大学计算机基础第2章

1、第第2章章 计算机硬件及软计算机硬件及软件系统件系统 本章要点：本章要点： 本章主要讲解计算机硬件和软件系统的基本章主要讲解计算机硬件和软件系统的基本组成。重点掌握组成计算机的硬件部件，了本组成。重点掌握组成计算机的硬件部件，了解其基本工作原理、作用，有的应该掌握其基解其基本工作原理、作用，有的应该掌握其基本参数。本参数。 应了解计算机软件的组成及作用。应了解计算机软件的组成及作用。 2.12.1 计算机硬件系统的组成计算机硬件系统的组成 P35图图2-1给出计算机硬件系统的基本结构。主要给出计算机硬件系统的基本结构。主要组成还是五部分。组成还是五部分。 2.1.1 主板主板 1. 系统主板系

2、统主板 系统主板（系统主板（mainboard）是计算机的核心部件，）是计算机的核心部件，主要布局和相应器件如下：主要布局和相应器件如下：CPU插槽、芯片组、内存插槽、芯片组、内存条插槽、各种接口插座、总线插槽（含图形口）、条插槽、各种接口插座、总线插槽（含图形口）、CMOS电路、电路、BIOS芯片。目前不少主板上还集成了芯片。目前不少主板上还集成了声卡、显示卡、声卡、显示卡、网卡、内置网卡、内置ModemModem等电路，这里不一等电路，这里不一一赘述。一赘述。 主板印制电路板实际是由几层树脂材料粘合在主板印制电路板实际是由几层树脂材料粘合在一起的，内部采用铜箔走线。一般的主板线路板分有一起

3、的，内部采用铜箔走线。一般的主板线路板分有四层，最上和最下的两层是信号层，中间两层是接地四层，最上和最下的两层是信号层，中间两层是接地层和电源层。而一些要求较高的主板的线路板可达到层和电源层。而一些要求较高的主板的线路板可达到6-86-8层或更多。层或更多。内存条内存条芯片组芯片组BIOS芯片芯片CPU插座插座串行接口串行接口AGP扩展槽扩展槽PCI扩展槽扩展槽电池电池I/O插槽插槽CPU接口接口接口接口接口接口接口接口键盘键盘硬盘硬盘鼠标鼠标打印机打印机显示器显示器用户电路用户电路光驱光驱软驱软驱总总 线线控制电路控制电路串行接口串行接口并行接口并行接口键盘接口键盘接口时钟时钟RAMROM总

4、线总线主机板主机板5微机主板示例微机主板示例 (1) CPU (1) CPU插槽插槽 分为分为SlotSlot和和SocketSocket两大工业标准两大工业标准： Slot Slot 标准是标准是IntelIntel的早期标准，在早期的的早期标准，在早期的CPUCPU中中用过。用过。SocketSocket是是IntelIntel后来设计的标准，有后来设计的标准，有Socket370Socket370、Socket 478Socket 478、Socket 423Socket 423Socket 478Socket 478则用于目则用于目前主流前主流Pentium4Pentium4处理器处理

5、器。 (2)(2)芯片组芯片组 芯片组芯片组(Chipset)(Chipset)是主板的核心部分，分为北桥芯是主板的核心部分，分为北桥芯片和南桥芯片。片和南桥芯片。 北桥芯片北桥芯片连接着连接着 CPU CPU 、内存、内存、 AGP AGP 总线，决定总线，决定了主板规格、硬件支持、系统性能。支持什么了主板规格、硬件支持、系统性能。支持什么 CPUCPU，支持多少速的显卡，支持何种频率的内存，都是北桥支持多少速的显卡，支持何种频率的内存，都是北桥芯片决定的。由于速度快发热量高，在此芯片上装有芯片决定的。由于速度快发热量高，在此芯片上装有散热片，位于主板靠近散热片，位于主板靠近CPUCPU插槽

6、的位置。插槽的位置。 南桥芯片南桥芯片主要用来与主要用来与I/OI/O设备、设备、IDEIDE设备相连，并设备相连，并负责管理中断及负责管理中断及DMADMA通道，让设备工作得更顺畅，其提通道，让设备工作得更顺畅，其提供对供对KBC(KBC(键盘控制器键盘控制器) )、RTC(RTC(实时时钟控制器实时时钟控制器) )、USBUSB串串行总线、高级能源管理等的支持，在靠近行总线、高级能源管理等的支持，在靠近PCIPCI槽的位置。槽的位置。 北桥芯片是主桥，一般可以和不同的南桥芯片进北桥芯片是主桥，一般可以和不同的南桥芯片进行搭配使用以实现不同的功能与性能。行搭配使用以实现不同的功能与性能。 台

7、湾威盛公司生产的台湾威盛公司生产的VIA KT400VIA KT400芯片组由芯片组由KT400KT400北桥北桥芯片和芯片和VT8235VT8235等南桥芯片组成等南桥芯片组成 。 (3)(3)内存条插座内存条插座 目前常见的内存插槽为目前常见的内存插槽为SDRAMSDRAM内存、内存、DDRDDR内存插槽，内存插槽，早期的早期的EDOEDO和非主流的和非主流的RDRAMRDRAM内存插槽。不同的内存插内存插槽。不同的内存插槽它们的引脚，电压，性能功能都是不尽相同的，不槽它们的引脚，电压，性能功能都是不尽相同的，不同的内存在不同的内存插槽上不能互换使用。目前常同的内存在不同的内存插槽上不能互

