计算机软硬件系统与维护第1章

1、第1章计算机的基本组成 一台实用的计算机除了必备的硬件配置外，还必须有相应的软件支持，因此一个完整的计算机系统，应由硬件和软件两大部分组成。本章将以微型计算机系统为模型，主要介绍计算机软硬件系统组成及特点。1.1 计算机的硬件组成硬件1.CPU：是整个计算机硬件控制指挥中心。2.存储器：用来存放程序和数据，分为内部存储器和外部存储器两类。 5.系统总线：系统总线是把各部件连接起来，实现彼此信息交换的公共传输线，分为数据总线、地址总线和控制总线。 4. I/O接口 ：连接外设与CPU的桥梁。3.外部设备 ：将外界数据、程序等送入计算机， 或将计算机运算处理的结果，以人们熟悉的形式显示、打印出来。

2、 其结构图如图1.1所示。图1.1 硬件系统组成1.1.1 CPU 1. CPU的基本组成 CPU是一块超大规模集成电路芯片，完成从存储器存放的程序中连续不断地读取指令、分析指令、执行运算、传送结果等一系列有规律的重复操作。不同型号的CPU，其内部结构和硬件配置不同，由它组成的计算机性能也不同，但任何一种CPU都必须包含执行部件(EU)和总线接口部件(BIU)两个基本部分，如图1.2所示。图1.2 CPU的基本组成 (1) 执行部件 执行部件由算术逻辑单元、通用寄存器、标志寄存器、执行部件控制电路等单元组成。 执行部件的主要任务是：执行指令，其功能为：从总线接口部件的指令队列中取出指令，由控制

3、单元内部的指令译码器译码，并根据译码信息向各部件发相应的操作控制信号；对操作数进行算术和逻辑运算，并将运算结果的特征状态存到标志寄存器中；控制总线接口部件与存储器或I/O接口进行数据交换，并提供访问存储器和I/O端口的有效地址。 (2) 总线接口部件 总线接口部件由段寄存器、指令指针寄存器、总线控制逻辑、地址加法器及指令队列等单元组成。总线接口部件的主要任务是：完成取指令和数据输入/输出，其功能为：从内存特定的区域取出指令送入指令队列；对存储器、I/O端口进行数据的输入或输出；计算并形成访问存储器的物理地址。 (3) 执行部件与总线接口部件的关系 执行部件和总线接口部件既相互配合完成指令操作，

4、又相互独立。多数情况下，执行部件执行指令操作与总线接口部件取指令在时间上可重叠进行。这样，减少了CPU取指令的等待时间，加快了CPU的指令执行速度，也提高了系统总线的利用率。通常把这种多个部件重叠进行指令各个操作的处理方式称为指令流水线处理。 2. CPU的主要技术指标和新技术 (1) 字长 CPU的字长通常指其内部数据总线的宽度，决定了计算机内部一次可以处理的二进制代码的位数，单位是二进制的位（bit）。字长反映CPU能够处理的数据宽度、精度和速度等。字长越长，一个字所能表示的数据精度就越高，在完成同样精度的运算时，速度也越快。习惯上，常以字长位数来称呼CPU，如Pentium 4 CPU字

5、长32位称为32位处理器等。 CPU的主频指CPU的工作时钟频率，通常标注在CPU表面的型号中，如Pentium 4 2.0GHz的主频为2.0GHz。 为了将高主频的CPU与低时钟频率的主板相匹配，CPU主频采用了较低的输入时钟频率和在内部倍频到主时钟频率的方法。 CPU输入时钟频率称为外频，常取主板系统总线的频率，如100MHz、133MHz等。 CPU内部倍率(又称倍频系数)常取整数或0.5的倍数，如8、16等。 (2) 主频率(3) 前端总线 前端总线是CPU跟外界沟通的唯一通道。前端总线的速度越快，CPU的数据传输就越迅速。前端总线的频率有两个概念：一是总线的物理工作频率（即外频），

6、二是有效工作频率（即FSB频率），它直接决定了前端总线的数据传输速度。INTEL处理器FSB频率与外频的关系是：FSB频率=外频4；而AMD处理器FSB频率与外频的关系是：FSB频率=外频2。CPU内部设计和结构决定了它的性能和每个时钟周期所完成的工作。如采用Willamette内核、0.18m工艺的Celeron，频率为1.8GHz，而采用Northwood内核、0.13m工艺的Celeron运行频率在2.0GHz以上，并且功耗、核心电压更低，核心面积也变小，成本反而大幅降低。 (4) 架构 (5) 流水线 CPU的流水线结构是把一个复杂的运算分解成很多个简单的基本运算，然后由专门设计好的单

7、元完成运算。CPU流水线长度越长，运算工作就越简单，处理器的工作频率就越高，不过CPU的效能就越差，所以说流水线长度并不是越长越好。(6) 执行速度CPU的执行速度指每秒钟能够执行的指令数，单位为MIPS（每秒百万指令）。它不仅取决于主频，而且取决于CPU处理指令的逻辑结构，计算公式为 MIPS Fz IPC 式中：Fz为主频，IPC为每个时钟周期平均执行的指令数。 (7) 整数和浮点性能 整数运算和浮点运算是有区别的，整数运算由ALU实现，而浮点运算由FPU（Floating Point Unit，浮点处理器）实现。浮点运算主要用于图形软件、游戏等程序处理，某些整数性能相似的处理器在进行浮点

