微型計算機的硬件組成課件

第2章：微型計算機的硬件組成2.1CPU CPU是CentralProcessingUnit－－中央處理器的縮寫，它是計算機中最重要的一個部分，由運算器和控制器組成，如果把計算機比作一個人，那么CPU就是他的心臟，其重要作用由此可見一斑。不管什么樣的CPU，其內部結構歸納起來可以分為控制單元、邏輯單元和存儲單元三大部分，這三個部分相互協(xié)調，便可以進行分析，判斷、運算并控制計算機各部分協(xié)調工作。2.1.1CPU的發(fā)展CPU從最初發(fā)展至今已經有二十多年的歷史了，這期間，按照其處理信息的字長，CPU可以分為：四位微處理器、八位微處理器、十六位微處理器、三十二位微處理器以及六十四位微處理器等等。INTEL1971年，早期的Intel公司推出了世界上第一臺微處理器4004，這便是第一個用于計算機的四位微處理器，它包含2300個晶體管第2章：微型計算機的硬件組成1979年Intel推出了8088芯片，它仍是十六位微處理器，內含29000個晶體管，時鐘頻率為4.77MHz，地址總線為20位，可以使用1MB內存。8088的內部數(shù)據(jù)總線是16位，外部數(shù)據(jù)總線是8位。1981年，8088芯片被首次用于IBMPC機當中，如果說8080處理器還不為各位所熟知的話，那么8088則可以說是家喻戶曉了，個人電腦――PC機的第一代CPU便是從它開始的。1982年的80286芯片雖然是16位芯片，但是其內部已包含13.4萬個晶體管，時鐘頻率也達到了前所未有的20MHz。其內、外部數(shù)據(jù)總線均為16位，地址總線為24位，可以使用16MB內存，可使用的工作方式包括實模式和保護模式兩種。三十二位微處理器的代表產品首推Intel公司1985年推出的80386，這是一種全三十二位微處理器芯片，也是X86家族中第一款三十二位芯片，其內部包含27.5萬個晶體管，時鐘頻率為12.5MHz，后逐步提高到33MHz。80386的內部和外部數(shù)據(jù)總線都是32位，地址總線也是32位，可以尋址到4GB內存。它除了具有實模式和保護模式以外，還增加了一種虛擬86的工作方式，可以通過同時模擬多個8086處理器來提供多任務能力。1989年Intel公司又推出準三十二位處理器芯片80386SX。它的內部數(shù)據(jù)總線為三十二位，與80386相同，外部數(shù)據(jù)總線為十六位。也就是說，80386SX的內部處理速度與80386接近，也支持真正的多任務操作，而它又可以接受為80286開發(fā)輸入/輸出接口芯片。80386SX的性能優(yōu)于80286，而價格只是80386的三分之一。386處理器沒有內置協(xié)處理器，因此不能執(zhí)行浮點運算指令，如果您需要進行浮點運算時，必須額外購買昂貴的80387協(xié)處理器芯片。第2章：微型計算機的硬件組成八十年代末九十年代初，80486處理器面市，它集成了120萬個晶體管，時鐘頻率由25MHz逐步提升到50MHz。80486是將80386和數(shù)學協(xié)處理器80387以及一個8KB的高速緩存集成在一個芯片內，并在X86系列中首次使用了RISC（精簡指令集）技術，可以在一個時鐘周期內執(zhí)行一條指令。它還采用了突發(fā)總線方式，大大提高了與內存的數(shù)據(jù)交換速度，由于這些改進，80486的性能比帶有80387協(xié)處理器的80386提高了4倍。早期的486分為有協(xié)處理器的486DX和無協(xié)處理器的486SX兩種，其價格也相差許多。隨著芯片技術的不斷發(fā)展，CPU的頻率越來越快，而PC機外部設備受工藝限制，能夠承受的工作頻率有限，這就阻礙了CPU主頻的進一步提高，在這種情況下，出現(xiàn)了CPU倍頻技術，該技術使CPU內部工作頻率為處理器外頻的2－3倍，486DX2、486DX4的名字便是由此而來。