计算机基本组成原理

计算机基本组成原理

本次课中心内容

"讲什么”计算机地基础知识和基本操作技能，例如：什么是主板、什么是显卡，新购

买回来一块网卡需要怎样操作设定才能够使他工作一不知道不了解电脑一一〉懂得，

会使用电脑。

"怎样讲”此课程共分为9个章节来逐步讲解，中间会通过大量地实际操作和图片使学

生能够直观、迅速地掌握计算机基本知识。

索引目录

第1章计算机概述

第2章主板

第3章CPU

第4章存储器

第5章整合接口

第6章扩展卡

第7章电源供应器

第8章显示器概述

第9章电脑地组装

目录

第1章计算机概述

1.1计算机定义

1.2计算机发展地四阶段及新I日机器对比

1.3计算机地系统组成

1.4计算机工作原理

1.5计算机特点

1.6计算机性能指标

1.7计算机分类

1.8计算机应用

1.9计算机外观组成与硬件配置

1.9.1计算机外观组成

1.9.2计算机主机配置

第2章主板

2.1主板简介

2.2主板芯片组介绍

2.2.1北桥芯片组

2.2.2南桥芯片组

2.2.3BI0S芯片及CMOS

2.2.4常见芯片组型号及生产厂商

2.3主板各组成部分名称介绍

2.4主板术语

第3章CPU

3.1CPU定义

3.2CPU性能指标

3.2.1CPU主频

3.2.2CPU外频

3.2.3CPU倍频

3.2.4FSB频率

3.2.5CPUCache

3.2.6CPU制造工艺

3.2.7CPU工作电压

3.2.8封装形势

3.2.9扩展指令集

3.2.10精简指令集

3.2.11超线程技术

3.2.12EM64T技术

3.3CPU分类

3.3.1按封装形势分类

3.3.2按核心数量分类

3.3.3按制造厂商分类

3.4Intel&AMDCPU对比

第4章存储器

4.1存储器概述

4.2内存

4.2.1内存性能指标

4.2.2内存分类

4.2.2.1按工作原理分类

4.2.2.2按封装形势分类

4.2.3内存小结

4.3外存

4.3.1硬盘驱动器

4.3.1.1硬盘技术用语及性能指标

4.3.1.2硬盘分类

4.3.1.3RAID

4.3.1.4硬盘小结

4.3.2软盘驱动器

4.3.2.1软驱地组成

4.3.2.2软驱地分类

4.3.3光驱与移动存储设备

4.3.3.1光驱工作原理与构成

4.3.3.2光驱性能指标

4.3.3.3光驱类型

4.3.3.4盘片介绍

4.3.3.5光驱小结

第5章整合接口

5.1PCI

5.2MiniPCI

5.3PCI-E

5.4AGP

5.5ISA

5.6AMR

5.7CNR

5.8ACR

5.9IDE

5.1OSATA

5.11SATAII

5.12SCSI

5.13PS/2

5.14USB

5.15VGA

5.16DVI-I

5.17DVI-D

5.18COM/LPT

5.19S-VIDE0

5.20IEEE1394

5.21RJ-45

5.22RJ-11

5.23MediaReader

5.24PCMCIA

第6章扩展卡

6.1显卡

6.1.1显卡作用

6.1.2显卡发展史

6.1.3显卡分类

6.1.4显卡地基本结构和主要部件

6.1.5显卡性能指标

6.2声卡

6.2.1声卡基本结构

6.2.2声卡性能指标

6.3网卡

6.3.1网卡定义

6.3.2网卡工作原理

6.3.3网卡分类及基本结构

6.3.3.1无线网卡

6.3.3.2有线网卡

6.3.3.3网卡结构

6.3.4网卡小结

6.4调制解调器

6.4.1”软猫硬猫〃定义

6.4.2分类

6.4.3Modem小结

第7章电源供应器

7.1PC电源

7.1.1电源定义

7.1.2电源分类

7.1.3电源规格

7.1.4ATX电源简介

7.1.5电源认证

7.2NB电?也

7.2.1电池分类

7.2.2电池结构

7.2.3电池参数

7.2.4电池充/放电示意图

7.3小结

第8章显示器概述

8.1显示器作用

8.2显示器分类

8.3CRT显示器

8.3.1CRT显示器工作原理

8.3.2CRT类型

8.4液晶显示器

8.4.1LCD显示器工作原理

8.4.2LCD类型

8.5显示器性能指标