8、运算时，表现却大相径庭，在选用CPU时应注意这些差别。 (8) Cache Cache即高速缓冲存储器，插在CPU和内存之间，用于提高计算机的速度。 CPU读取指令或数据时，首先访问Cache。若有关信息已在Cache中，称为读命中，可直接从Cache中取用。若没命中，则从主存中取出，同时取出与该指令或数据地址相邻的若干单元内容写入Cache。由于局部访问原理的存在，当CPU下次访问Cache时，就会命中。当CPU向Cache写入数据时，常用方法是： 遍写。在CPU访问命中时，将数据同时写入Cache和主存，这为多个处理器共用一个主存时的数据共享提供了方便。 回写。在CPU访问命中时，将数据只

9、写入Cache中，在规定的时间才将数据写入主存。Pentium机多采用这种方式，优点是方便CPU调度更改，减少不必要的操作。 Cache有：位于CPU内的内部Cache（又称全速Cache）和位于CPU外的外部Cache（安装在主板上）。内部Cache又分L1 Cache、L2 Cache， 目前，L1 Cache有32KB、64KB、128KB三个档次，而L2 Cache有128KB、256KB、 512KB、1MB四个档次。通常相同主频下，Cache容量越大，CPU性能越好。 (9) 指令系统 CPU是靠执行指令来计算和控制系统的，每种CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系

10、统。指令系统功能的强弱是CPU的重要指标。Intel的MMX、SSE，AMD的3DNOW!等都是新增的特殊指令集，分别增强了CPU的多媒体、图形图像和Internet等处理能力。 (10) CPU内核和I/O工作电压 CPU一般采用双电压供电，CPU内核用低电压(如1.5V)，I/O电路用较高电压（如3V）。CPU内核工作电压越低，表示CPU制造工艺越先进，运行时功率损耗越小。 (11) 超线程技术（HT）超线程技术是一种同步多线程执行技术，采用此技术的CPU内部集成了两个逻辑处理器单元，相当于两个处理器实体，可以同时处理两个独立的线程。即把一个CPU虚拟成两个，相当于两个CPU同时运作，从而

11、达到了加快运算速度的目的。 3. 主流CPU简介 CPU的主流产品有Intel的Pentium 4系列、Celeron系列，AMD的Athlon XP系列、Duron系列、Athlon 64系列。其他的产品还有我国台湾VIA（威盛）的C3、Eden N低能耗处理器和大陆的龙芯二号、方舟二号等。由于CPU选择的核心、主频、一级缓存大小、二级缓存大小等不同，即使同一系列CPU其性能也相差很大。 (1) Pentium 4系列 Pentium 4处理器多为Socket 478接口，478针脚。有Northwood和Prescott，前端总线频率有400MHz、533MHz和800MHz，它们之间的差

12、异可从频率标注后面的字母来识别。 A：400MHz FSB、512KB二级缓存。B：将A系列的FSB频率提高为533MHz。 C：将FSB频率进一步提高为800MHz，支持超线程技术，如图1.3所示。 （a）533MHz FSB （b）800MHz FSB 图1.3 Northwood核心的Pentium 4处理器 E：800MHz FSB、 1MB二级缓存、支持超线程技术，如图1.4所示。 图1.4 Prescott核心的Pentium 4处理器 Prescott核心Pentium 4从3.6GHz开始将采用新的Socket 775接口，775针脚，采用栅格阵列封装 ，如图1.5（a）所示。

13、其特征是没有了以往的针脚，只有一个个整齐排列的金属圆点，故此CPU并不能利用针脚固定接触，而是需要一个安装扣架固定，使CPU可以正确压在Socket露出来的具弹性的触须上如图1.5（b）所示。 （a） Socket 775 CPU （）Socket 775 插座 图1.5 Socket 775架构 (2) Celeron系列 Celeron III：Socket 370接口、370针脚，tualatin核心，256KB二级缓存，0.18m制造工艺的最高主频为1.1GHz，而0.13m 制造工艺的最高主频可达1.4GHz。Celeron IV：Socket 478接口、478针脚，采用Willa

14、mette核心0.18m制造工艺，128KB二级缓存，性能一般。而Northwood核心则基本上延用了P4架构，只是把L2缩减到128KB，由于L2的主要功能是作为后备数据和指令存储，其容量的大小对处理器的性能影响很大，因此性能远落后于同频率的P4系列，如图1.6（）所示。 新Celeron是采用Prescott核心的Celeron D，主频从2.53 GHz至3.2GHz，FSB频率533MHz， L2 Cache亦提升一倍达256KB，其外包装如图1.6（b）所示。 （a）Northwood核心 （b）Prescott核心的Celeron D 图1.6 Celeron处理器 Intel新的

15、处理器命名法，如图1.7所示。主要由处理器家族和处理器号组成。其中处理器号的最前一位代表在该处理器的特性，特性越多数值越大，后两位数字表明了处理器的运算速度。 图1.7 Intel 处理器新命名法 (3) AthlonXP系列 AthlonXP采用SocketA接口，462针脚。有Thoroughbred核心和BARTON核心。Thoroughbred核心又分为Thoroughbred-AO(简称TB-AO)和Thoroughbred-BO（简称TB-BO）。 TB-AO核心采用0.13m制造工艺，256KB二级缓存。TB-BO核心也采用0.13m制造工艺， 256KB二级缓存，但核心面积从T