8、换使用。目前常用用184184线的线的DDRDDR内存，其内存金手指上只有一个缺口。内存，其内存金手指上只有一个缺口。 (4) (4) 多种类型接口多种类型接口 键盘和鼠标都是采用键盘和鼠标都是采用PS/2PS/2圆口，键盘接口为蓝色，圆口，键盘接口为蓝色，鼠标接口为绿色，便于区别。鼠标接口为绿色，便于区别。USBUSB接口为扁平状，可接接口为扁平状，可接光驱，光驱，MODEMMODEM，扫描仪等，扫描仪等USBUSB接口的外设。而串口可连接接口的外设。而串口可连接MODEMMODEM和方口鼠标等，并口一般连接打印机。和方口鼠标等，并口一般连接打印机。 串行接口串行接口COM1COM1、COM

9、2COM2：和外设进行串行通讯。和外设进行串行通讯。 打印接口打印接口LPTLPT：和外设按并行方式通讯。和外设按并行方式通讯。 键盘和鼠标接口键盘和鼠标接口PS/2PS/2：只用于鼠标、键盘和主机：只用于鼠标、键盘和主机的连接。速度高于的连接。速度高于COMCOM口。口。 通用串行总线接口通用串行总线接口USBUSB：USBUSB是是Universal Serial Universal Serial BusBus的缩写，一部电脑中有好几个接头，方便使用者，的缩写，一部电脑中有好几个接头，方便使用者，可以串接更多可以串接更多USBUSB设备。早期设备。早期USB1.1USB1.1接口，它的传输

10、接口，它的传输速度仅为速度仅为12Mbps12Mbps。举个例子说，当你用。举个例子说，当你用USB1.1USB1.1的扫描的扫描仪扫一张大小为仪扫一张大小为40M40M的图片，需要的图片，需要4 4分钟之久。分钟之久。USBUSB接接口可以为外设提供有限容量的电源。支持即插即用。口可以为外设提供有限容量的电源。支持即插即用。 COMPAQCOMPAQ、Hewlett PackardHewlett Packard、IntelIntel、LucentLucent、MicrosoftMicrosoft、NECNEC和和PHILIPSPHILIPS这这7 7家厂商家厂商联合制定了联合制定了USB 2

11、.0USB 2.0接口标准。将设备之间的数接口标准。将设备之间的数据传输速度增加到了据传输速度增加到了480Mbps480Mbps，比，比USB 1.1USB 1.1标准标准快快4040倍左右。倍左右。 13941394接口：接口：也称火线也称火线(FIREWIRE)(FIREWIRE)接口接口, ,与与USBUSB类类似，也是一种高效的串行接口标准。它可以在一个端似，也是一种高效的串行接口标准。它可以在一个端口上连接最多口上连接最多6363个设备。支持个设备。支持400Mbps400Mbps的速率。目前正的速率。目前正在开发在开发1Gbps1Gbps的版本。在的版本。在400Mbps400M

12、bps时，只要利用时，只要利用5050的的带宽就可以支持不经压缩的高质量数字化视频信息流。带宽就可以支持不经压缩的高质量数字化视频信息流。IEEE1394IEEE1394是一种与平台无关的串行通信协议。是一种与平台无关的串行通信协议。19951995年年AppleApple公司整合发布。公司整合发布。 6-PIN4-PIN VGA显示器接口： 网卡接口： (5)(5)总线扩展槽总线扩展槽PCI(peripheralPCI(peripheral component component interconnect)interconnect)总总线插槽它是由线插槽它是由IntelIntel公司推出的公

13、司推出的一种局部总线。一种局部总线。它定义了它定义了3232位数位数据总线，且可扩据总线，且可扩展为展为6464位。位。它为显卡、声卡、网卡、电视卡、它为显卡、声卡、网卡、电视卡、MODEMMODEM等设备提供了等设备提供了连接接口，它的基本工作频率为连接接口，它的基本工作频率为33MHz33MHz，最大传输速率，最大传输速率可达可达132MB/s132MB/s。 (6)AGP(Accelerated-Graphics-Port)(6)AGP(Accelerated-Graphics-Port)插槽插槽 AGPAGP图形加速口专供图形加速口专供3D3D显卡使用，直接与北桥芯片相连，增加显卡使用

14、，直接与北桥芯片相连，增加3D3D图形数据传输速度，在显存不足的情况下可调用系统主内存，图形数据传输速度，在显存不足的情况下可调用系统主内存，它拥有很高的传输速率，这是它拥有很高的传输速率，这是PCIPCI等总线无法与其相比拟的。等总线无法与其相比拟的。AGPAGP接口主要可分为接口主要可分为AGP1X/2X/PRO/4X/8XAGP1X/2X/PRO/4X/8X等类型。（等类型。（2133MB/s） (7)CMOS(7)CMOS电池、电池、BIOSBIOS芯片芯片计算机启动时需要启动程序计算机启动时需要启动程序支持，启动时将调入一些基支持，启动时将调入一些基本参数（本参数（CMOSCMOS参