九十年代中期，全面超越486的新一代586處理器問世，為了擺脫486時代處理器名稱混亂的困擾，最大的CPU制造商Intel公司把自己的新一代產品命名為Pentium（奔騰）以區(qū)別AMD和Cyrix的產品。AMD和Cyrix也分別推出了K5和6x86處理器來對付Intel，但是由于奔騰處理器的性能最佳，Intel逐漸占據(jù)了大部分市場。第2章：微型計算機的硬件組成1995年INTEL公司推出新一代的32位微處理器PentiumPro即P61997年在Pentium(P54C)和P6的基礎上，推出P55C特點：1999年Pentium32001年Pentium4第2章：微型計算機的硬件組成AMDK6處理器是與PentiumMMX一個檔次的產品，其由原來的NexGen公司的686改裝而來，包含了全新的MMX指令以及64KL1緩存（比奔騰MMX整整大了一倍），因此K6的整體性能要優(yōu)于奔騰MMX。據(jù)在Win95下的商業(yè)應用測試來看，K6比相同速度的奔騰MMX快，基本相當于同主頻PII的水平。但其弱點是需要使用MMX或浮點運算的應用程序時，與Intel相比速度較慢。K6采用的是雙電壓供電方式，K6-166、200的內核電壓為2.9V，K6-233的內核電壓是3.2V。性能：K6系列擺脫了K5的陰影，整體性能有了大幅度的提高，其整數(shù)運算能力明顯強于同主頻的奔騰MMX，浮點運算能力也已經接近奔騰MMX的水平，總之，K6的性能還是很優(yōu)異的。新增的MMX指令使得K6在多媒體程序面前一樣游刃有余。第2章：微型計算機的硬件組成K6-2是AMD的拳頭級產品，為了打敗Intel，K6-2在K6的基礎上做了大幅度的改進，其中最重要的一條便是支持“3DNow!”指令，3DNow!指令是對x86體系結構的重大突破，它大大加強了處理3D圖形和多媒體所需要的密集浮點運算能力。3DNow!技術帶給我們的好處是真正優(yōu)秀的3D表現(xiàn)，更加真實地重現(xiàn)3D圖像以及大屏幕的聲像效果。K6-2同時支持超標量MMX技術，100Mhz總線頻率，這意味著系統(tǒng)與L2緩存和內存的傳輸速率提高將近50％，從而大大提高了整個系統(tǒng)的性能。此外，K6-2采用最新的0.25微米工藝制造，內含930萬個晶體管（比K6多出了50萬個），核心電壓為2.2V，低電壓使K6-2的發(fā)熱量大幅降低。K6-2有266、300、333、350、380、400、450等不同頻率的產品，與其相應的CPU外部頻率也有66、95、100MHz等幾種。第2章：微型計算機的硬件組成自從K6-III的消息發(fā)布以來，它便是全體Socket7用戶最期望見到的產品，如果沒有什么意外的話，K6-III將是AMD公司在Socket7領域的最后一款CPU，之后AMD將全力轉到K7和SlotA架構上去。K6-III原來并不叫這個名字，而是順延K6-2的名字叫K6-3，后來AMD為了和Intel的PentiumIII相抗衡，才把K6-3改名為K6-III。K6-III依然基于K6-2的CTX內核，但和K6-2最大的不同，就是K6-III內部整合了256K的L2緩存，也就是說，K6-III中L2緩存的運行速度與CPU核心速度相同！眾所周知，L2緩存的速度對系統(tǒng)性能影響非常之大，很久以來，Socket7架構都把L2緩存做在主板上，使用66或100MHz的速度運行，這與CPU動輒300、400MHz的速度相比，實在是瓶頸，Intel正是看到了這一不足，才在PII、PIII和賽揚內部整合L2緩存的。也許有朋友會問，這樣一來，原來主板上的L2緩存豈不是沒有用了嗎？當然不是這樣，通過K6-III的TriLevel（第三層緩存）技術，可以自動把主板上的L2緩存當做L3緩存來用，這樣，K6-III的性能就有了進一步的提高。第2章：微型計算機的硬件組成在ComdexFall98大展上，AMD向人們展示了它最新的K7處理器，其出色的性能完全具備了與IntelPentiumIII相抗衡的實力。99年6月底，AMD正式更名K7處理器為“Athlon”，它作為AMD公司新一代的旗艦產品，仍然使用0.25微米工藝，起點主頻定位在500MHz。