16、B-AO的80平方毫米增大到84平方毫米，如图1.8所示。常见的型号有1700+2600+，对应的频率为1.47 GHz2.13 GHz，大多采用266MHz的FSB，也有333MHz的FSB。 图1.8 Thoroughbred-BO处理器 BARTON核心是目前AMD的主流中高端处理器，与TB-BO最大的不同是L2容量增大了一倍，由256KB提高到512KB，前端总线也由266MHZ提高到333MHz，这大大提高了处理器的性能。其核心面积比TB-BO核心稍长一点，如图1.9所示。 图1.9 BARTON处理器 (4) Duron系列 Duron也采用SocketA接口，462针脚，用真实频

17、率标注主频。有Morgan 核心和Appelbred核心。 Morgan 核心：64KB二级缓存，前端总线频率200MHz，如图1.10（a）所示。 Appelbred核心：64K二级缓存，前端总线频率为266MHz，如图1.10（b）所示。（a） Morgan 核心 （b）Appelbred核心 图1.10 Duron处理器(5) Athlon64/FX系列Athlon64/FX处理器是首款64位针对桌面PC处理器，可支持32bit。 Athlon64：采用ClawHammer核心，Socket754接口，754针脚，1MB二级缓存，如图1.11（a）所示。 Athlon 64 FX：采用S

18、ocket940接口，940针脚，如图1.11（b）所示。它支持双通道 DDR 内存，但必须使用 Registerd DDR服务器专用内存。 （a） Athlon64 （b）Athlon 64 FX 图1.11 Athlon64/FX处理器 Athlon 64 与 Athlon 64 FX将统一采用Socket939接口，939针脚，基于Newcastle核心，0.13m制造工艺，支持双通道普通的 DDR 400内存，但二级缓存为512KB，如图1.12所示。（a）Socket754 （b）Socket939图1.12 Socket939接口 (6)VIA C3威盛（VIA）公司第一款CPU命

19、名为VIA Cyrix，又称VIA C3，如图1.13所示。 VIA C3最大的特点是价格低廉，性能实用，具有很小的功耗和发热量，常用于笔记本电脑和移动PC中。 VIA C3的主频已达到1 GHz，内置128KB L1及64KB L2。可支持100 MHz、133 MHz前端总线，支持MMX、3DNOW！等多媒体指令集。 图1.13 VIA C3处理器 (7) 龙芯二号 龙芯二号（Godson-2）是具有自主知识产权的国产处理器，运行频率为500MHz，兼容龙芯一号产品，如图1.15所示。龙芯二号处理器主要应用于嵌入式领域，采用0.18m制造工艺。目前，龙芯二号芯片主要由台湾的厂商负责生产，上

20、海也承担一部分任务。 （a）Godson-1 （b）Godson-2 1.15 龙芯处理器1.1.2 主板 主板（main board）是计算机系统的核心部件，融高科技、高工艺为一体，上面布满了各种插槽（可连接声卡/显卡等）、接口（可连接鼠标/键盘等）、电子元件，它们都有自己的职责，并把各种周边设备紧紧连接在一起。它的性能好坏对计算机的总体指标将产生举足轻重的影响。 1. 主板的组成 市场上主板虽然品牌繁多，布局各异，但基本上都采用ATX主板结构，具有相同的基本组成。一个典型的主板系统设计方案如图1.17所示，主要包括CPU插座、芯片组、插槽、插座等。 图1.17 主板系统 (1) CPU插座

21、 目前，CPU均采用 ZIF (Zero Insert Force)标准的插座安装在主板上，如图1.18所示。 图1.18 Socket478插座 不同架构的CPU要选用不同接口的插座。如 Pentium 4 采用 Socket 478，而 Prescott核心的Pentium 4从3.6GHz开始采用Socket 775。AthlonXP采用Socket A，Athlon64采用Socket754，Athlon64 FX-53则采用Socket940（或Socket939）。实用中，CPU与主板上插座搭配是否正确，是计算机能否正常工作的关键之一。 (2) 芯片组 芯片组（Chipset）是构

22、成主板电路的核心，在结构类型上有传统的“南、北桥型”和新型的“中心控制型”两种。其中：南、北桥型由负责与CPU联系并控制内存、AGP、PCI数据传输的北桥、负责I/O接口以及IDE设备控制等的南桥组成芯片组；中心控制型由MCH（Memory Controller Hub）、ICH（I/O Controller Hub）、和FWH(Firmware Hub)组成芯片组。 (3) BIOS BIOS（Basic-Input-&-Output-System）直译的中文名称是“基本输入输出系统”。它的全称应该是ROM-BIOS，意思是只读存储器基本输入输出系统。其实，它是固化在主板上一个ROM芯片内的

23、一组程序，保存着计算机最重要的基本输入输出程序、系统设置信息、开机上电自检程序和系统启动自举程序。 (4) CMOS CMOS是电脑主板上的一块可读写的RAM 芯片，用来保存当前系统的硬件配置和用户对某些参数的设定。目前厂商把CMOS 做到了BIOS 芯片中，当开机时可按特定键进入CMOS设置程序对系统进行设置。所以又为BIOS设置。 (5) 内存条插槽 内存插槽的主要作用是安装内存条，插槽的线数和内存条的引脚一一对应。目前，常用的内存插槽采用DIMM（Dual-Inline-Memory-Modules）结构，正反两面的线路设计是分开的，各自拥有独立的线路。其中：SDRAM内存插槽为 168

