PC主機(jī)的組成課件

2.3PC主機(jī)的組成2.3.1主板、芯片組與BIOS2.3.2內(nèi)存儲器2.3.3

I/O總線和I/O接口臺式PC的物理組成臺式機(jī)臺式PC主機(jī)外部設(shè)備機(jī)箱、電源主板CPU內(nèi)存條顯示卡芯片組BIOSROMCMOSPCI插槽(I/O總線)網(wǎng)卡輸入設(shè)備外存儲器鍵盤鼠標(biāo)器麥克風(fēng)攝像頭輸出設(shè)備U盤、移動硬盤顯示器打印機(jī)音箱/耳機(jī)聲卡插頭和插座(I/O接口)硬盤、軟驅(qū)光盤驅(qū)動器1音箱5CPU2調(diào)制解調(diào)器6鍵盤3麥克風(fēng)7鼠標(biāo)器4內(nèi)存條8CD驅(qū)動器9軟驅(qū)10硬盤驅(qū)動器11打印機(jī)12I/O接口13CRT顯示器14擴(kuò)展卡主板臺式PC機(jī)(立式)的主機(jī)箱擴(kuò)展空間(1)主板主板的作用：安裝所有的電子器件、電路與連接件主板內(nèi)容：見上圖ROMBIOS：存放最基礎(chǔ)的軟件——基本輸入/輸出系統(tǒng)(BIOS)CMOS存儲器：存放硬件配置信息和系統(tǒng)基本參數(shù)（日期、時間、口令等）存儲器插槽處理器插座

I/O設(shè)備插口光驅(qū)及硬盤連接器電源連接器擴(kuò)充卡插槽(PCI)CPU插座北橋芯片南橋芯片

BIOSROMCMOS存儲器擴(kuò)充卡插槽(PCI-Ex1)顯示卡插槽(PCI-Ex16)例：華碩P5Q主板CPU插座內(nèi)存條插座硬盤IDE連接器PCI插槽芯片組各種I/O插口顯卡插槽PCI-E插槽(2)芯片組的作用芯片組是PC機(jī)各組成部分相互連接和通信的樞紐北橋芯片：1.存儲器控制功能；2.連接CPU、存儲器、顯卡、南橋芯片的樞紐南橋芯片：1.多種I/O設(shè)備的控制功能；2.I/O總線(PCI總線)功能；3.提供了各種I/O接口CPU芯片CPU前端總線北橋MCH圖形卡接口雙通道南橋ICH5USB2.0接口(x8)以太網(wǎng)接口PCI插槽(≤6個)ROMBIOS硬盤接口(x2)音頻CodecSuperI/O鍵盤,鼠標(biāo),軟驅(qū),并口,串口等電話ModemDDR2電源管理、時鐘生成DDR2存儲器關(guān)于芯片組的一些說明芯片組與CPU芯片同步發(fā)展，有什么樣功能和速度的CPU，就有什么樣的芯片組與之配套由于集成電路集成度越來越高，為降低系統(tǒng)成本，芯片組中集成了越來越多的功能，包括網(wǎng)卡、顯卡、聲卡等功能生產(chǎn)芯片組的公司：Intel芯片(如X48、P43、P45和G41、G43、G45、B43、Q43、Q45；ICH7、ICH8、ICH9和ICH10等）VIA（威盛，中國臺灣）nVIDIA（美國）AMD（美國）(3)BIOS什么是BIOS（BasicInput/OutputSystem）？中文名為“基本輸入/輸出系統(tǒng)”，它是存放在主板上只讀存儲器（ROM）芯片中的一組機(jī)器語言程序功能：診斷計(jì)算機(jī)故障啟動計(jì)算機(jī)工作控制基本外設(shè)的輸入輸出操作(鍵盤、鼠標(biāo)、磁盤讀寫、屏幕顯示等)BIOS芯片保存BIOS的只讀存儲器(ROM)芯片2.3.2內(nèi)存儲器復(fù)習(xí)：內(nèi)存與外存的關(guān)系及比較內(nèi)存儲器(簡稱內(nèi)存或主存)存取速度快成本高、容量相對較小直接與CPU連接，CPU(指令)可以對內(nèi)存中的指令及數(shù)據(jù)進(jìn)行讀、寫操作屬于揮發(fā)性存儲器(volatile)，用于臨時存放正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)內(nèi)存儲器外存儲器CPU指令1指令2指令k指令n程序數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)m數(shù)據(jù)①任務(wù)啟動時，執(zhí)行該任務(wù)的程序和數(shù)據(jù)將從外存成批傳送到內(nèi)存②CPU從內(nèi)存中逐條讀取該程序的指令及相關(guān)的數(shù)據(jù)④將指令的運(yùn)算處理結(jié)果送回內(nèi)存保存⑤任務(wù)完成后，將處理得到的全部結(jié)果成批傳送到外存以長久保存③逐條執(zhí)行指令，按指令要求完成對數(shù)據(jù)的運(yùn)算和處理外存儲器(簡稱外存或輔存)存取速度慢成本低、容量很大不與CPU直接連接，計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序時，外存中的程序及相關(guān)數(shù)據(jù)必須先傳送到內(nèi)存，然后才能被CPU使用。屬于不揮發(fā)性存儲器(Nonvolatile)，用于長久存放系統(tǒng)中幾乎所有的信息內(nèi)存儲器的分類及應(yīng)用內(nèi)存由半導(dǎo)體存儲器芯片組成，芯片有多種類型：半導(dǎo)體存儲器只讀存儲器(ROM)隨機(jī)存取存儲器(RAM)靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器SRAM動態(tài)隨機(jī)存取存儲器DRAM不可在線改寫內(nèi)容的ROM快擦除存儲器（FlashROM）（用作Cache存儲器）