15、数）。启动参数）。启动程序称程序称BIOSBIOS（BASIC INPUT/OUTPUT SYSTEM ）放在可擦写芯片中，放在可擦写芯片中，目前目前CMOSCMOS参数一般也放在此参数一般也放在此芯片中。芯片中。为防止计算机断电后为防止计算机断电后CMOSCMOS参数丢失，用一块电池供参数丢失，用一块电池供电，称电，称CMOSCMOS电池。电池。 (8)IDEIDE接口接口 IDEIDE接口是为连接硬盘和光驱等设备而设的。接口是为连接硬盘和光驱等设备而设的。实际实际上上IDEIDE是一种接口标准。是一种接口标准。 (9) (9)软驱接口软驱接口 (10) (10)电源插口及主板供电部分电源插

16、口及主板供电部分 电源插座主要有电源插座主要有ATAT电源插座电源插座和和ATXATX电源插座两种。电源插座两种。ATAT插座现插座现已淘汰。已淘汰。2020口的口的ATXATX电源插座，电源插座，采用了防插反设计，不会像采用了防插反设计，不会像ATAT电电源一样因为插反而烧坏主板。除源一样因为插反而烧坏主板。除此而外，在电源插座附近一般还此而外，在电源插座附近一般还有主板的供电及稳压电路。有主板的供电及稳压电路。 P4P4主板上一般还有一个主板上一般还有一个4 4口口专用的专用的12V12V电源插座。电源插座。1是整合音效芯片，是整合音效芯片，2是是I/O控制芯片，控制芯片，3是光驱音源插座

17、，是光驱音源插座，4是外接音源辅助是外接音源辅助插座，插座，5是是SPDIF插座，插座，6是是USB插插头，头，7是机箱被开是机箱被开启接头，启接头，8是是PCI插插槽，槽，9是是AGP4X插插槽，槽，10是机箱前端是机箱前端通用通用USB接口，接口，11是是BIOS，12是机是机箱面板接头，箱面板接头，13是是南桥芯片，南桥芯片，14是是IDE1插口，插口，15是是IDE2插口，插口，16是电源指示灯接头，是电源指示灯接头，17是清除是清除CMOS记忆跳线，记忆跳线，18是风扇电源插座，是风扇电源插座，19是电池，是电池，20是软驱插座，是软驱插座，21是是ATX电源插座，电源插座，22是内

18、存插槽，是内存插槽，23是风扇电源插座，是风扇电源插座，24是北桥是北桥芯片，芯片，25是是CPU风扇支架，风扇支架，26是是CPU插座，插座，27是是12VATX电源插座，电源插座，28是第二组音是第二组音源插座，源插座，29是是PS/2键盘及鼠标插座，键盘及鼠标插座，30是是USB插座，插座，31是并串口，是并串口，32是游戏控制器是游戏控制器及音源插座，及音源插座，33是是SUP_CEN插座。插座。 2.2.主板新技术（自学）主板新技术（自学）2.1.2 CPU(Center Proccessing2.1.2 CPU(Center Proccessing Unit) Unit)寄存器寄存

19、器1寄存器寄存器2 累加器累加器RAM控制器控制器加加结结 果果数数据据ALU459 CPUCPU的工作流程：的工作流程： 1 1、要处理的数据从、要处理的数据从RAMRAM中取出，放到寄存器中。中取出，放到寄存器中。 2 2、控制器发出信号，指明要进行算术运算还是、控制器发出信号，指明要进行算术运算还是逻辑运算。逻辑运算。 3 3、ALUALU执行操作，将结果存放到累加器中。执行操作，将结果存放到累加器中。 4 4、结果通常送回、结果通常送回RAMRAM，以便将它们输出或存入磁，以便将它们输出或存入磁盘。盘。 CPUCPU的性能指标：的性能指标： 集成电路技术是制造微型机、小型机、大型机集成

20、电路技术是制造微型机、小型机、大型机和巨型机的和巨型机的CPUCPU的基本技术。它的发展使计算机的速的基本技术。它的发展使计算机的速度和能力有了极大的改进。但是必须清楚使用高性度和能力有了极大的改进。但是必须清楚使用高性能能CPUCPU的计算机系统并不意味着它在各方面都能够提的计算机系统并不意味着它在各方面都能够提供高性能。计算机系统也有它的薄弱环节。即使计供高性能。计算机系统也有它的薄弱环节。即使计算机配备了高性能算机配备了高性能CPUCPU，但是如果硬盘速度很慢，没，但是如果硬盘速度很慢，没有缓冲器，且有缓冲器，且RAMRAM很小，则整体性能也会很慢。很小，则整体性能也会很慢。 CPUCP

21、U的主要性能指标有：的主要性能指标有： 1 1主频主频 2 2外频外频 3 3倍频倍频 4 4地址总线宽度地址总线宽度 5 5数据总线宽度数据总线宽度 6 6L1L1高速缓存高速缓存 7 7L2L2高速缓存高速缓存 8 8工作电压工作电压 9 9协处理器协处理器 1.1.主频主频 CPUCPU工作的时钟频率（工作的时钟频率（CPU Clock SpeedCPU Clock Speed）, ,表示表示在在CPUCPU内数字脉冲信号震荡的速度。一般来说，一个内数字脉冲信号震荡的速度。一般来说，一个时钟周期完成的指令数是固定的，所以主频越高，单时钟周期完成的指令数是固定的，所以主频越高，单位时间处理

