PC主机的组成课件

2.3PC主机的组成2.3.1主板、芯片组与BIOS2.3.2内存储器2.3.3

I/O总线和I/O接口台式PC的物理组成台式机台式PC主机外部设备机箱、电源主板CPU内存条显示卡芯片组BIOSROMCMOSPCI插槽(I/O总线)网卡输入设备外存储器键盘鼠标器麦克风摄像头输出设备U盘、移动硬盘显示器打印机音箱/耳机声卡插头和插座(I/O接口)硬盘、软驱光盘驱动器1音箱5CPU2调制解调器6键盘3麦克风7鼠标器4内存条8CD驱动器9软驱10硬盘驱动器11打印机12I/O接口13CRT显示器14扩展卡主板台式PC机(立式)的主机箱扩展空间(1)主板主板的作用：安装所有的电子器件、电路与连接件主板内容：见上图ROMBIOS：存放最基础的软件——基本输入/输出系统(BIOS)CMOS存储器：存放硬件配置信息和系统基本参数（日期、时间、口令等）存储器插槽处理器插座

I/O设备插口光驱及硬盘连接器电源连接器扩充卡插槽(PCI)CPU插座北桥芯片南桥芯片

BIOSROMCMOS存储器扩充卡插槽(PCI-Ex1)显示卡插槽(PCI-Ex16)例：华硕P5Q主板CPU插座内存条插座硬盘IDE连接器PCI插槽芯片组各种I/O插口显卡插槽PCI-E插槽(2)芯片组的作用芯片组是PC机各组成部分相互连接和通信的枢纽北桥芯片：1.存储器控制功能；2.连接CPU、存储器、显卡、南桥芯片的枢纽南桥芯片：1.多种I/O设备的控制功能；2.I/O总线(PCI总线)功能；3.提供了各种I/O接口CPU芯片CPU前端总线北桥MCH图形卡接口双通道南桥ICH5USB2.0接口(x8)以太网接口PCI插槽(≤6个)ROMBIOS硬盘接口(x2)音频CodecSuperI/O键盘,鼠标,软驱,并口,串口等电话ModemDDR2电源管理、时钟生成DDR2存储器关于芯片组的一些说明芯片组与CPU芯片同步发展，有什么样功能和速度的CPU，就有什么样的芯片组与之配套由于集成电路集成度越来越高，为降低系统成本，芯片组中集成了越来越多的功能，包括网卡、显卡、声卡等功能生产芯片组的公司：Intel芯片(如X48、P43、P45和G41、G43、G45、B43、Q43、Q45；ICH7、ICH8、ICH9和ICH10等）VIA（威盛，中国台湾）nVIDIA（美国）AMD（美国）(3)BIOS什么是BIOS（BasicInput/OutputSystem）？中文名为“基本输入/输出系统”，它是存放在主板上只读存储器（ROM）芯片中的一组机器语言程序功能：诊断计算机故障启动计算机工作控制基本外设的输入输出操作(键盘、鼠标、磁盘读写、屏幕显示等)BIOS芯片保存BIOS的只读存储器(ROM)芯片2.3.2内存储器复习：内存与外存的关系及比较内存储器(简称内存或主存)存取速度快成本高、容量相对较小直接与CPU连接，CPU(指令)可以对内存中的指令及数据进行读、写操作属于挥发性存储器(volatile)，用于临时存放正在运行的程序和数据内存储器外存储器CPU指令1指令2指令k指令n程序数据1数据2数据m数据①任务启动时，执行该任务的程序和数据将从外存成批传送到内存②CPU从内存中逐条读取该程序的指令及相关的数据④将指令的运算处理结果送回内存保存⑤任务完成后，将处理得到的全部结果成批传送到外存以长久保存③逐条执行指令，按指令要求完成对数据的运算和处理外存储器(简称外存或辅存)存取速度慢成本低、容量很大不与CPU直接连接，计算机运行程序时，外存中的程序及相关数据必须先传送到内存，然后才能被CPU使用。属于不挥发性存储器(Nonvolatile)，用于长久存放系统中几乎所有的信息内存储器的分类及应用内存由半导体存储器芯片组成，芯片有多种类型：半导体存储器只读存储器(ROM)随机存取存储器(RAM)静态随机存取存储器SRAM动态随机存取存储器DRAM不可在线改写内容的ROM快擦除存储器（FlashROM）（用作Cache存储器）