但在8月發(fā)布時，AMD同時發(fā)布了最高600MHz產品，Athlon處理器不但主頻超過PentiumⅢ處理器，而且AMD一向被人們認為弱項的浮點運算表現(xiàn)也超過同頻的PentiumⅢ處理器。這是CPU發(fā)展具有歷史意義的一頁，兼容CPU廠商第一次全面在性能上超過Intel的同級產品。實際上這也是AMD成功轉型的聰明之處，與其在低端市場落在下風，處于被動挨打的境地，不如全面在高端產品上一爭高下。Athlon處理器使用不同于Slot1的SlotA架構，不能與現(xiàn)有的Slot1或Slot2架構兼容，而必須配備專用的主板。在系統(tǒng)結構上，Athlon處理器采用不同于x86架構的EV6總線協(xié)議，提供200MHz系統(tǒng)前端總線和3DNow！技術的支持。但目前上市的Athlon處理器仍使用100MHz外頻，所謂的200MHz的前端總線，只是意味著在高速內存普及后Athlon的性能可以進一步提高（處理器與內存之間數(shù)據(jù)交換速度的提高）。Athlon處理器還采用大容量緩存的方法提高性能，在CPU核心中集成了128K的一級緩存，其容量為PentiumⅡ處理器的四倍，而二級緩存則采用類似Intel的Xeon的靈活配置，目前標準版本的二級緩存為512KB，工作在處理器主頻速度一半的狀態(tài)下。AMD公司宣稱Athlon的二級緩存可以設置為從512KB～8MB。Athlon還具有三個并行的超標量結構，在一個時鐘周期中可以處理比PentiumⅢ更多的SIMD指令。在后續(xù)產品中，AMD已經發(fā)布了700MHz的Athlon處理器，它的實際性能并不比733MHz的Coppermine差多少，而且Athlon還具有一個制程優(yōu)勢，它的產品還沒有采用0.18微米的技術生產，所以在實際性能上，Athlon仍具有很大的潛力可以挖掘。第2章：微型計算機的硬件組成Cyrix系列 Cyrix6x86處理器是Cyrix公司在奔騰級處理器市場的第一個產品，它采用PR等級來標記CPU頻率，比如說PR-166運行在133MHz頻率下，性能同Pentium166相同。不完善的單電壓設計使得6x86的發(fā)熱量驚人，經常導致CPU過熱死機甚至燒毀的情況發(fā)生。6x86L與6x86的設計基本相同，二者唯一的區(qū)別是前者使用了雙電壓，CPU核心電壓為2.9V，這就大大降低了CPU的發(fā)熱量。6x86L還使用了與其它CPU不同的75MHz外頻，這就使得其整數(shù)性能是同頻率CPU中最快的。浮點運算能力差是Cyrix的老毛病，一顆6x86LPR166+的浮點性能僅相當于Pentium90的水平，如果你是一個游戲玩家，還是不要考慮它了吧！此外，6x86和6x86L還存在一些兼容性的問題，部分應用軟件在這兩種CPU上需要特殊的補丁才能正常運行。第2章：微型計算機的硬件組成Cyrix6x86MX、MII處理器6x86MX是Cyrix包含MMX指令的新型處理器，Cyrix的MMX指令是自行開發(fā)設計的，與Intel的指令不完全兼容。6x86MX采用0.35微米工藝制造，有PR166+、PR200+、PR233+三種規(guī)格，又有使用66和75MHz外頻的不同品種，雙電壓設計，核心電壓2.8V。更高主頻的6x86MX被Cyrix改名為MII（其實是換湯不換藥），采用0.25微米工藝制造，后期版本將支持100MHz外頻（不過我至今在村里都沒有見到）。6x86MX、MII繼承了Cyrix一貫的優(yōu)點和缺點，極快的整數(shù)運算和最差的浮點運算，讓人又愛又恨。CyrixMeidaGX處理器CyrixMeidaGX處理器是面向低端市場的一種低價處理器，它整合了多媒體特性，需要專用的主板支持，不兼容現(xiàn)有的Socket7結構，速度慢并且可升級性較差，其唯一的優(yōu)點就是價格十分低廉，通常一塊CyrixMeidaGX233的套板（包括主板、CPU、聲卡、顯卡等）不過600元左右，非常適合沒有什么特殊要求的集團用戶使用。