24、 线；DDR 内存插槽为 184 线；DDR2 内存插槽为 240 线。 (6) PCI插槽 PCI 总线(外部设备互连) 属于局部总线，具有133MB/S的数据传输率及很强的带负载能力，可支持10台外设。目前，声卡、网卡等扩展设备大多采用这种总线接口插座。主板上PCI插槽一般为白色。 (7) AGP插槽 AGP（加速图形端口）是为提高视频带宽而设计的总线接口，只能连接 AGP 显卡，将显卡与主板芯片组直接相连，进行点对点传输，常用规范为 AGP 4/8。工作频率266MHz 时，AGP 4的传输率为1.06 GB/s。而工作频率400MHz时，AGP 8的传输率可达3.2GB/s。主板上AG

25、P插槽一般为褐色。 (8) IDE接口插座 IDE 是一种磁盘驱动器接口类型（又称ATA接口）。主板上有两个IDE接口插座，每个IDE接口可连接主(Master)从(Slave)两个IDE接口设备。其控制线和数据线合用一根40芯的扁平电缆与接口卡连接。实用中，通常用第一个IDE1（Primary IDE）连接硬盘，用第二个IDE2（Secondary IDE）连接光盘驱动器。 目前，IDE接口的数据传输率为133MB/s（ATA133）。 (9) 软盘驱动器接口插座 主板上的软盘驱动器接口一般为34针双排针插座，标注为 Floppy 或 FDD。为方便用户正确地插入电缆插头，常把未使用的第5针

26、取消，形成不对称的 33 针软驱接口插座。连接时，应注意电缆的红色线要对准插座的1号针。随着U盘的普及，软驱将逐步退出使用。 (10) 通信接口插座 通信接口插座通常安装在主板后沿，如图1.19所示。它们的作用是将外部设备与系统连接起来，并进行数据交换。图1.19 通信接口插座 键盘、鼠标插座。 键盘、鼠标大多采用PS/2型6针微型DIN接口插座，连接时应注意插头与插座的颜色要一致，一般键盘为紫色，鼠标为绿色。随着USB的普及，PS/2将逐步淡出主流应用。 串行口插座。 串行口（Serial Port）又称通信口（COM Port），是PC机都具备的I/O接口，一般为青绿色。一台PC机通常有两

27、个串行口，分别标为COM1、COM2。串行口采用9针D型插头插座，有的主板还在插座的四周加上围栏，围栏一边有缺口，与串行口电缆插头上的凸出部位对应，以此确定插入的方向。 并行口插座。并行口（ Parallel Port）主要连接打印机，又称打印口（LPT、PRN），一般为暗红色。并行口通常采用25针D型插头插座。目前，USB口的打印机使用越来越多，并行口也将会退出使用。 RJ45网线接口插座。 新型主板往往整合了以太网控制器，RJ45网线接口插座用于网络连接。 USB接口插座。 USB ( Universal Serial Bus通用串行总线)接口是计算机系统连接外围设备(如键盘、鼠标、打印机

28、等)的输入/输出接口标准，一般为黑色，由两根数据线(一根5V电源线及一根地线)组成。它支持热插拔，即开机带电就可以拔去或插上外设，并且新接入外设立即可以识别和驱动。目前，常用的规范有USB1.1、USB2.0。 使用USB设备需要USB设备驱动程序，它可以由USB设备制造商提供，也可以由操作系统自带。在Windows XP系统中，可以直接使用USB设备；在Windows 98系统中，则要通过“添加新硬件”安装USB设备驱动程序后才能使用。 模拟音效接口插座。 模拟音效接口插座主要用于5.1声道模拟音频输出。其中：音频Line In一般为浅蓝色，音频Line Out一般为青柠色，麦克风一般为粉红

29、色。 (13) 主板电源插座。 主板电源插座是一个20针的插座，如图1.20所示。其作用是连接电源，提供主板所需的5V、12V直流电压及其他电源控制信号。其中，8脚为电源正常信号PG（Power Good）， 14脚为电源软开关PS-ON（Soft On/Off）。 图1.20 ATX主板的电源插座 (14) 其他插座 除上述插座外，主板上还有散热风扇插座、机箱前面板连接插座等辅助插座，安装时应注意它们的区别。 2. 芯片组 芯片组与CPU一起决定着计算机系统的基本性能和功能，换句话说，芯片组决定了主板支持什么和不支持什么。选择主板时首先要了解芯片组。硬件维修时更需要了解芯片组，否则更换新部件

30、就会出现盲目性，往往带来无法配合的错误。芯片组的生产厂家较多，产品种类也很丰富，但基本上都是围绕支持Intel和AMD的CPU进行开发。(1) 支持Intel CPU的芯片组 Intel芯片组。 Intel为自己CPU推出的芯片组有：支持Socket478架构的845E、848P、865PE、875P和支持Socket 775架构的925X、915系列等。 845E芯片组支持533/400MHz FSB，支持超线程技术，支持DDR333/266/200内存。与ICH4南桥搭配能够直接支持USB 2.0，可提供AGP4、USB2.0、PCI、DIMM、IDE等接口。 848P芯片组支持800MH