22、的数据也就越多，位时间处理的数据也就越多，CPUCPU的速度也就越快。的速度也就越快。不过由于各种各样的不过由于各种各样的CPUCPU的内部结构不尽相同，所以的内部结构不尽相同，所以并非所有的时钟频率相同的并非所有的时钟频率相同的CPUCPU的性能都一样。的性能都一样。CPUCPU的的工作是周期性的，它不断地执行取指令、执行指令等工作是周期性的，它不断地执行取指令、执行指令等操作。这些操作需要精确定时，按照精确的节拍工作操作。这些操作需要精确定时，按照精确的节拍工作，因此，因此CPUCPU需要一个时钟电路产生标准节拍，一旦机需要一个时钟电路产生标准节拍，一旦机器加电，时钟电路便连续不断地发出节

23、拍，就像乐队器加电，时钟电路便连续不断地发出节拍，就像乐队的指挥一样指挥的指挥一样指挥CPUCPU有节奏的工作，这个节拍的频率有节奏的工作，这个节拍的频率就是主频。就是主频。 2. 2.外频外频 实际上，计算机的任何部件都按一定的节拍工作。实际上，计算机的任何部件都按一定的节拍工作。通常是主板上提供一个基准节拍供各部件使用，主板通常是主板上提供一个基准节拍供各部件使用，主板提供的节拍称为外频。提供的节拍称为外频。CPUCPU与主板上其他设备进行数据与主板上其他设备进行数据传输的物理工作频率，代表着传输的物理工作频率，代表着CPUCPU与内存等配件之间的与内存等配件之间的数据传输速度。这里指数据

24、传输速度。这里指CPUCPU和内存之间数据传输速度，和内存之间数据传输速度，即内存总线的速度。即内存总线的速度。 3. 3.倍频倍频 指指CPUCPU外频与主频相差的倍数，即外频与主频相差的倍数，即CPUCPU内部频率与内部频率与外部频率的比值。随着科技的发展，外部频率的比值。随着科技的发展，CPUCPU内部的设计比内部的设计比外部设备更精密、先进。并且随着外部设备更精密、先进。并且随着CPUCPU设计与制作技术设计与制作技术的不断进步，的不断进步，CPUCPU的频率的提高比外部设备运行的频率的频率的提高比外部设备运行的频率的提高要快得多，外部设备的工作频率跟不上的提高要快得多，外部设备的工作

25、频率跟不上CPUCPU的工的工作频率，到目前为止，作频率，到目前为止，CPUCPU的内部频率是外部频率的几的内部频率是外部频率的几倍。倍。 这样：这样：CPUCPU工作频率倍频工作频率倍频外频外频 4 4地址总线宽度地址总线宽度 我们知道，我们知道，PCPC采用的是总线结构。地址总线宽度采用的是总线结构。地址总线宽度（地址总线的位数）决定了（地址总线的位数）决定了CPUCPU可以访问的存储器的可以访问的存储器的物理地址空间（即存储容量），不同型号的物理地址空间（即存储容量），不同型号的CPUCPU总线总线宽度不同，因而使用的内存的最大容量也不一样。宽度不同，因而使用的内存的最大容量也不一样。3

26、232位地址总线能使用的最大内存容量为：位地址总线能使用的最大内存容量为：2 23232=4096MB=4096MB 5 5数据总线宽度数据总线宽度 数据总线宽度决定了数据总线宽度决定了CPUCPU与内存、输入输出设与内存、输入输出设备之间一次数据传输的信息量。备之间一次数据传输的信息量。Pentium 4Pentium 4以上的计以上的计算机，数据总线的宽度为算机，数据总线的宽度为6464位，即位，即CPUCPU一次可以同时一次可以同时处理处理8 8个字节的数据。个字节的数据。 6 6L1L1高速缓存高速缓存 缓存是位于缓存是位于CPUCPU和内存之间的容量较小但速度很和内存之间的容量较小但

27、速度很快的存储器，使用静态快的存储器，使用静态RAMRAM做成，存取速度比一般内做成，存取速度比一般内存快存快3 38 8倍。倍。L1L1缓存也称片内缓存，缓存也称片内缓存，PentiumPentium时代的时代的处理器把处理器把L1L1缓存集成在缓存集成在CPUCPU内部。内部。L1L1高速缓存容量一高速缓存容量一般在般在32KB32KB64KB64KB之间，少数可达到之间，少数可达到128KB128KB。 7 7L2L2高速缓存高速缓存 L2L2缓存即二级高速缓存，通常做在主板上，目缓存即二级高速缓存，通常做在主板上，目前有些前有些CPUCPU将二级缓存也做到了将二级缓存也做到了CPUCP

28、U芯片内。芯片内。 L2L2高速缓存的容量一般在高速缓存的容量一般在128KB128KB512KB512KB之间，之间，有的甚至在有的甚至在1M1M以上。以上。 8 8工作电压工作电压 指指CPUCPU正常工作时所需要的电压。早期的工作电正常工作时所需要的电压。早期的工作电压一般为压一般为5V5V，而随着，而随着CPUCPU主频的提高，主频的提高，CPUCPU工作电压工作电压有逐步下降的趋势，以解决发热过高的问题。有逐步下降的趋势，以解决发热过高的问题。 目前目前CPUCPU的工作电压一般在的工作电压一般在1.6V1.6V2.8V2.8V之间。之间。CPUCPU制造工艺越先进，则工作电压越低，