第2章：微型計算機的硬件組成2.1.2CPU的主要性能指標主頻：1.主頻主頻也叫時鐘頻率，單位是MHz，用來表示CPU的運算速度。CPU的主頻＝外頻×倍頻系數(shù)。很多人以為認為CPU的主頻指的是CPU運行的速度，實際上這個認識是很片面的。CPU的主頻表示在CPU內數(shù)字脈沖信號震蕩的速度，與CPU實際的運算能力是沒有直接關系的。當然，主頻和實際的運算速度是有關的，但是目前還沒有一個確定的公式能夠實現(xiàn)兩者之間的數(shù)值關系，而且CPU的運算速度還要看CPU的流水線的各方面的性能指標。由于主頻并不直接代表運算速度，所以在一定情況下，很可能會出現(xiàn)主頻較高的CPU實際運算速度較低的現(xiàn)象。因此主頻僅僅是CPU性能表現(xiàn)的一個方面，而不代表CPU的整體性能。第2章：微型計算機的硬件組成2.外頻外頻是CPU的基準頻率，單位也是MHz。外頻是CPU與主板之間同步運行的速度，而且目前的絕大部分電腦系統(tǒng)中外頻也是內存與主板之間的同步運行的速度，在這種方式下，可以理解為CPU的外頻直接與內存相連通，實現(xiàn)兩者間的同步運行狀態(tài)。外頻與前端總線(FSB)頻率很容易被混為一談，下面的前端總線介紹我們談談兩者的區(qū)別。3.前端總線(FSB)頻率前端總線(FSB)頻率(即總線頻率)是直接影響CPU與內存直接數(shù)據(jù)交換速度。由于數(shù)據(jù)傳輸最大帶寬取決于所有同時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的寬度和傳輸頻率，即數(shù)據(jù)帶寬＝(總線頻率×數(shù)據(jù)帶寬)/8。外頻與前端總線(FSB)頻率的區(qū)別：前端總線的速度指的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，外頻是CPU與主板之間同步運行的速度。也就是說，100MHz外頻特指數(shù)字脈沖信號在每秒鐘震蕩一千萬次；而100MHz前端總線指的是每秒鐘CPU可接受的數(shù)據(jù)傳輸量是100MHz×64bit÷8Byte/bit=800MB/s。第2章：微型計算機的硬件組成4.倍頻系數(shù)倍頻系數(shù)是指CPU主頻與外頻之間的相對比例關系。在相同的外頻下，倍頻越高CPU的頻率也越高。但實際上，在相同外頻的前提下，高倍頻的CPU本身意義并不大。這是因為CPU與系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸速度是有限的，一味追求高倍頻而得到高主頻的CPU就會出現(xiàn)明顯的“瓶頸”效應—CPU從系統(tǒng)中得到數(shù)據(jù)的極限速度不能夠滿足CPU運算的速度。5.緩存緩存是指可以進行高速數(shù)據(jù)交換的存儲器，它先于內存與CPU交換數(shù)據(jù)，因此速度很快。L1Cache(一級緩存)是CPU第一層高速緩存。內置的L1高速緩存的容量和結構對CPU的性能影響較大，不過高速緩沖存儲器均由靜態(tài)RAM組成，結構較復雜，在CPU管芯面積不能太大的情況下，L1級高速緩存的容量不可能做得太大。一般L1緩存的容量通常在32—256KB.L2Cache(二級緩存)是CPU的第二層高速緩存，分內部和外部兩種芯片。內部的芯片二級緩存運行速度與主頻相同，而外部的二級緩存則只有主頻的一半。L2高速緩存容量也會影響CPU的性能，原則是越大越好，現(xiàn)在家庭用CPU容量最大的是512KB，而服務器和工作站上用CPU的L2高速緩存更高達1MB-3MB。第2章：微型計算機的硬件組成6支持擴展指令集7CPU內核工作電壓8地址總線寬度9數(shù)據(jù)總線寬度2.1.3主流CPU產品介紹INTEL系列第2章：微型計算機的硬件組成AMDK5是AMD公司第一個獨立生產的x86級CPU，由于K5在開發(fā)上遇到了問題，其上市時間比Intel的奔騰晚了許多，再加上不良的性能，這個不成功的產品使得AMD一度陷入非常被動的局面----市場份額大量喪失。