（用作主存儲器）每個存儲單元(cell)由6個晶體管組成只要加上電，信息就能一直保持對電器干擾相對不很敏感比DRAM更快，也更貴每個存儲單元由1個電容和1個晶體管組成.每10-100ms必須刷新一次對電器干擾比較敏感比SRAM慢，但便宜（用作BIOS存儲器）(顯卡、U盤、存儲卡)PC機(jī)主存儲器的物理結(jié)構(gòu)主存儲器由1～4個內(nèi)存條組成內(nèi)存條的組成：把若干片DRAM芯片焊裝在一小條印制電路板上制成內(nèi)存條必須插在主板上的內(nèi)存條插槽中才能使用目前流行的是DDR2和DDR3內(nèi)存條：均采用雙列直插式，其觸點(diǎn)分布在內(nèi)存條的兩面DDR2和DDR3均有240個引腳，但不可互換使用PC機(jī)主板中一般都配備有2個或4個內(nèi)存條插槽

4個內(nèi)存條插槽教學(xué)參考：

DDR內(nèi)存條的類型、速率及相關(guān)參數(shù)時鐘頻率=100MHz總線頻率=200MHz傳輸頻率=400MHz存儲單元陣列數(shù)據(jù)總線時鐘頻率=100MHz總線頻率=100MHz傳輸頻率=200MHz存儲單元陣列數(shù)據(jù)總線緩沖器緩沖器DDRDDR2內(nèi)存條類型內(nèi)存條名稱存儲器時鐘頻率存儲器總線時鐘頻率每秒傳輸次數(shù)最大傳輸速率DDR2-400PC2-3200100MHz200MHz400MT3.2GB/sDDR3-800PC3-6400400MHz800MT6.4GB/sDDR2-533PC2-4200133MHz266MHz533MT4.2GB/sDDR3-1066PC3-8500533MHz1066MT8.5GB/sDDR2-667PC2-5300166MHz333MHz667MT5.3GB/sDDR3-1333PC3-10600666MHz1333MT10.6GB/sDDR2-800PC2-6400200MHz400MHz800MT6.4GB/sDDR3-1600PC3-12800800MHz1600MT12.8GB/sDDR3-1866PC3-14900233MHz933MHz1866MT15GBDDR3-2000PC3-16000250MHz1000MHz2000MT16GBDDR3-2133PC3-17000266MHz1066MHz2133MT17GB存儲器與CPU速度差距愈來愈大DRAM,硬盤與CPU之間的速度差距愈來愈大：問題：由于CPU工作速度很快，內(nèi)存速度比較慢（差1～2個數(shù)量級），從內(nèi)存取數(shù)或向內(nèi)存寫數(shù)時，CPU往往需要等待教學(xué)參考：

