计算机硬件知识

1、CPU计算机的核心 CPU概述概述 CPU系列系列 CPU的分类的分类 CPU的性能指标的性能指标 CPU散热散热 1.1 CPU概述 中央处理器（Central Processing Unit，CPU）在整个计算机系统中居于核心地位，是整个计算机系统的指令中枢。 它负责计算机系统指令的执行、逻辑运算以及数据存储、传送和输入/输出操作指令的控制。CPU由运算器和控制器组成，其中运算器主要完成各种算术运算和逻辑运算；而控制器读取各种指令，分析指令，并作出相应的控制。 计算机的所有资料、信息都需要CPU来处理，因此它决定了操作系统和应用软件的速度，也就决定了整台计算机的速度。1.2 CPU系列 I

2、ntel系列 AMD系列 中国龙芯系列1.Intel系列 Intel Intel，这个字是由，这个字是由“集成集成/ /电子电子(Integrated (Integrated Electronics)Electronics)”两个英文单词组合成的，象征新公司将两个英文单词组合成的，象征新公司将在集成电路市场上飞黄腾达。在集成电路市场上飞黄腾达。自自1 1971971年年IntelIntel推出了世界上第一款微处理器推出了世界上第一款微处理器40044004后，又先后推出了后，又先后推出了80888088、80868086、8028680286、8038680386和和8048680486处理器

3、，其性能不断提高，制作工艺也越来越精处理器，其性能不断提高，制作工艺也越来越精细，到细，到19931993年年IntelIntel公司推出了划时代的公司推出了划时代的586586，并将其，并将其命名为命名为PentiumPentium（奔腾）处理器，随后相继推出了（奔腾）处理器，随后相继推出了Pentium ProPentium Pro、Pentium MMXPentium MMX、 Pentium IIPentium II和和Pentium Pentium IIIIII处理器，期间为占领低端市场，还推出了低成本的处理器，期间为占领低端市场，还推出了低成本的CeleronCeleron（赛扬）

4、系列（赛扬）系列CPUCPU。 Intel早期CPUIntel现代CPU最初的酷睿最初的酷睿2 2采用采用YonahYonah核心，核心，6565nmnm制造工艺，制造工艺， LGA775LGA775接口，接口，L2L2缓存容量提升到缓存容量提升到4 4MBMB，并通，并通过过SmartCacheSmartCache技术两个核心共享二级缓存方技术两个核心共享二级缓存方案，使性能大大提升。前端总线提升至案，使性能大大提升。前端总线提升至1066Mhz(Conroe)1066Mhz(Conroe)，800Mhz800Mhz（MeromMerom）、）、1333Mhz(Woodcrest)1333M

5、hz(Woodcrest)。IntelIntel始终保持了始终保持了“赛扬赛扬”一种型号，一种型号，其典型的做法是减少二级缓存和前端其典型的做法是减少二级缓存和前端总线频率。总线频率。例如：例如：Celeron 420 Celeron 420 主频主频1.6G1.6G，二级，二级缓存缓存512kB512kB，前端总线，前端总线800Mhz800Mhz。2.AMD 系列 AMD (Advanced Micro DevicesAMD (Advanced Micro Devices，中文有时也将其翻译，中文有时也将其翻译为为“超微半导体超微半导体”) ) 是美国一家业务遍及全球，专为电子计是美国一家

6、业务遍及全球，专为电子计算机、通信及电子消费类市场供应各种芯片产品的公司，成算机、通信及电子消费类市场供应各种芯片产品的公司，成立于立于19691969年。年。 AMDAMD系列系列CPUCPU的特点是以较低的核心时脉频率产生相对的特点是以较低的核心时脉频率产生相对较高的运算效率，其主频通常会比同效能的较高的运算效率，其主频通常会比同效能的Intel CPUIntel CPU低低1GHz1GHz左右。左右。AMDAMD早期的产品策略主要是以较低廉的产品价早期的产品策略主要是以较低廉的产品价格为诉求，虽然最高性能不若同期的格为诉求，虽然最高性能不若同期的IntelIntel产品，但却拥产品，但却