性能：K5的性能非常一般，整數(shù)運算能力不如Cyrix的6x86，比Pentium略強，浮點運算能力遠遠比不上Pentium，但稍強于Cyrix。綜合來看，K5屬于實力比較平均的那一種產品?？缮壭裕河捎贙5與經典奔騰一樣采用的是單電壓供電，如果你的主板不支持雙電壓，而你又想把它升級到200MHz頻率以上，那么你只有考慮IDT公司的C6CPU，從這方面來看，K5的可升級性一般。超頻性：很一般，與奔騰相比差得太遠，僅僅比Cyrix的6x86強一些。第2章：微型計算機的硬件組成CyrixJoshua—約書亞處理器(joshua.jpg)被威盛電子收購后的Cyrix仍然使用原來的商標，它們新研制的處理器最初被命名為“Gobi”（戈壁），但由于某些原因再度改名為“Joshua”（約書亞）。由于Cyrix被國家半導體公司收購時已獲得Intel的Socket370架構使用的授權，Joshua處理器采用Socket370架構，在系統(tǒng)架構上兼容370接口的賽揚處理器。它采用了Cyrix原先擬定的下一代處理器的核心“Cayenne（辣椒）”，支持66MHz、100MHz以及133MHz的系統(tǒng)前端總線。同時Joshua核心內置了64KB的一級緩存和256KB的二級緩存，支持MMX多媒體指令集以及增強的3D特性，針對浮點性能較弱的缺陷，Joshua還重新設計了超標量的浮點處理器，使浮點性能有較大的改進。在未來的產品里，Joshua處理器也將采用0.18微米技術制造，配合威盛電子在研制主板芯片組上的實力，Joshua的整體性能上應該有不俗的表現(xiàn)。第2章：微型計算機的硬件組成IDTWinchip系列WinchipC6處理器WinchipC6-2處理器Rise公司的mP62.2系統(tǒng)主板系統(tǒng)主板是微型計算機的中心，它包含有決定整個系統(tǒng)的計算能力和速度的電路。特別重要的是，它包含了組成系統(tǒng)的核心微處理器和控制設備。微型計算機主板上的主要部件包括：微處理器、ROM、RAM、高速緩存部件、擴展槽接口和用于協(xié)調系統(tǒng)運行的微處理器輔助集成電路。2.2.1主板的組成第2章：微型計算機的硬件組成第2章：微型計算機的硬件組成CPU的架構類型CPU插座就是主板上安裝處理器的地方。主流的CPU插座主要有Socket7,super7，Slot1,SlotA,Socket370、Socket478、Socket423和SocketA幾種。其中Socket370支持的是PIII及新賽揚，CYRIXIII等處理器；Socket423用于早期Pentium4處理器，而Socket478則用于目前主流Pentium4處理器。而SocketA(Socket462)支持的則是AMD的毒龍及速龍等處理器。另外還有的CPU插座類型為支持奔騰/奔騰MMX及K6/K6-2等處理器的Socket7插座；支持PII或PIII的SLOT1插座及AMDATHLON使用過的SLOTA插座等等。第2章：微型計算機的硬件組成

第2章：微型計算機的硬件組成第2章：微型計算機的硬件組成芯片組芯片組(Chipset)是主板的核心組成部分，按照在主板上的排列位置的不同，通常分為北橋芯片和南橋芯片，如Intel的i845GE芯片組由82845GEGMCH北橋芯片和ICH4(FW82801DB)南橋芯片組成；而VIAKT400芯片組則由KT400北橋芯片和VT8235等南橋芯片組成(也有單芯片的產品，如SIS630/730等)，其中北橋芯片是主橋，其一般可以和不同的南橋芯片進行搭配使用以實現(xiàn)不同的功能與性能。第2章：微型計算機的硬件組成北橋芯片一般提供對CPU的類型和主頻、內存的類型和最大容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC糾錯等支持，通常在主板上靠近CPU插槽的位置，由于此類芯片的發(fā)熱量一般較高，所以在此芯片上裝有散熱片。南橋芯片主要用來與I/O設備及ISA設備相連，并負責管理中斷及DMA通道，讓設備工作得更順暢，其提供對KBC(鍵盤控制器)、RTC(實時時鐘控制器)、USB(通用串行總線)、UltraDMA/33(66)EIDE數(shù)據(jù)傳輸方式和ACPI(高級能源管理)等的支持，在靠近PCI槽的位置。