29、制造工艺越先进，则工作电压越低，CPUCPU运行时运行时的耗电功率就越小。的耗电功率就越小。 9 9协处理器协处理器 含有内置协处理器的含有内置协处理器的CPUCPU可以加快特定类型的数可以加快特定类型的数值计算。某些需要进行复杂运算的软件系统，如值计算。某些需要进行复杂运算的软件系统，如AUTO CADAUTO CAD就需要协处理器支持。就需要协处理器支持。PentiumPentium以上的以上的CPUCPU都内置了协处理器。都内置了协处理器。 CPUCPU的发展历程：的发展历程： CPUCPU的发展概可以分为五个阶段。的发展概可以分为五个阶段。 1.1.第一代第一代CPUCPU（19711

30、97119731973年）年） 4 4位位CPUCPU，是，是4 4位和低档位和低档8 8位微处理器时代，其典型产品有：位微处理器时代，其典型产品有：Intel Intel 40044004，由美国，由美国IntelIntel公司公司19711971年首次推出，它的改进年首次推出，它的改进型是型是40404040。以它为核心构成的微型机是。以它为核心构成的微型机是MCS-4MCS-4。 2.2.第二代第二代CPUCPU（1973197319781978年）年）8 8位位CPUCPU是成熟是成熟的的8 8位微处理器时代。典型产品有：位微处理器时代。典型产品有：Intel 8080Intel 80

31、80，19731973年由年由IntelIntel公司推出，它的出公司推出，它的出现加速了微型计算机的发展。现加速了微型计算机的发展。MC6800MC6800，19741974年美国年美国MotorolaMotorola公司推出。公司推出。 Z-80Z-80，19751975年由年由ZilogZilog公司推公司推出，它是国内曾经最流行的单板微型机出，它是国内曾经最流行的单板微型机TP801TP801的的CPUCPU。Intel 8085Intel 8085，19761976年由年由IntelIntel公司推出，公司推出，80808080的改进的改进型。型。 MOS 6502MOS 6502，

32、由，由MOSMOS公司推出，它是公司推出，它是IBM PCIBM PC机问机问世之前世界上最流行的微型计算机世之前世界上最流行的微型计算机Apple IIApple II（苹果机）（苹果机）的的CPUCPU。 3.3.第三代第三代CPUCPU（1978197819831983年）年）1616位位CPUCPU，第三，第三代是代是1616位微处理器时代，这一时期的最典型产品是位微处理器时代，这一时期的最典型产品是IntelIntel公司公司19781978年推出的年推出的1616位微处理器位微处理器Intel 8086Intel 8086，第，第三代微处理器的参数是：其集成度为三代微处理器的参数是

33、：其集成度为29,00029,000管片，管片，时钟频率为时钟频率为5 58MHz8MHz，数据总线宽度为，数据总线宽度为1616位，地址总线位，地址总线为为2020位，可寻址内存空间达位，可寻址内存空间达1MB1MB，运算速度比，运算速度比8 8位机快位机快2 25 5倍。倍。 19821982年，年，IntelIntel公司又推出公司又推出8028680286微处理器，它是微处理器，它是1616位微处理器中的高档产品，以位微处理器中的高档产品，以8028680286为为CPUCPU构成的个构成的个人计算机人计算机IBM PCIBM PCATAT机不仅弥补了以机不仅弥补了以80888088为

34、为CPUCPU的的IBM IBM PCPCXTXT机在多任务方面的缺陷，而且满足了多用户和机在多任务方面的缺陷，而且满足了多用户和多任务系统的需要，从多任务系统的需要，从8080年代中后期到年代中后期到9090年代初，年代初，8028680286一直是个人计算机的主流型一直是个人计算机的主流型CPUCPU。 4.4.第四代第四代CPUCPU（1983198319931993年）年）3232位位CPUCPU，第四，第四代是代是3232位微处理器时代。这一时期的典型产品有：位微处理器时代。这一时期的典型产品有：19831983年年ZilogZilog公司推出的公司推出的Z-80000Z-80000

35、，19841984年年MotorolaMotorola公公司推出的司推出的MC68020MC68020、19851985年年IntelIntel公司推出的公司推出的Intel Intel 8038680386和和NECNEC公司的公司的V70V70等。等。3232位微处理器的出现，使微位微处理器的出现，使微处理器开始进入一个崭新的时代。处理器开始进入一个崭新的时代。19891989年后，年后，IntelIntel公公司又推出更高性能的司又推出更高性能的3232位微处理器位微处理器Intel 80486Intel 80486，其集，其集成度达成度达120120万管片，是万管片，是80386803

36、86的的4 4倍，增加了片内协处倍，增加了片内协处理器和理器和8KB8KB的片内高速缓存（即一级的片内高速缓存（即一级cachecache），支持配），支持配置外部置外部cachecache（即二级（即二级cachecache）。内部数据总线宽度有）。内部数据总线宽度有3232位、位、6464位和位和128128位，而且出现了位，而且出现了CPUCPU倍频技术，该技倍频技术，该技术使术使CPUCPU内部工作频率为处理器外频的内部工作频率为处理器外频的2 23 3倍，倍，486DX2486DX2、486DX4486DX4的名字便是由此而来。的名字便是由此而来。 5.5.第五代第五代CPUCPU（