31、z FSB，与845EP相比增加支持DDR400内存、AGP8接口。 865PE和875P芯片组增加了对双通道DDR 400的支持，带宽扩大到6.4GB/s，与800MHz前端总线CPU每秒6.4 GB的带宽完全匹配。双通道内存的使用要求比较严格，必须使用相同的容量、内存模组、内存颗粒类型和颗粒数。同时，内存在主板上安装时也必须对称，即A通道第一插槽搭配B通道第一插槽，或A通道第二插槽搭配B通道第二插槽。 925X和915系列芯片组是为支持新一代LGA 775封装的处理器而推出的，如图1.21（a）所示。1.21（a） 925X芯片组 芯片组首次提供对 PCI Express 总线和DDR2内

32、存等新技术的支持，配合IHC6系列南桥可提供众多革命性的功能，如HD Audio等。ICH6系列南桥芯片共有 ICH6 (FW82801FB) 、ICH6R(FW82801FR)、ICH6W(FW82801FW)、ICH6RW（FW82801FRW）四种，常见的是ICH6和ICH6R。四种ICH6均支持8个USB2.0接口和4个Serial ATA 150接口，也保留了对PATA的支持，不过只能有一个Ultra ATA100接口。 ICH6R具有ICH6所没有的Matrix Storage技术，能够组建Matrix Raid磁盘阵列； ICH6W具有Intel的Wireless Connect

33、技术，在ICH6的基础上增加了802.11b/g无线网络模块； ICH6RW则同时具备Matrix Storage技术和Wireless Connect技术。1.21(b) 925X主板 基于925X的主板如图1.21（b）所示。 VIA芯片组。 目前，威盛支持Socket 478架构的芯片组主要是PT880，支持FSB 800MHz/533MHz/400MHz，并为前端总线做了充分的优化，也能够非常好的支持Intel Hyper Threading技术，如图1.22（a）。图1.22（a）PT880芯片组 PT880支持AGP 8总线和VIA Viny l多声道音频解决方案，可以实现板载的5

34、.1声道音效。PT880采用VT8237南桥，南北桥之间的带宽达到533MB/s，支持两个双向高性能的Serial ATA接口、150MB/s的数据传输率，可以通过SATA Lite接口提供另外两个SATA端口，支持VIA的V-RAID技术，可实现Serial ATA RAID，包括RAID 0，RAID 1和RAID 0+1，并提供友好的基于Windows的V-RAID软件。VT8237还提供对ATA133硬盘支持，可支持八个USB 2.0端口，内建10/100Mbps以太网MAC。 PT880芯片组和其它VIA芯片组一样，也使用统一的VIA Hyperion 4-in-1驱动，表现稳定。

35、基于PT880芯片组的主板如图1.22（b）所示。 图1.22（b）PT880主板 SiS芯片组。 矽统支持Socket 478架构的芯片组有：SiS 648FX、SiS 655FX等。其中，648FX虽然支持800MHz P4处理器，但只支持单通道DDR400，搭配的是SiS 963L南桥芯片，不支持Serial ATA，如图1.23（a）所示。而655FX芯片组支持双通道 DDR400内存，采用最新964南桥芯片，集成Serial ATA控制器，支持两个150MB/s速率的Serial ATA设备，并支持RAID 0、1等磁盘阵列模式。此外，还支持8个USB2.0端口。（a）648FX芯片

36、组 （b）648FX主板 图1.23 Intel平台SiS芯片组及主板基于648FX芯片组的主板如图1.23（b）所示。 (2) 支持AMD CPU的芯片组 VIA芯片组。 威盛支持AMD Socket A Athlon/XP 的芯片组主要有KT600，支持DDR 266/333/400 内存、266/333/400MHz FSB。与VT8237 南桥配合提供 150MB/s 传输率，支持RAID 0 及 RAID 1，支持AGP 8、USB 2.0 K8T800 是威盛支持 AMD 的 Athlon64 Socket 754，800MHz FSB的芯片组。该芯片组搭配 VT8237 南桥芯片

37、并使用1GB带宽的Ultra V-Link连接总线，同时可以支持Serial-ATA RAID 等众多功能。 北桥芯片通过Hyper Transport 与处理器相连，具备双向16Bit/800MHz 的传输模式，理论上可提供6.4GB/s的数据传输带宽。可支持8个USB2.0接口、6条PCI插槽。接口。基于K8T800芯片组的主板如图1.24所示。（a）K8T800芯片组 （b） K8T800主板 图1.24 AMD平台VIA芯片组及主板 nVIDIA 芯片组。 nVIDIA 支持 AMD Socket A Athlon/XP 的芯片组是 nForce2。nForce2 芯片组主要有nFor

38、ce2 400、nForce2 Ultra 400等。nForce2 400 支持单通道 DDR，配合南桥芯片MCP，提供6个USB接口，支持USB 2.0，兼容USB 1.1。MCP 还带有双通道Ultra ATA133磁盘驱动控制器，支持4个ATA 133的IDE设备。MCP先进的Hyper Transport总线技术，能提供800MB/s的数据传输带宽。nForce2 Ultra 400则支持双通道DDR 400，同时能兼容DDR266/333。基于nForce2芯片组的主板如图1.25所示。(a) nForce 2芯片组（b）nForce 2主板图1.25 AMD平台nVIDIA芯片组