7、拥有较佳的价格性能比。有较佳的价格性能比。 20032003年，由于率先于年，由于率先于IntelIntel之前优先投入之前优先投入6464位元位元CPUCPU的市场，使得的市场，使得AMDAMD在在6464位元位元CPUCPU的领域有比较早发展的优的领域有比较早发展的优势，此阶段的势，此阶段的AMDAMD产品仍采取了一贯的低主频高性能策略。产品仍采取了一贯的低主频高性能策略。AMD CPUBarton核心的Athlon XP处理器 Athlon 64 3. 中国龙芯系列 2002年9月龙芯1号处理器面世 2005年4月推出龙芯2号 2008年底4核版龙芯3号 ，2009年8核版 2010年“

8、曙光6000”将问世， CPU将首用龙芯龙芯笔记本亮相去年两会1.3 CPU的分类 CPU从最初发展至今已经有三十多年的历史了，这从最初发展至今已经有三十多年的历史了，这期间，按照其处理信息的字长，期间，按照其处理信息的字长，CPU可以分为：四位微可以分为：四位微处理器、八位微处理器、十六位微处理器、三十二位微处处理器、八位微处理器、十六位微处理器、三十二位微处理器以及六十四位微处理器等等。理器以及六十四位微处理器等等。按CPU封装的内核数分类可分为：单核可分为：单核CPU CPU 双核双核CPU CPU 多核多核CPUCPU 双核处理器双核处理器(Dual Core Processor)(D

9、ual Core Processor)，是指，是指在一个处理器上集成两个运算核心，也就是将两在一个处理器上集成两个运算核心，也就是将两个物理处理器核心整合入一个处理器上，然后采个物理处理器核心整合入一个处理器上，然后采用并行总线将各处理器核心连接起来。用并行总线将各处理器核心连接起来。 多核技术就是把多个芯片集成在一个封装内多核技术就是把多个芯片集成在一个封装内的技术，是对称多处理技术的延伸。性能上，多的技术，是对称多处理技术的延伸。性能上，多核心在不同核心间交换数据更快，减小电路延迟，核心在不同核心间交换数据更快，减小电路延迟，性能会比多性能会比多 CPUCPU 更高（幅度不会很大），价格上

10、，更高（幅度不会很大），价格上，芯片制造成本和主板成本、功耗成本更低。现在芯片制造成本和主板成本、功耗成本更低。现在多核多核CPUCPU主要应用在服务器上。主要应用在服务器上。1.4 CPU性能指标1.1.主频、外频和倍频主频、外频和倍频 主频是主频是CPUCPU的时钟频率，也就是的时钟频率，也就是CPUCPU的工作频的工作频率。一般说来，一个时钟周期完成的指令数是固定率。一般说来，一个时钟周期完成的指令数是固定的，所以主频越高，的，所以主频越高，CPUCPU的速度也就越快了。主频的速度也就越快了。主频包括两部分：外频与倍频。外频是由主板上系统总包括两部分：外频与倍频。外频是由主板上系统总线的

11、工作频率决定的，是线的工作频率决定的，是CPUCPU与主板之间同步运行与主板之间同步运行的速度；而倍频则是指的速度；而倍频则是指CPUCPU外频与主频相差的倍数。外频与主频相差的倍数。三者的关系用公式表示就是：主频三者的关系用公式表示就是：主频= =外频外频倍频。倍频。计算机实际运行速度不但由计算机实际运行速度不但由CPUCPU的速度决定，而且的速度决定，而且还受到主板和内存速度的限制，所以并不能完全用还受到主板和内存速度的限制，所以并不能完全用主频来概括主频来概括CPUCPU的性能。的性能。2.2.前端总线（前端总线（FSBFSB） 前端总线是将前端总线是将CPUCPU连接到主内存、通向磁连