37、从（从19931993年开始）（准）年开始）（准）6464位位CPU,CPU,第五代微处理器的推出，使微处理器技术发展到了一个第五代微处理器的推出，使微处理器技术发展到了一个崭新阶段，这一时期的典型产品有：崭新阶段，这一时期的典型产品有：经典的经典的PentiumPentium，19931993年年IntelIntel公司推出。公司推出。Power PCPower PC，19951995年年IBMIBM、MotorolaMotorola、AppleApple联合推出。联合推出。Pentium ProPentium Pro，19961996年年IntelIntel公司推出。公司推出。K5K5，A

38、MDAMD公司推出。公司推出。Pentium IIPentium II，19971997年年IntelIntel公司推出。公司推出。Pentium IIIPentium III，19991999年年IntelIntel公司推出。公司推出。Pentium IIPentium II，20012001年年IntelIntel公司推出。公司推出。19931993年年3 3月，月，IntelIntel公司正式推出第五代微处理器公司正式推出第五代微处理器PentiumPentium，俗称，俗称586586或或P5P5。 586586采用采用6464位外部数据总线，使经总线访问内存数位外部数据总线，使经总线

39、访问内存数据的速度高达据的速度高达528MB528MBs s、是主频、是主频66MHz66MHz的的80486-DX280486-DX2最最高速度（高速度（105MB105MBs s）的）的5 5倍，倍，3636位地址总线使可寻址空位地址总线使可寻址空间达间达64GB64GB，主频有，主频有7575，9090，100100，120120，133133，166MHz166MHz，PentiumPentium的最高为的最高为200MHz200MHz。IntelIntel公司为了巩固其微处公司为了巩固其微处理器的优势地位，于理器的优势地位，于19951995年年2 2月月t t推出新一代微处理器推出

40、新一代微处理器P6P6，集成度为，集成度为550550万管片，具有两个一级高速缓存万管片，具有两个一级高速缓存（即（即8KB8KB的指令的指令cachecache和和8KB8KB的数据的数据cachecache），），256KB256KB的二的二级级cachecache，电源电压仅为，电源电压仅为2.9V2.9V，主频为，主频为133MHz133MHz，一个时，一个时钟周期可以执行钟周期可以执行3 3条指令，其性能是经典条指令，其性能是经典PentiumPentium的的2 2倍。倍。19961996年经进一步改进，年经进一步改进，IntelIntel公司将公司将P6P6正式命名为正式命名为P

41、entium ProPentium Pro，最高时钟频率为，最高时钟频率为200MHz200MHz。但由于其昂贵。但由于其昂贵的价格和它在的价格和它在1616位操作系统下的某些缺点，而使得它位操作系统下的某些缺点，而使得它未能成为桌面未能成为桌面PCPC机的主流型机的主流型CPUCPU。 继继Pentium ProPentium Pro之后，之后，19971997年年IntelIntel公司又推出了公司又推出了微处理器的新产品微处理器的新产品Pentium IIPentium II（即奔腾二代），主频（即奔腾二代），主频有有233MHz233MHz，266MHz266MHz，300MHz300

42、MHz，350MHz350MHz，400MHz400MHz。IntelIntel公司在公司在19991999年推出了年推出了Pentium IIIPentium III。Pentium IIIPentium III的主频从的主频从450MHz450MHz1133MHz1133MHz。 20002000年末年末IntelIntel公司又推出了目前的主流微处理公司又推出了目前的主流微处理器器Pentium 4Pentium 4。Pentium 4Pentium 4采用采用0.18m0.18m工艺，集成度工艺，集成度为为42004200万管片，具有两个一级高速缓存（即万管片，具有两个一级高速缓存（即

43、64KB64KB的的指令指令cachecache和和64KB64KB的数据的数据cachecache），），512KB512KB的二级的二级cachecache，电源电压仅为电源电压仅为1.9V1.9V，主频为，主频为1.3GHz1.3GHz3.6GHz3.6GHz。目前又。目前又出现了双核技术。出现了双核技术。 IntelIntel公司在抢占高端公司在抢占高端CPUCPU市场的同时，也生产低市场的同时，也生产低端端CPUCPU赛扬（赛扬（CeleronCeleron）。）。 除了除了Inte1Inte1公司产品外，还有公司产品外，还有AMDAMD、CyrixCyrix等公司等公司也在生产也在

44、生产CPUCPU产品。产品。 AMDAMD主要产品有：主要产品有： AMD K5AMD K5处理器处理器是是AMDAMD公司第一个独立生产的公司第一个独立生产的x86x86级级CPUCPU，由于开发遇到问题，上市时间比，由于开发遇到问题，上市时间比Inte1Inte1的奔腾晚的奔腾晚了许多，再加上不良的性能，这个不成功的产品使得了许多，再加上不良的性能，这个不成功的产品使得AMDAMD一度陷入非常被动的局面，市场份额大量丧失。一度陷入非常被动的局面，市场份额大量丧失。 AMD K6AMD K6处理器是与处理器是与Pentium MMXPentium MMX同一个档次的产品同一个档次的产品包含了

45、全新的包含了全新的MMXMMX指令以及指令以及64K L164K L1缓存（比奔腾缓存（比奔腾MMXMMX整整整大了一倍），因此整大了一倍），因此 K6K6的整体性能要优于奔腾的整体性能要优于奔腾MMXMMX。据在据在Windows 95Windows 95下的商业应用测试来看，下的商业应用测试来看，K6K6比相同速比相同速度的奔腾度的奔腾MMXMMX快。但其弱点是需要使用快。但其弱点是需要使用MMXMMX或浮点运算或浮点运算的应用程序时，与的应用程序时，与IntelIntel相比速度较慢。相比速度较慢。 AMD K6AMD K62 2处理器处理器是是AMDAMD的拳头级产品，为了打败的拳头级