39、及主板 nVIDIA 支持AMD Athlon64 的芯片组是nForce3。nForce3 主要有nForce3 150系列和nForce3 250系列，支持Socket 754，每个系列还推出一个Pro版本，针对 Socket 940 架构的Athlon64 FX系列。nForce3 150支持6个ATA 133设备、 6个USB 2.0接口，但不支持 Serial ATA，nForce3 250则提供二个并行ATA 通道和四个 Serial ATA 通道，支持 Serial ATA RAID0、1、01磁盘阵列模式、8个USB 2.0、全速800MHz Hyper Transport总线

40、技术，提供1.6GB/s的传输带宽。 SiS芯片组。 SiS支持AMD Socket A Athlon/XP的芯片组是SiS 746 FX（333MHz前端总线）、SiS 748（400MHz前端总线），如图1.26（a）所示。支持DDR400，与SiS 964南桥配合可提供Serial ATA、8个USB2.0以及RAID0、1等诸多功能。 SiS支持AMD Athlon 64的芯片组是SiS 755。主要有SiS 755和SiS 755 FX，支持全速800MHz前端总线和Hyper Transport总线技术。其中：SiS 755 配合 SiS 963L 南桥，支持Socket 754架

41、构，提供6个USB2.0接口，支持AGP8，支持ATA133/100。而SiS 755 FX则支持Socket 939架构，与SiS964/965L配合，可提供 8 个 USB 2.0 接口，支持ATA133/100、 Serial ATA 及 Serial ATA RAID0、1、01，支持AGP8。 （a）Socket A （b）Socket 754 （c）Socket 939 图1.26 AMD平台SiS芯片组3. 整合主板 整合主板采用多功能集成技术，把声卡芯片、显卡芯片集成到主板上，免去安装声卡和显卡。整合主板简化了系统板卡和设备连接，提高了主板的性能价格比和可靠性。目前，大多数主板

42、基本上都整合了AC 97软声卡，至于是否整合显示卡则有多种选择，一般可从芯片组的型号来判别。 整合了显卡的Intel芯片组通常用“G”来标注，如845G、915G；VIA芯片组通常用“PM”（Intel平台）或“KM”（AMD平台）来标注，如 PM800、KM800；nVIDIA 芯片组通常用“IGP”标注，如nForce2 IGP。整合了显卡的SiS芯片组则需查阅产品说明书，如支持Intel的SiS 651、SiS 661FX，支持AMD的SiS741等。 主板上整合的AC97是一种音频规范。由于声卡越来越贵，CPU的处理能力越来越强大，所以Intel发布了AC97标准，把声卡中成本最高的D

43、SP（数字信号处理器）给去掉，通过特别编写驱动程序让CPU来负责信号处理，它工作时需要占用一部分CPU资源。 4. 主板新技术 (1) 病毒防护 主板厂商根据目前计算机病毒猖狂的现状，研制出一系列主板防病毒措施。如在BIOS中加入了“BIOS写保护”、固化反病毒功能等，有的主板甚至设置硬件防火墙。 (2) VID 编码 VID（Voltage Identification 电压识别）技术指主板供电电路可以自动提供CPU所需的供电电压，不需要进行人工干预。这项技术的核心是在 CPU上增加了若干个 VID引脚，这些引脚输出的编码信号控制 Vcore 供电电路中的PWM (脉宽调制)控制器。开机后C

44、PU将VID信号发送给PWM控制器，调整PWM控制器输出脉冲信号的占空比，迫使DC/DC电路输出的直流电压与CPU的额定电压相一致，如图1.27所示。 采用VID编码后，VID的可编程性使得用户可以在BIOS中修改Vcore，有些主板制造商还编制了专门的工具软件来显示和修改Vcore值。 图1.27 VID 编码示意图 (3) 温度检测 CPU温度过高会导致系统工作不稳定甚至死机，所以对CPU的检测是很重要的，它会在CPU温度超出安全范围时发出警告检测。温度的探头有两种：一种集成在处理器之中，依靠BIOS的支持；另一种是外置的，在主板上面可以见到，通常是一颗热敏电阻。它们都是通过温度变化来改变

45、自身的电阻值，让温度检测电路探测到电阻的改变，从而改变温度示数。 (4) PCI Express PCI Express 属于点对点串行总线，总线中每个设备都有自己的专用连接，不仅支持双向传输模式，而且支持将数据分路传输以实现高速传输， 即 1、2、4、8、12、16和32多通道连接。PCI Express支持热插拔功能，可以在开机情况下插入或拔除；支持电源管理、虚拟信道等技术。PCI Express插槽如图1.28所示 图1.28 PCI Express插槽（小的那个是1的插槽） PCI Express1的单向带宽为250MB/s（双向可达500 MB/s） ，PCI Express16的单

46、向带宽则为4GB/s（双向可达8GB/s） 。PCI Express有统一PCI和AGP接口的趋势，以使主板结构更加简洁。目前，支持 PCI Express的芯片组有Intel 915/925系列，VIA的K8T890、SiS的656等。 (5) RAID技术 RAID称为磁盘阵列，其用途是：资料备份和加速存取。有三种模式：RAID 1实现备份功能；RAID 0实现加速功能；RAID 0+1实现备份与加速功能。RAID 0使用一种名为“条带”的技术把数据分布到各个磁盘上，RAID 0至少需要两个磁盘，数据块被交替写到磁盘中，因此速度得以大幅度提高。RAID 1主要通过将一块硬盘中的数据完整复制