如何提高cache的命中率？增大cache容量采用多級cache技術(shù)(2級或3級等)cache中采用快速的查找算法，判定是否命中不能命中時，采用有效的算法將讀入的內(nèi)容替換cache中暫時不使用的內(nèi)容編譯器優(yōu)化目標(biāo)程序程序員寫出cache-friendly的程序小結(jié)：計(jì)算機(jī)存儲器的層次結(jié)構(gòu)cache存儲器主存儲器(RAM和ROM)外存儲器（軟盤、硬盤、光盤）后備存儲器（磁帶庫、光盤庫）內(nèi)存儲器外存儲器寄存器典型容量<1KB幾個MB幾個GB100GB-1TB10TB-100TB典型存取時間1ns2ns10ns10ms10s分析：速度越快，成本較高。為了獲得好的性能/價格比，計(jì)算機(jī)中各種存儲器組成一個層狀的塔式結(jié)構(gòu)，取長補(bǔ)短，協(xié)調(diào)工作工作過程：1）CPU運(yùn)行時，需要的操作數(shù)大部分來自寄存器2）如需要從(向)存儲器中取(存)數(shù)據(jù)時，先訪問cache，如在，取自cache3）如操作數(shù)不在cache，則訪問RAM，如在RAM中，則取自RAM4）如操作數(shù)不在RAM，則訪問硬盤，操作數(shù)從硬盤中讀出→RAM→cache2.3.3

I/O控制與I/O接口關(guān)于計(jì)算機(jī)中的總線總線的定義：用于在CPU、內(nèi)存、外存和各種輸入輸出設(shè)備之間傳輸信息的一個共享的信息傳輸通路及其控制部件?？偩€的特點(diǎn)：1共享；2高速總線的參數(shù)：數(shù)據(jù)通路寬度；總線工作頻率；每秒傳輸次數(shù)總線帶寬(最高傳輸速率)＝(數(shù)據(jù)通路寬度/8)x總線工作頻率x傳輸次數(shù)總線的類型：CPU總線（前端總線FSB）存儲器總線I/O總線（目前使用的是PCI和PCI-E兩種）對應(yīng)主板上的兩種擴(kuò)充插槽：

PCI插槽

PCI-E插槽PCI和PCI-E擴(kuò)充卡插槽各種I/O插口PCI插槽工作頻率:33MHz，數(shù)據(jù)線:32位傳輸速率:133MB/sPCI-Ex1插槽1個串行傳輸通道；最高傳輸速率:250MB/s顯卡插槽(PCI-Ex16)16個串行傳輸通道；最高傳輸速率:5GB/s教學(xué)參考：

什么是PCI-E？由英特爾提出，原名為“3GIO”，改名為“PCI-Express”（PCI-E或PCIe）。目標(biāo)是全面取代現(xiàn)行的PCI和AGP，實(shí)現(xiàn)總線接口的統(tǒng)一采用高速串行傳輸，以點(diǎn)對點(diǎn)的方式與主機(jī)進(jìn)行通信關(guān)于I/O接口I/O接口：I/O設(shè)備與主機(jī)之間的連接器包括：插頭/插座的形式、通訊規(guī)程和電器特性等分類：從數(shù)據(jù)傳輸方式來分：串行（一次只傳輸1位）并行（多位一起進(jìn)行傳輸）從是否能連接多個設(shè)備來分：總線式（可連接多個設(shè)備）獨(dú)占式（只能連接1個設(shè)備）從是否符合標(biāo)準(zhǔn)來分：標(biāo)準(zhǔn)接口（通用接口）專用接口（專用接口）串行接口并行接口臺式PC機(jī)箱背部的I/O設(shè)備接口顯示器接口(3種)麥克風(fēng)音箱鍵盤接口HDMI接口USB接口以太網(wǎng)RJ-45接口鼠標(biāo)器接口數(shù)字音頻接口(同軸電纜接口)