46、产品，为了打败Inte1Inte1，K6K62 2在在K6K6的基础上做了大幅度的改进，其中的基础上做了大幅度的改进，其中最重要的一条便是支持最重要的一条便是支持“3Dnow3Dnow！”指令，指令，3DNow3DNow！指！指令是对令是对x86x86体系结构的重大突破，它大大加强了处理体系结构的重大突破，它大大加强了处理3D3D图形和多媒体所需要的密集浮点运算能力，更加真实图形和多媒体所需要的密集浮点运算能力，更加真实地重现地重现3D3D图像以及大屏幕的声像效果。图像以及大屏幕的声像效果。 K6K62 2同时支持超标量同时支持超标量MMXMMX技术，技术，100MHz100MHz总线频率，总

47、线频率，这意味着系统与这意味着系统与 L2L2缓存和内存的传输速率提高将近缓存和内存的传输速率提高将近5050，从而大大提高了整个系统的性能。，从而大大提高了整个系统的性能。 此外，此外，K6K62 2采用的核心电压为采用的核心电压为2.2V2.2V，低电压使，低电压使K6K62 2的发热量大幅降低。的发热量大幅降低。 AMD K6AMD K6处理器没有处理器没有顺延顺延K6K62 2的名字的名字叫叫K6K63 3，AMDAMD为了和为了和 IntelIntel的的Pentium Pentium 相抗相抗衡，有意识把衡，有意识把K6K63 3改名为改名为K6K6。 K6K6和和K6K62 2最

48、大的不同，就是最大的不同，就是K6K6内部整合了内部整合了256K256K的的L2L2缓存，也就是说，缓存，也就是说，K6K6中中L2L2缓存的运行速度与缓存的运行速度与CPUCPU核心速度相同。核心速度相同。 AMD AthlonAMD Athlon K7 K7处理器其出色的性能完全处理器其出色的性能完全具备了与具备了与 Intel Pentium Intel Pentium 相抗衡的实力。相抗衡的实力。19991999年年6 6月底，月底，AMDAMD正式更名正式更名 K7K7处理器为处理器为“AthlonAthlon”，作为，作为AMDAMD公司新一代的旗舰产品。公司新一代的旗舰产品。

49、AthlonAthlon处理器还采用大容量缓存的方法提高性能，处理器还采用大容量缓存的方法提高性能，在在CPUCPU核心中集成了核心中集成了128K128K的一级缓存，其容量为当时的一级缓存，其容量为当时PentiumPentium处理器的四倍，而二级缓存则采用类似处理器的四倍，而二级缓存则采用类似IntelIntel的灵活配置，标准版本的二级缓存为的灵活配置，标准版本的二级缓存为512KB512KB，工作在，工作在处理器主频速度一半的状态下。处理器主频速度一半的状态下。 PowerPCPowerPC芯片芯片 二十世纪九十年代，二十世纪九十年代，IBM(IBM(国际商用机器公司国际商用机器公司

50、) )、AppleApple（苹果公司）和（苹果公司）和MotorolaMotorola（摩托罗拉）公司开（摩托罗拉）公司开发发PowerPCPowerPC芯片成功，并制造出基于芯片成功，并制造出基于PowerPCPowerPC的多处理的多处理器计算机。苹果和器计算机。苹果和 IBM IBM 这两家公司铸造出了这两家公司铸造出了G5G5，带，带来了来了 PowerPC PowerPC 历史上最大的性能跃进。历史上最大的性能跃进。6464位位 G5G5的速的速度可高达度可高达 2GHz2GHz，而且还能够定址，而且还能够定址 8GB 8GB 容量的内存。容量的内存。 双核、多核技术是近几年发展的

51、技术。这种技术双核、多核技术是近几年发展的技术。这种技术在一个处理器上集成两个或多个计算单元，一颗在一个处理器上集成两个或多个计算单元，一颗CPUCPU提供接近提供接近2 2、4 4、8 8颗颗CPUCPU的性能，双核或多核技术对提的性能，双核或多核技术对提高计算性能有较大的潜力可挖。据现有的资料显示，高计算性能有较大的潜力可挖。据现有的资料显示，AMD OpteronAMD Opteron 处理器从一开始设计时就考虑到了添加处理器从一开始设计时就考虑到了添加第二个内核，两个第二个内核，两个CPUCPU内核使用相同的系统请求接口内核使用相同的系统请求接口和内存控制器，兼容单内核处理器所使用的和

52、内存控制器，兼容单内核处理器所使用的940940引脚引脚接口。而英特尔的双核心是使用两个完整的接口。而英特尔的双核心是使用两个完整的CPUCPU封装封装在一起，连接到同一个前端总线上。有的资料认为，在一起，连接到同一个前端总线上。有的资料认为，AMDAMD的解决方案是真正的的解决方案是真正的“双核双核”，而英特尔的解决，而英特尔的解决方案则是方案则是“双芯双芯”。可以设想，这样的两个核心必然。可以设想，这样的两个核心必然会产生总线争抢，影响性能会产生总线争抢，影响性能。 2.1.3 2.1.3 存储器存储器RAMRAM静态静态RAMRAM（SRAMSRAM）动态动态RAMRAM（DRAMDRA