47、到另一块硬盘实现数据的冗余。RAID 01是RAID 0和RAID 1的综合，它在提供与RAID 1一样的数据安全保障的同时，也提供了与RAID 0近似的存储性能。 (6) Matrix Storage技术 Matrix Storage技术支持在两个硬盘上同时建立RAID 0和RAID 1，此前的RAID技术仅允许在两个硬盘上建立单一的RAID 0或RAID 1，两种模式不能共存。借助Matrix Storage技术，用户可将操作系统和重要文件放在RAID 1卷的分区中，即便某一硬盘损坏，该卷中的数据也不会丢失。对磁盘性能要求较高的应用程序可以安装在RAID 0卷中，实现更快的读写速度，减少等

48、待时间，不过一旦某一硬盘损坏，该卷中的数据是不可恢复的。 Matrix Storage技术要求用户将程序和数据按照“性能”和“安全”分类，分别存储在RAID 0卷和RAID 1卷的分区中。Matrix Storage技术虽然支持在两块硬盘上同时组建RAID 0和RAID 1，但这与RAID 01系统是截然不同的。RAID 01需要4块硬盘组建，某一硬盘损坏后依然可以恢复RAID 0卷中的数据，而Matrix Storage技术只能恢复RAID 1卷中的数据。 (7) IEEE 1394接口 IEEE 1394 又称为 Fire wire（火线）或P1394， 是一种新型高效的串行接口，使用六芯

49、电缆， 包括两对双绞线信号线和两根电源线。最大传输电流可达 1.5A，传输数据的直流电压可在8到40V之间变换。IEEE 1394与USB一样，是真正的即插即用接口。它向外设提供电源，采用串行链接方式，可以连接多台设备。 (8) Bank 区块寻址 支持 DDR 内存的芯片组，会把储存区再细分成四个块（ Banks ）或是更多，每个分离的部分即代表了一个内存区 Bank ，换句话说，内存控制器可以分别对这四个部分做同步寻址，因而增大了数据的传输率。在实际使用中，应注意内存的双面设计和2 Banks设计的区别，双面设计是以实体线路方面做区分，把内存颗粒分别设计在正反两面，2 Banks是以电气方

50、面做区分，把内存数据单元分成二部分，一条双面的DDR内存，有可能只采用1 Bank设计。 (9) BTX板型 BTX板型只保留了ATX电源。如图1.29所示。图1.29 BTX主板示意图 由图可知：主板上有 7 个扩展槽，从左到右依次是1个PCI Express 16、2个 PCI Express 1 和 4个32位PCI槽。其特点是将CPU移到主板前端更接近进风口，使得CPU得到充分也是最好的“新鲜空气”；芯片组和CPU处于一条垂直线上，CPU散热器的风可以吹过芯片组的散热片； PCI Express 16插槽（显卡插槽）和CPU最接近，可以分享到CPU的散热系统；内存插槽移到主板最左侧，同

51、样可以得到较好的散热效果。1.1.3 内存 内存又称主存，主要用来存储数据和程序。内存中存放着两类信息：一类是待处理的数据和运算结果；另一类是处理数据的程序。待处理的数据有不同类型：数值运算的原始数据为数值型数据；文字处理的原始数据为字符型数据；图像处理方面的原始数据则为像素。程序也因用途、功能和数据类型不同而不同。 1. 内存的工作过程 内存的工作过程为： (1) 在处理前，预先把程序和原始数据存放在内存中。 (2) 在处理过程中，由内存向控制器提供指令代码。 (3) 根据处理需要，随时向运算器提供数据，同时把运算结果或中间结果存储起来，从而保证计算机能按照程序自动进行工作。 2. 内存分类

52、 内存常分为只读存储器、随机存储器和高速缓冲存储器。由于整个计算机系统的内存容量主要由随机存储器的容量来决定，习惯上常将随机存储器直接称为内存。在实际使用中，应注意区分它们的各自特点。 (1) 只读存储器 只读存储器简称ROM，主要用于存储计算机系统配置和提供最基本的 I/O 控制程序。目前，计算机中大多采用Flash Memory，属于电可擦除可编程ROM的一种，其特点是：计算机断电后，仍能长期保存存储的信息，具有很高的存取速度，功耗很小，集成度高，易于擦写，支持在线刷新，使BIOS升级非常方便。 (2) 随机存储器 随机存储器简称 RAM，有静态和动态两种，其特点是：一旦断电，存储的信息将

53、全部丢失。 静态随机存储器（SRAM）不必周期性地刷新就可以保持数据，它与计算机的接口很简单，需要的附加硬件很少，使用方便，速度快。但功耗较大，集成度低，成本高，常作为Cache用。 动态随机存储器（DRAM）需要周期性地刷新才能保持数据。通常说的内存就是指DRAM，有SDRAM、DDR SDRAM（简称DDR）、Rambus DRAM、DDR2等。目前，主流应用是DDR。DDR2由于其优越的性能，将逐步取代DDR而成为新的主流应用。 SDRAM。 SDRAM（Synchronous DRAM）是同步动态随机存储器的简称，常用的有 PC 100 和 PC 133 两种规范，采用DIMM架构，引