12、接到主内存、通向磁盘驱动器、调制解调器以及网卡这类系统部件的盘驱动器、调制解调器以及网卡这类系统部件的外设总线。前端总线的速度指的是数据传输的速外设总线。前端总线的速度指的是数据传输的速度，即度，即CPUCPU与内存等设备之间交换数据的工作频与内存等设备之间交换数据的工作频率。率。FSBFSB频率越快，处理器在单位时间里得到更频率越快，处理器在单位时间里得到更多的数据，处理器利用率越高。多的数据，处理器利用率越高。 3. 3.高速缓存（高速缓存（CacheCache） 高速缓存的作用是为高速缓存的作用是为CPUCPU和内存在数据交换时和内存在数据交换时提供一个高速的数据缓冲区，从而解决提供一个

13、高速的数据缓冲区，从而解决CPUCPU高速运算高速运算与内存低速相应之间的矛盾。与内存低速相应之间的矛盾。CPUCPU内缓存的运行频率内缓存的运行频率极高，一般是和处理器同频运作，工作效率远远大于极高，一般是和处理器同频运作，工作效率远远大于系统内存和硬盘，由此高速缓存在系统内存和硬盘，由此高速缓存在CPUCPU和主存之间起和主存之间起缓冲作用，减少缓冲作用，减少CPUCPU等待数据传输的时间，提高系统等待数据传输的时间，提高系统性能。性能。1.5 CPU散热 实际应用过程中，在实际应用过程中，在CPUCPU的外部温度上升到的外部温度上升到5050度度时，系统就有可能出现不稳定现象，其表现在时

14、，系统就有可能出现不稳定现象，其表现在WindowsWindows系统有时会不断的报错，有的甚者会死机。系统有时会不断的报错，有的甚者会死机。此时此时CPUCPU内部的温度一般已经达到了内部的温度一般已经达到了8080度的高温。度的高温。这个温度可以说是个警戒温度，温度再升高是很危这个温度可以说是个警戒温度，温度再升高是很危险的，此时加强散热是很必要的。同时，过高的温险的，此时加强散热是很必要的。同时，过高的温度有损度有损CPUCPU寿命，由此寿命，由此CPUCPU散热是至关重要的。散热是至关重要的。 CPUCPU的散热设备根据工作原理不同可以分为风冷的散热设备根据工作原理不同可以分为风冷式、

15、水冷式、半导体冷却和液氮制冷四种。但是对式、水冷式、半导体冷却和液氮制冷四种。但是对于一般消费者来说，最常用的是风冷散热设备于一般消费者来说，最常用的是风冷散热设备散热风扇，其具有制造成本低，安装简单和安全性散热风扇，其具有制造成本低，安装简单和安全性高等优点。高等优点。主板主板-计算机组件的载体 主板概述主板概述 主板结构主板结构2.1 主板概述 主板是计算机系统中最大的一块电路板。主板上布满了各种电子元件、插槽、接口等。它为CPU、内存和各种功能卡提供安装插座（槽）；为各种磁、光存储设备、打印和扫描等I/O设备以及数码相机、摄像头、“猫”（Modem）等多媒体和通讯设备提供接口。 因此说,

16、计算机是通过主板将CPU等各种器件和外部设备有机地结合起来形成一套完整的系统。2.2主板结构 主板的平面是一块PCB印制电路板，常用的为四层板，有主信号层、接地层、电源层、次信号层。而六层板增加了辅助电源层和中信号层。六层PCB主板的抗电磁干扰能力增强，主板更稳定。 主板上面主要有一个一个CPU插座插座；北桥芯片、南桥芯片、BIOS芯片等三大芯片三大芯片；前端系统总线FSB、内存总线、图形总线AGP、数据交换总线HUB、外设总线PCI等五大总线五大总线；软驱接口FDD、通用串行设备接口USB、集成驱动电子设备接口IDE等七大接口七大接口。 南桥芯片北桥芯片CPUBIOSROM存储器总线前端总线