53、M）ROMROM掩膜型掩膜型ROMROM可编程可编程ROMROM（PROMPROM）可擦除可编程可擦除可编程ROMROM（EPROMEPROM）电可擦除可编程电可擦除可编程ROMROM（E E2 2PROMPROM、FLASH ROM)FLASH ROM) 存储器根据其位置特征分为内存和外存。位于主存储器根据其位置特征分为内存和外存。位于主板的称内存。否则称外存。板的称内存。否则称外存。 1. 1. 内存储器内存储器 内存一般用内存一般用半导体材料做成电路形式。半导体材料做成电路形式。根据读写根据读写特性，可分为特性，可分为RAMRAM和和ROMROM。RAMRAM（Random Access

54、 MemoryRandom Access Memory）: : RAM( RAM(随机存取存储器随机存取存储器) )，可分为动态（，可分为动态（Dynamic Dynamic RAMRAM）和静态（）和静态（Static RAMStatic RAM）两大类。）两大类。 由于制作工艺不同，静态由于制作工艺不同，静态RAMRAM速度快，但花费大，速度快，但花费大，而动态而动态RAMRAM花费小但速度慢些且高密度。因此，静态花费小但速度慢些且高密度。因此，静态RAMRAM用作用作CPUCPU的高速缓存的高速缓存CacheCache（L1L1或或L2L2），而动态），而动态RAMRAM用于更大的系统用

55、于更大的系统RAMRAM空间，如内存条。空间，如内存条。RAMRAM发展过程：发展过程： (1) SIMM(1) SIMM（Single In-line Memory ModulesSingle In-line Memory Modules，单，单边接触内存模组）在边接触内存模组）在1988 1988 1990 1990 年当中，也就是年当中，也就是386386和和486486时代时代 ，30pinSIMM30pinSIMM发展到发展到72pinSIMM72pinSIMM。 (2)EDO DRAM(2)EDO DRAM（Extended Data Out RAMExtended Data Ou

56、t RAM，外扩充数，外扩充数据模式存储器）内存，这是据模式存储器）内存，这是1991 1991 年到年到1995 1995 年之间盛行年之间盛行的内存条，速度快了的内存条，速度快了1530%1530%。工作电压为一般为。工作电压为一般为5V5V，带，带宽宽32bit32bit，速度在，速度在40ns40ns以上，以上，EDO RAMEDO RAM有有72 pin72 pin和和168 168 pinpin，主要应用在当时的，主要应用在当时的486486及早期的及早期的PentiumPentium电脑上。电脑上。 (3)SDRAM(3)SDRAM（Synchronous Dynamic RAM

57、 Synchronous Dynamic RAM ）也称）也称“同同步动态内存步动态内存”，一般，一般168168线、带宽线、带宽64bit64bit、3.3V3.3V电压。输电压。输入输出信号保持与系统外频同步，速度明显超越入输出信号保持与系统外频同步，速度明显超越EDOEDO。 (4)RDRAM(Rambus DRAM)(4)RDRAM(Rambus DRAM)内存内存,Rambus,Rambus DRAM DRAM是是RambusRambus公司最早提出的一种内存规格公司最早提出的一种内存规格 ，其特点是在一其特点是在一个时钟周期内，可以在上升沿和下降沿同时传输数据，个时钟周期内，可以在

58、上升沿和下降沿同时传输数据，这样它的实际速度翻倍。这样它的实际速度翻倍。 （5 5）DDR SDRAM(DualDDR SDRAM(Dual Date Rate SDRAM) Date Rate SDRAM)简称简称DDRDDR，“双倍速率双倍速率SDRAM“SDRAM“的意思。由于的意思。由于RDRAMRDRAM的工艺复杂，的工艺复杂，导致价格过高，而且导致价格过高，而且RambusRambus公司还要收取相应的版权公司还要收取相应的版权收费。于是其它厂家根据收费。于是其它厂家根据RambusRambus双向脉冲的特点，提双向脉冲的特点，提出了出了DDR SDRAMDDR SDRAM，也就是

59、我们现在最主流的内存条。，也就是我们现在最主流的内存条。 (6) DDR II(6) DDR II。DDR-IIDDR-II内存是内存是DDR-IDDR-I内存的换代产内存的换代产品，品，DDR2DDR2内存拥有内存拥有400400、533533、667MHz667MHz等不同的时钟频等不同的时钟频率。高端的率。高端的DDR2DDR2内存拥有内存拥有800800、1000MHz1000MHz两种频率。两种频率。 ROM ROM （Read Only MemoryRead Only Memory） ROMROM芯片不仅用在计算机里，而且还用在大多数芯片不仅用在计算机里，而且还用在大多数电子产品中

60、。有五种基本电子产品中。有五种基本ROM ROM 类型类型: ROM : ROM 、PROMPROM、EPROMEPROM和和E2PROME2PROM、Flash Memory Flash Memory 。 每个类型有独特的特性每个类型有独特的特性, , 但是所有类型却有两个但是所有类型却有两个共同之处共同之处: : 储存在这些芯片中的数据是非易失性的。断电时储存在这些芯片中的数据是非易失性的。断电时, , 它不被丢失。它不被丢失。 储存在这些芯片中的数据是不可更改的，或者需储存在这些芯片中的数据是不可更改的，或者需要特别的操作来更改要特别的操作来更改 。 PROMPROM是可编程只读存储器（