí)性好串行總線:簡(jiǎn)易、方便、靈活通信方式

34總線衡量總線的指標(biāo)就是總線帶寬,指單位時(shí)間內(nèi)總線上傳送的數(shù)據(jù)量，反映了總線數(shù)據(jù)傳輸速率。

總線帶寬=總線頻率×總線位數(shù)×傳輸次數(shù)/8總線頻率：以Hz（赫茲）為基本單位,1Hz就是每秒完成一個(gè)周期，也可理解成1b/s，即每秒傳輸1位?？偩€位數(shù)：總線能夠同時(shí)傳送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，例如32位總線、64位總線。傳輸次數(shù)：是指每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)。一般為135微機(jī)系統(tǒng)總線常見的總線有：ISAPCIPCI-EAGP36ISAISA總線是一種并行總線，主要用于早期的微型計(jì)算機(jī)中，目前已被LPC總線所代替,用于主板南橋芯片與BIOS的通信。37PCIPCI是一種32位數(shù)據(jù)的并行總線（可擴(kuò)展為64位）總線頻率為33MHz或66MHz，則

最大傳輸速率（總線帶寬）＝66M×64×1/8＝532MB/s。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、設(shè)計(jì)容易。缺點(diǎn)是總線帶寬有限（總線頻率有限），同時(shí)多個(gè)設(shè)備是共享總帶寬。38PCI-E是一種串行總線，是替代PCI的最新的總線。有多個(gè)通道（Lane），各個(gè)通道相互獨(dú)立，即PCI-E的x1、x2、x4、x8、x12、x16和x32等。每個(gè)通道單向傳輸帶寬可達(dá)250MB/s，雙向?yàn)?00MB/s。優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸速率高，而且?guī)捠歉鱾€(gè)設(shè)備獨(dú)享的。PCI-Ex1取代傳統(tǒng)的PCI，而PCI-Ex16取代AGP。39AGPAGP（AcceleratedGraphicsPort，圖形加速端口)是顯卡的專用擴(kuò)展插槽，在PCI基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。AGP接口也有多個(gè)通道的版本，AGP1x和AGP2x,AGP4x,AGP8x。在微機(jī)中應(yīng)用的主要是AGP4x，它的數(shù)據(jù)傳輸帶寬有1066MB/s。40

將來：串行總線肯定會(huì)逐漸取代并行總線原因：并行總線高頻率的條件下容易出錯(cuò)：p47串行總線：RS232、PS/2、USB、SATA等串行總線和并行總線速度41

各種接口

USB接口：

USB1.1最高傳輸速率可達(dá)12Mbps很少見到USB2.0傳輸速率可達(dá)480Mbps普遍IEEE1394：支持的設(shè)備有DV、移動(dòng)硬盤、音響設(shè)備可以達(dá)到400Mbps，將來會(huì)800Mbps，1Gbps，1.6GbpsPS/2接口串行口并行口接口4243基本輸入和輸出設(shè)備鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏、顯示器、打印機(jī)

新型數(shù)碼設(shè)備數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、攝像頭、投影儀

其它應(yīng)用廣泛的設(shè)備：磁卡、IC卡、射頻卡等許多卡片的讀寫設(shè)備條形碼掃描器指紋識(shí)別器等輸入和輸出設(shè)備44連接

①基本輸入設(shè)備PS/2（紫色）口鍵盤

USB口“藍(lán)牙”技術(shù)無線鍵盤輸入和輸出設(shè)備45PS/2（綠色）口鼠標(biāo)

USB口“藍(lán)牙”技術(shù)無線鼠標(biāo)連接

鼠標(biāo)

機(jī)械式的

光電式的:

光電鼠標(biāo)更精確、更耐用、更容易維護(hù)

觸摸板軌跡球（筆記本電腦）控制鼠標(biāo)指針：軌跡球（TrackPoint）、觸摸板（TouchPad）

觸摸屏輸入和輸出設(shè)備46②基本輸出設(shè)備CRT：性能價(jià)格比高，技術(shù)成熟分類

LCD：將取代CRT分辨率：像素的數(shù)量如1024×768、1280×1024指標(biāo)

顏色質(zhì)量：每一個(gè)像素占用的位數(shù)，真彩色是24位刷新頻率(CRT)：屏