17、AGP总线PCI总线2IDE接口2USB软驱接口并行接口串行接口系统总线系统总线 计算机在正常运行时对系统内存、存储设备和其它I/O设备的操控都必须通过主板来完成。 北桥通过前端总线(FSB)直接连接到处理器。内存控制器位于北桥上，这样可让CPU快速访问内存。北桥还连接到AGP或PCI Express总线并与内存连接。 南桥要比北桥慢，而且CPU中的信息必须经过北桥才能到达南桥。其他总线将南桥连接到PCI总线、USB 端口、软驱接口、串行接口、并行接口、BIOS芯片以及IDE或SATA硬盘接口等。2.3.1主板芯片组 CPU通过主板芯片组（Chipset）对主板上的各个部件进行控制，因此主板芯

18、片组是整块主板的核心所在，一般主板都是依据主板芯片组来区分的。主板的芯片组是由北桥芯片和南桥芯片组成的。另外，BIOS芯片也很重要。1. 北桥芯片 北桥芯片是主板上最大、最重要的芯片，通常位于CPU、内存、AGP插槽之间，北桥芯片是CPU与外部设备之间联系的纽带，负责控制主板，决定主板可以支持CPU的种类、内存类型和容量等。 它一方面通过前端总线与CPU交换信号，另一方面又要与内存、AGP、南桥交换信号。 2. 南桥芯片 南桥芯片是主板的第二大芯片，通常位于PCI插槽旁边。南桥芯片主要负责控制设备的中断、各种总线和系统的传输性能，让所有的资料都能有效传递。3. BIOS芯片 BIOS芯片是一个

19、只读存储器，其中保存着POST自检和系统自举、基本输入/输出程序等信息，是软件和硬件之间最重要的接口（见图3-6）。系统启动时首先从它这里调用一些硬件信息，它的性能直接影响着系统软件与硬件的兼容性。 内存内存-与CPU进行沟通的桥梁 内存概述 内存分类 内存性能指标3.1 内存概述 内存内存是计算机中重要的部件之一，它是与CPUCPU进行沟通的桥梁桥梁。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的，因此内存的性能对计算机的影响非常大。 3.2 内存分类按照内存的工作原理可将内存分为RAM和ROM两类。3.3内存性能指标内存性能指标 速度 内存主频和CPU主频一样，习惯上被用来表示内存的速度，它代表

20、着该内存所能达到的最高工作频率。 例如：DDR2 800 工作频率是400，800是等效频率 内存带宽达到前端总线（FSB）带宽时效率最高 容量 市面上常见的内存容量规格为单条512MB、1GB或2GB的内存。 工作电压 SDRAM内存的工作电压为3.3V，DDR SDRAM内存的工作电压为2.5V。新的DDRII内存1.8V电压。辅助存储器 -计算机系统的数据仓库 硬盘 可移动存储设备硬盘 硬盘概述 硬盘的结构 硬盘的性能指标 固态硬盘4.1 硬盘概述 硬盘是计算机中容量最大的存储设备。计算机运行时必需的操作系统、大量的应用程序和数据等资料都是保存在硬盘中的。 硬盘是计算机主要的存储媒介之一

21、，由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。这些碟片外覆盖有铁磁性材料。绝大多数硬盘都是固定硬盘，被永久性地密封固定在硬盘驱动器中。硬盘可以按接口分为:IDE、SATA、SCSI 等；按大小分1.8英寸、2.5英寸、3.5英寸、5.25英寸；转速分为：4500转、5400转、7200转和10000转；缓存分为：2M、8M、16M。4.2 硬盘的结构4.3硬盘的性能指标 硬盘的转速 也就是硬盘电机主轴的转速，转速是决定硬盘内部传输率的关键因素之一。理论上转速越快越好 ，可是转速越大发热量就越大，不利于散热。 硬盘接口类型 硬盘接口分为IDE、SATA、SCSI和光纤通道四种，IDE接口硬盘多用于家

22、用产品中，SCSI接口的硬盘则主要应用于服务器市场，而光纤通道只在高端服务器上，价格昂贵。SATA是目前市场的主流。 缓存 缓存是硬盘与外部总线交换数据的场所。硬盘的读数据的过程是将磁信号转化为电信号后，通过缓存一次次地填充与清空，再填充，再清空，一步步按照PCI总线的周期送出，可见，缓存的作用是相当重要的。 4.4固态硬盘 目前的硬盘（目前的硬盘（ATA ATA 或或 SATASATA）都是磁碟型的，数据就储）都是磁碟型的，数据就储存在磁碟扇区里。而固态硬盘是使用闪存颗粒（存在磁碟扇区里。而固态硬盘是使用闪存颗粒（flash flash diskdisk）（即目前内存、）（即目前内存、mp3