第2章：微型計算機的硬件組成第2章：微型計算機的硬件組成第2章：微型計算機的硬件組成BIOS(BASICINPUT/OUTPUTSYSTEM)基本輸入輸出系統(tǒng)是一塊裝入了啟動和自檢程序的EPROM或EEPROM集成塊。實際上它是被固化在計算機ROM(只讀存儲器)芯片上的一組程序，為計算機提供最低級的、最直接的硬件控制與支持。除此而外，在BIOS芯片附近一般還有一塊電池組件，它為BIOS提供了啟動時需要的電流。常見BIOS芯片的識別主板上的ROMBIOS芯片是主板上唯一貼有標簽的芯片，一般為雙排直插式封裝(DIP)，上面一般印有“BIOS”字樣，另外還有許多PLCC32封裝的BIOS。第2章：微型計算機的硬件組成早期的BIOS多為可重寫EPROM芯片，上面的標簽起著保護BIOS內容的作用，因為紫外線照射會使EPROM內容丟失，所以不能隨便撕下?，F(xiàn)在的ROMBIOS多采用FlashROM(快閃可擦可編程只讀存儲器)，通過刷新程序，可以對FlashROM進行重寫，方便地實現(xiàn)BIOS升級。目前市面上較流行的主板BIOS主要有AwardBIOS、AMIBIOS、PhoenixBIOS三種類型。AwardBIOS是由AwardSoftware公司開發(fā)的BIOS產品，在目前的主板中使用最為廣泛。AwardBIOS功能較為齊全，支持許多新硬件，目前市面上主機板都采用了這種BIOS。AMIBIOS是AMI公司出品的BIOS系統(tǒng)軟件，開發(fā)于80年代中期，它對各種軟、硬件的適應性好，能保證系統(tǒng)性能的穩(wěn)定，在90年代后AMIBIOS應用較少；PhoenixBIOS是Phoenix公司產品，PhoenixBIOS多用于高檔的原裝品牌機和筆記本電腦上，其畫面簡潔，便于操作，現(xiàn)在Phoenix已和Award公司合并，共同推出具備兩者標示的BIOS產品。第2章：微型計算機的硬件組成第2章：微型計算機的硬件組成內存條插槽內存插槽是主板上用來安裝內存的地方。目前常見的內存插槽為SDRAM內存、DDR內存插槽，其它的還有早期的EDO和非主流的RDRAM內存插槽。需要說明的是不同的內存插槽它們的引腳，電壓，性能功能都是不盡相同的，不同的內存在不同的內存插槽上不能互換使用。對于168線的SDRAM內存和184線的DDRSDRAM內存，其主要外觀區(qū)別在于SDRAM內存金手指上有兩個缺口，而DDRSDRAM內存只有一個

第2章：微型計算機的硬件組成總線擴展槽ISA擴展槽局部總線插槽PCI插槽PCI(peripheralcomponentinterconnect)總線插槽它是由Intel公司推出的一種局部總線。它定義了32位數(shù)據(jù)總線，且可擴展為64位。它為顯卡、聲卡、網卡、電視卡、MODEM等設備提供了連接接口，它的基本工作頻率為33MHz，最大傳輸速率可達132MB/s。

第2章：微型計算機的硬件組成第2章：微型計算機的硬件組成第2章：微型計算機的硬件組成PCMCIA總線AGP接口插槽AGP圖形加速端口(AcceleratedGraphicsPort)是專供3D加速卡(3D顯卡)使用的接口。它直接與主板的北橋芯片相連，且該接口讓視頻處理器與系統(tǒng)主內存直接相連，避免經過窄帶寬的PCI總線而形成系統(tǒng)瓶頸，增加3D圖形數(shù)據(jù)傳輸速度，而且在顯存不足的情況下還可以調用系統(tǒng)主內存，所以它擁有很高的傳輸速率，這是PCI等總線無法與其相比擬的。AGP接口主要可分為AGP1X/2X/PRO/4X/8X等類型。AMR插槽第2章：微型計算機的硬件組成第2章：微型計算機的硬件組成