（用作主存储器）每个存储单元(cell)由6个晶体管组成只要加上电，信息就能一直保持对电器干扰相对不很敏感比DRAM更快，也更贵每个存储单元由1个电容和1个晶体管组成.每10-100ms必须刷新一次对电器干扰比较敏感比SRAM慢，但便宜（用作BIOS存储器）(显卡、U盘、存储卡)PC机主存储器的物理结构主存储器由1～4个内存条组成内存条的组成：把若干片DRAM芯片焊装在一小条印制电路板上制成内存条必须插在主板上的内存条插槽中才能使用目前流行的是DDR2和DDR3内存条：均采用双列直插式，其触点分布在内存条的两面DDR2和DDR3均有240个引脚，但不可互换使用PC机主板中一般都配备有2个或4个内存条插槽

4个内存条插槽教学参考：

DDR内存条的类型、速率及相关参数时钟频率=100MHz总线频率=200MHz传输频率=400MHz存储单元阵列数据总线时钟频率=100MHz总线频率=100MHz传输频率=200MHz存储单元阵列数据总线缓冲器缓冲器DDRDDR2内存条类型内存条名称存储器时钟频率存储器总线时钟频率每秒传输次数最大传输速率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存储器与CPU速度差距愈来愈大DRAM,硬盘与CPU之间的速度差距愈来愈大：问题：由于CPU工作速度很快，内存速度比较慢（差1～2个数量级），从内存取数或向内存写数时，CPU往往需要等待教学参考：

如何提高cache的命中率？增大cache容量采用多级cache技术(2级或3级等)cache中采用快速的查找算法，判定是否命中不能命中时，采用有效的算法将读入的内容替换cache中暂时不使用的内容编译器优化目标程序程序员写出cache-friendly的程序小结：计算机存储器的层次结构cache存储器主存储器(RAM和ROM)外存储器（软盘、硬盘、光盘）后备存储器（磁带库、光盘库）内存储器外存储器寄存器典型容量<1KB几个MB几个GB100GB-1TB10TB-100TB典型存取时间1ns2ns10ns10ms10s分析：速度越快，成本较高。为了获得好的性能/价格比，计算机中各种存储器组成一个层状的塔式结构，取长补短，协调工作工作过程：1）CPU运行时，需要的操作数大部分来自寄存器2）如需要从(向)存储器中取(存)数据时，先访问cache，如在，取自cache3）如操作数不在cache，则访问RAM，如在RAM中，则取自RAM4）如操作数不在RAM，则访问硬盘，操作数从硬盘中读出→RAM→cache2.3.3

I/O控制与I/O接口关于计算机中的总线总线的定义：用于在CPU、内存、外存和各种输入输出设备之间传输信息的一个共享的信息传输通路及其控制部件。总线的特点：1共享；2高速总线的参数：数据通路宽度；总线工作频率；每秒传输次数总线带宽(最高传输速率)＝(数据通路宽度/8)x总线工作频率x传输次数总线的类型：CPU总线（前端总线FSB）存储器总线I/O总线（目前使用的是PCI和PCI-E两种）对应主板上的两种扩充插槽：

PCI插槽

PCI-E插槽PCI和PCI-E扩充卡插槽各种I/O插口PCI插槽工作频率:33MHz，数据线:32位传输速率:133MB/sPCI-Ex1插槽1个串行传输通道；最高传输速率:250MB/s显卡插槽(PCI-Ex16)16个串行传输通道；最高传输速率:5GB/s教学参考：

什么是PCI-E？由英特尔提出，原名为“3GIO”，改名为“PCI-Express”（PCI-E或PCIe）。目标是全面取代现行的PCI和AGP，实现总线接口的统一采用高速串行传输，以点对点的方式与主机进行通信关于I/O接口I/O接口：I/O设备与主机之间的连接器包括：插头/插座的形式、通讯规程和电器特性等分类：从数据传输方式来分：串行（一次只传输1位）并行（多位一起进行传输）从是否能连接多个设备来分：总线式（可连接多个设备）独占式（只能连接1个设备）从是否符合标准来分：标准接口（通用接口）专用接口（专用接口）串行接口并行接口台式PC机箱背部的I/O设备接口显示器接口(3种)麦克风音箱键盘接口HDMI接口USB接口以太网RJ-45接口鼠标器接口数字音频接口(同轴电缆接口)