23、mp3、U U盘等存储介质）制作而盘等存储介质）制作而成，因而其外观和传统硬盘有很大区别。固态硬盘是成，因而其外观和传统硬盘有很大区别。固态硬盘是未来硬盘发展的趋势。未来硬盘发展的趋势。 固态硬盘是硬盘的替代品，和硬盘个头差不多大，接固态硬盘是硬盘的替代品，和硬盘个头差不多大，接口也一样，与传统机械硬盘相比，只是内部结构不同，口也一样，与传统机械硬盘相比，只是内部结构不同，不再有机械部件，也不再用磁盘存储数据，而是用不再有机械部件，也不再用磁盘存储数据，而是用FlashFlash芯片之类的电可擦除的存储器存储数据，所以被芯片之类的电可擦除的存储器存储数据，所以被称之为固态硬盘。称之为固态硬盘。

24、现在固态硬盘在笔记本中比较常用。现在固态硬盘在笔记本中比较常用。固态硬盘外观固态硬盘内部结构固态硬盘内部结构图固态硬盘的优缺点 启动快、无噪音启动快、无噪音 数据存取速度快数据存取速度快 经久耐用、防震抗摔经久耐用、防震抗摔 体积小、重量轻体积小、重量轻 成本过高成本过高 标准不统一标准不统一 存储容量小存储容量小4.5.1 移动存储设备 U盘（也称优盘、闪盘，见图5-7）是一个USB接口的无需物理驱动器的微型高容量移动存储产品,它采用的存储介质为闪存。4.5.2 移动硬盘 因为采用硬盘为存储介质，因此移动硬盘在数据的读写模式与标准IDE硬盘是相同的。移动硬盘一般采用USB接口、IEEE139

25、4、SATA接口等传输速度较快的接口，可以较高的速度与系统进行数据传输。 4.5.3闪存卡 闪存卡（Flash Card，见图5-9）是利用闪存（Flash Memory）技术达到存储电子信息的存储器，一般应用在数码相机，掌上计算机，MP3等小型数码产品中作为存储介质，所以样子小巧，有如一张卡片，所以称之为闪存卡。 显卡显卡-计算机的显示系统 显卡概述 显卡分类 显卡结构 显卡的工作原理5.1 显卡概述 显卡又称为视频卡、视频适配器、图形卡、图形适配器和显示适配器等等。它是主机与显示器之间连接的“桥梁”，作用是控制电脑的图形输出，负责将CPU送来的的影象数据处理成显示器认识的格式，再送到显示器

26、形成图象。 在微型计算机发展的前期，并没有显卡概念，而所要显示的信息是经过CPU计算后，输出到主板上由若干个集成电路块组成的显示单元，再经过转换后成为显示器所能辨认的信号，进行输出显示，而这种显示设备只能完成一些最基本的显示功能。（ISA, Industry Standard Architecture）总线 “工业标准结构” 1981年的8位ISA插口显卡是第一块独立显卡。从ISA插口显卡开始，显卡有了长足的发展，大致经历了四个阶段：ISA总线、PCI总线、AGP总线和PCI Express总线。 PCI（peripheral component interconnect）外设部件互连总线 AGP（Accelerate Graphical Port），加速图形接口 PCI Express总线属于串行总线 5.2显卡分类 按接口类型分为：ISA显卡、PCI显卡、AGP显卡、PCI-E显卡等类型，ISA显卡、PCI显卡已淘汰，AGP显卡也面临淘汰，PCI-E显卡是最新型的显卡。 按结构形式分为：独立显卡和集成显卡。5.2.1 独立显卡 独立显卡有它自己的显示芯片和显存颗粒，不占用CPU和内存，独立显卡的好处是数据处理不需要CP