54、脚为168针，数据位宽为64位，工作电压3.3V，如图1.30所示。 图1.30 SDRAM内存条 SDRAM采用双存储体结构，也就是有两个储存阵列，一个被CPU读取数据的时候，另一个已经做好被读取数据的准备，两者相互自动切换，使得存取效率成倍提高。SDRAM与CPU外频同步，数据交换时不存在延时。 DDR 。 DDR（Double Data Rate Synchronized DRAM）是双倍速率同步动态随机存储器的简称，有DDR200/266/333/400等规范，仍采用DIMM架构，引脚为184针，数据位宽为64位，工作电压为2.5V，如图1.31所示。图1.31 DDR内存条 DDR

55、与传统的 SDRAM 本质区别在于，它可以在一个时钟周期的波峰及波谷（ 也就是上升与下降沿）传送数据，达到SDRAM二倍的数据量，例如，以 133 MHz内存总线频率设计的 DDR，可达到 266MHz 的实际数据传输频率。因此，DDR266的含义是：当内存总线频率（实际工作频率）为133MHz时，等效的数据传输频率为266MHz。依此类推DDR 333的实际工作频率为166MHz，DDR400的实际工作频率为200MHz。 RDRAM。 Rambus DRAM是Intel为P4刚推出时高端应用配套的内存，由于成本高，得不到主板厂商的大力支持，没能成为主流应用。 DDR2。 随着CPU频率的不

56、断提高，DDR内存技术在架构上存在的不足逐步显现出来，制约了其数据传输频率的进一步提高，例如，当数据传输频率达到400MHz以上时，内存产品的良品率就开始下降，导致DDR 400 以上的内存根本无法成为市场主流。为了适应高频CPU对内存的新要求，诞生了DDR2 内存模组技术。 DDR2内存条长度与DDR内存基本相当，但引脚增加到240针，工作电压为1.8V，功耗更低，两者不能换用，如图1.32所示。图1.32 DDR2内存条 (3) 高速缓冲存储器 高速缓冲存储器即Cache，基本上被集成到CPU内部，具体内容参阅CPU部分。目前，只有极少数高端应用仍在主板上保留外部高速缓冲存储器。 3. 内

57、存的性能指标 (1) 内存容量 内存容量是指内存的存储单元数量，单位有字节(Byte）、千字节（KB）、兆字节（MB）和吉字节（GB）。它们的换算关系如下： 1KB = 210B =1024B 1GB = 1024MB = 10241024KB = 102410241024B (2) 内存速度 内存速度取决于内存芯片的存取速度、内存总线的速度和数据传输延时。 内存芯片存取速度。 内存芯片的存取速度反映读、写内存单元数据的快慢，通常用时间来衡量，单位是纳秒(ns)，如 10ns、7.5ns、5ns等，数值越小表示内存芯片存取速度越快。内存芯片存取速度的倒数称为内存芯片的额定工作频率，如7.5ns

58、的额定工作频率为133MHz。额定频率又称核心频率。 内存总线速度。 内存总线的速度指CPU到内存之间的总线速度，由总线工作时钟决定，通常用频率来表示，如100MHz、133MHz、200 MHz等，数值越大速度越快。内存芯片的存取速度应支持内存总线的速度，即内存芯片的额定工作频率不小于内存总线频率。因此，在实际使用中内存总线的频率就是内存芯片的实际工作频率。 数据传输延时。 内存的数据单元是以矩阵方式，由行与列交错排列而成的，每一个交叉点即代表一个内存位，数据便是储存在这个内存位上。数据传输延时，主要由CAS Latency(列地址控制器延时，简称CL)、 RAS-to-CAS Delay(

59、列地址控制器至行地址控制器延迟)以及Row Active Time (行动态时间)决定。 CL指CPU在接到读取某内存地址上数据指令后，到行地址信号送出的时间。 RAS-to-CAS Delay 指列地址暂存后，到行地址执行的这段时间。 Row Active Time指行与行更换的时间。 由于数据存储遵循邻近储存原则，大多数情况下数据刚好相邻，因此，只需变更行地址信息即可（因内存控制器已经知道列地址）。这样，CL在衡量内存性能中就扮演着相当重要的角色，也是一般内存上最常标注的项目，如图1.33所示。图1.33 数据传输延时的标注 在实际使用中，CL 用总线周期个数来度量，例如CL2，即表示读取

60、数据的延迟时间是2个总线周期。该数值可以根据不同规范的内存来设置，一般来说，数值小点较好，但不是越小越好。 综上所述，内存存取的快慢可用内存总延时来衡量，总延时=总线时钟周期CL模式数+内存芯片存取时间。比如某 DDR 333内存的芯片存取时间为6ns，当CL模式数设定为2.5(即CAS Latency=2.5)时， 总延时= 6ns2.5+6ns=21ns而将CL设为2的时候，则 总延时= 6ns2+6ns=18ns足足减少了3 ns。 (3) 数据位宽和带宽 内存数据位宽即内存总线的位宽，指内存同时传输数据的位数，以位(Bit)为单位。 内存带宽指内存的数据传输速率。内存数据传输速率不仅与