數(shù)字音頻接口（光纖接口）

e-SATA接口常用的I/O接口及其性能參數(shù)名稱數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸速率標(biāo)準(zhǔn)插頭/插座形式可連接的設(shè)備數(shù)目通常連接的設(shè)備串行口串行,雙向50～19200b/sEIA-232或EIA-422DB25F或DB9F1鼠標(biāo)器，MODEM并行口(增強(qiáng)式)并行,雙向1.5MB/sIEEE1284DB25M1打印機(jī)，掃描儀USB(1.0)USB(1.1)串行,雙向1.5Mb/s(慢速)1.5MB/s(全速)USB-IFA型，B型最多127鍵盤，鼠標(biāo)器，數(shù)碼相機(jī)，移動盤等USB(2.0)串行,雙向60MB/s(高速)USB-IFA型，B型，Mini型最多127外接硬盤，數(shù)字視頻設(shè)備，掃描儀等IEEE1394aIEEE1394b串行,雙向50MB/s,100MB/s,200MB/sFireWire(i.Link)最多63數(shù)字視頻設(shè)備IDE并行,雙向66MB/s100MB/s133MB/sUltraATA/66

UltraATA/100UltraATA/133(E-IDE)1~4硬盤，光驅(qū)，軟驅(qū)SATA串行,雙向150MB/s300MB/sSATA1.0SATA2.07針插頭/插座1硬盤顯示器輸出接口并行,單向200～500MB/sVGAHDB151顯示器PS/2接口串行,雙向低速IBM1鍵盤或鼠標(biāo)器紅外線接口(IrDA)串行,雙向115,000bps或4Mbps紅外線數(shù)據(jù)協(xié)會不需要1鍵盤，鼠標(biāo)器，打印機(jī)等關(guān)于USB接口通用串行總線式接口（UniversalSerialBus）高速、可連接多個設(shè)備、串行傳輸傳輸速率：USB的1.1版：1.5Mb/s和12Mb/sUSB2.0版：最高達(dá)480Mb/s（60MB/s）USB3.0版：最高達(dá)3.2Gbps（400MB/s）USB2.0使用4線連接器，體積小，符合即插即用規(guī)范（Plug&Play,即PnP）使用“USB集線器”擴(kuò)展機(jī)器的USB接口，最多連接127個設(shè)備可通過USB接口由主機(jī)向外設(shè)提供電源(＋5V，100～500mA)

USB標(biāo)識USB3.0USB接口的3種類型接口類型A,通常在PC上出現(xiàn)接口類型B,通常在USB設(shè)備上出現(xiàn)Mini-USB,數(shù)碼相機(jī)、移動硬盤等設(shè)備經(jīng)常使用USB集線器,可擴(kuò)展PC機(jī)的USB接口黑地GND4綠數(shù)據(jù)＋＋DATA3白數(shù)據(jù)－－DATA2紅電源VCC1導(dǎo)線顏色名稱信號引腳小結(jié)1：

I/O總線,I/O控制器,I/O接口與I/O設(shè)備的關(guān)系I/O設(shè)備通常都是物理上相互獨(dú)立的設(shè)備，它們一般通過I/O接口與I/O控制器(或I/O總線)連接I/O控制器通過擴(kuò)展卡或者南橋芯片與I/O總線連接I/O總線經(jīng)過北橋芯片與內(nèi)存、CPU連接打印機(jī)掃描儀顯示器麥克風(fēng)網(wǎng)線I/O總線I/O接口硬盤光驅(qū)I/O設(shè)備CPU主板I/O設(shè)備I/O控制器（擴(kuò)充卡）機(jī)箱插座板卡插座I/O控制器PCI插槽內(nèi)存主板插槽機(jī)箱芯片組IDE接口機(jī)箱插座I/O設(shè)備鍵盤鼠標(biāo)器小結(jié)2：

I/O總線,I/O控制器,I/O接口與I/O設(shè)備的關(guān)系yALU寄存器組CPU總線接口R6CPU(前端)總線I/O總線主板擴(kuò)展槽PCI接口南橋芯片I/O總線磁盤控制器以太網(wǎng)卡USB控制器和接口鼠標(biāo)器鍵盤網(wǎng)線disk聲卡視頻卡光驅(qū)主存儲器0A北橋芯片y存儲器總線顯卡附錄SRAM的存儲單元6管靜態(tài)NMOS存儲單元讀出時：-置2個位線為高電平-

置字線為1-根據(jù)存儲單元的狀態(tài)改變位線的輸出電平寫入時：-位線上是被寫入的二進(jìn)位信息0或1-置字線為1-存儲單元(觸發(fā)器)按位線的狀態(tài)設(shè)置成0或1信息存儲原理：看作帶時鐘的RS觸發(fā)器存儲單元字線位線D位線DDRAM的存儲單元單管動態(tài)MOS存儲單元讀出時：字線位線V