数字音频接口（光纤接口）

e-SATA接口常用的I/O接口及其性能参数名称数据传输方式数据传输速率标准插头/插座形式可连接的设备数目通常连接的设备串行口串行,双向50～19200b/sEIA-232或EIA-422DB25F或DB9F1鼠标器，MODEM并行口(增强式)并行,双向1.5MB/sIEEE1284DB25M1打印机，扫描仪USB(1.0)USB(1.1)串行,双向1.5Mb/s(慢速)1.5MB/s(全速)USB-IFA型，B型最多127键盘，鼠标器，数码相机，移动盘等USB(2.0)串行,双向60MB/s(高速)USB-IFA型，B型，Mini型最多127外接硬盘，数字视频设备，扫描仪等IEEE1394aIEEE1394b串行,双向50MB/s,100MB/s,200MB/sFireWire(i.Link)最多63数字视频设备IDE并行,双向66MB/s100MB/s133MB/sUltraATA/66

UltraATA/100UltraATA/133(E-IDE)1~4硬盘，光驱，软驱SATA串行,双向150MB/s300MB/sSATA1.0SATA2.07针插头/插座1硬盘显示器输出接口并行,单向200～500MB/sVGAHDB151显示器PS/2接口串行,双向低速IBM1键盘或鼠标器红外线接口(IrDA)串行,双向115,000bps或4Mbps红外线数据协会不需要1键盘，鼠标器，打印机等关于USB接口通用串行总线式接口（UniversalSerialBus）高速、可连接多个设备、串行传输传输速率：USB的1.1版：1.5Mb/s和12Mb/sUSB2.0版：最高达480Mb/s（60MB/s）USB3.0版：最高达3.2Gbps（400MB/s）USB2.0使用4线连接器，体积小，符合即插即用规范（Plug&Play,即PnP）使用“USB集线器”扩展机器的USB接口，最多连接127个设备可通过USB接口由主机向外设提供电源(＋5V，100～500mA)

USB标识USB3.0USB接口的3种类型接口类型A,通常在PC上出现接口类型B,通常在USB设备上出现Mini-USB,数码相机、移动硬盘等设备经常使用USB集线器,可扩展PC机的USB接口黑地GND4绿数据＋＋DATA3白数据－－DATA2红电源VCC1导线颜色名称信号引脚小结1：

I/O总线,I/O控制器,I/O接口与I/O设备的关系I/O设备通常都是物理上相互独立的设备，它们一般通过I/O接口与I/O控制器(或I/O总线)连接I/O控制器通过扩展卡或者南桥芯片与I/O总线连接I/O总线经过北桥芯片与内存、CPU连接打印机扫描仪显示器麦克风网线I/O总线I/O接口硬盘光驱I/O设备CPU主板I/O设备I/O控制器（扩充卡）机箱插座板卡插座I/O控制器PCI插槽内存主板插槽机箱芯片组IDE接口机箱插座I/O设备键盘鼠标器小结2：

I/O总线,I/O控制器,I/O接口与I/O设备的关系yALU寄存器组CPU总线接口R6CPU(前端)总线I/O总线主板扩展槽PCI接口南桥芯片I/O总线磁盘控制器以太网卡USB控制器和接口鼠标器键盘网线disk声卡视频卡光驱主存储器0A北桥芯片y存储器总线显卡附录SRAM的存储单元6管静态NMOS存储单元读出时：-置2个位线为高电平-

置字线为1-根据存储单元的状态改变位线的输出电平写入时：-位线上是被写入的二进位信息0或1-置字线为1-存储单元(触发器)按位线的状态设置成0或1信息存储原理：看作带时钟的RS触发器存储单元字线位线D位线DDRAM的存储单元单管动态MOS存储单元读出时：字线位线V