8.6显示器认证

8.7小结

第1章计算机概述

1.1计算机定义

什么是计算机？计算机是一种能按照事先存储地程序，自动、高速地进行大量数值计

算和各种信息处理地现代化智能电子装置。

1.2计算机发展史及新旧机器对比

计算机发展地几个阶段

第一台电子计算机爱达瓦克ENIAC（1946）；世界第一台机械式加法计算机（1642年）；

世界第一台机械式加法计算机（1642年）；1674年发明地乘法计算机：1822年研

制地差分机；1834年研制地分析机；1936年制造地手摇式机械计算机；电动机械式

计算机（1930年）：1941年研制地Z-3型计算机；1943年12月，"巨人"计算机运

行；

1.3计算机地系统组成

计算机山硬件系统和软件系统组成。硬件指地是所能够看得见地组成计算机地物理设

备，例如：显示器、主机等，是构成计算机地实体；软件是用来指挥计算机完成具体

工作地程序和数据，是整个计算机地灵魂。

计算机地硬件系统由中央处理器（由运算器和控制器等组成）、内存储器、外存储器和

输入/输出设备组成。而计算机地软件系统分为两大类，即计算机系统软件和应用软件。

系统软件是指负责管理、监控和维护计算机硬件和软件资源地一种软件。系统软件用

于发挥和扩大计算机地功能及用途，提高计算机地工作效率，方便用户地使用。系统

软件主要包括操作系统、程序设计语言及其处理程序（如汇编程序、编译程序、解释

程序等）、数据库管理系统、系统服务程序以及故障诊断程序、调试程序、编辑程序等

工具软件。如：操作系统（如DOS、Windows、UNIX、OS/2等）、语言编译和解释系统、

程序设计语言（如汇编语言、BASIC.C、PASCAL等）、网络软件、数据库管理系统（如

FoxBASE,Oracle等）、系统服务程序（如诊断程序等）。

应用软件是指利用计算机和系统软件为解决各种实际问题而编制地程序。常见地应用

软件有科学计算程序、图形与图像处理软件、自动控制程序、情报检索系统、工资管

理程序、人事管理程序、财务管理程序以及计算机辅助设计与制造、辅助教学等软件。

如：信息管理软件（如工资管理软件、人事管理软件等）、科学计算程序、文字与表格

处理软件（如WPS、Word、Excel等）、图形与图像处理软件、辅助设计软件（如CAD、

CAM、CAI、CAT等）。

1.4计算机工作原理

计算机地基本工作原理是存储程序和进行程序控制。预先把指挥计算机如何进行操作

地指令序列（称为程序）和原始数据输入到计算机内存中，每一条指令中明确规定了计

算机从哪个地址取数，进行什么操作，然后送到什么地方去等步骤。计算机在运行时，

先从内存中取出第1条指令，通过控制器地译码器接受指令地要求，再从存储器中取

出数据进行指定地运算和逻辑操作等，然后再按地址把结果送到内存中去。接下来，

取出第2条指令，在控制器地指挥下完成规定操作，依此进行下去，直到遇到停止指

令。

冯•诺依曼原理

程序与数据一样存储。按照程序编排地顺序，一步一步地取出命令，自动地完成指令

规定地操作是计算机最基本地工作原理。这一原理最初是由美籍匈牙利数学家冯•诺

依曼于1945年提出来地，故称为冯•诺依曼原理。虽然现在地计算机系统从性能指标、

运算速度、工作方式、应用领域和价格等方面与当时地计算机有很大差别，但基本结

构没有变。

计算机地总线结构

现在地计算机系统多采用总线结构。所谓总线（Bus）,指地是连接微机系统中各部件

地一簇公共信号线，这些信号线构成了微机各部件之间相互传送信息地公用通道。CPU

（包括内存）与外设、外设与外设之间地数据交换

都是通过总线来进行地。

总线通常由地址总线、数据总线和控制总线三部分组成。地址总线用于传送地址信号。

地址总线地数目决定微机系统存储空间地大小；数据总线用于传送数据信号。数据信

号地数目反映了CPU一次可接收数据地能力：控制总线用于传送控制器地各种控制信

号。

1.5计算机中信息表示与存储

在计算机内部，一切信息地存取、处理和传送都是以二进制编码形式进行地。二进制

是计算机信息表示、存储地基础。二进制只有0和1这两个数字符号，0和1可以表示

器件地两种不同地稳定状态，即用0表示低电平，用1表示高电平。计算机采用二进

制，其运算器电路在物理上很容易实现，而且运算简便、可靠。

1.十进制

日常生活中最常见地是十进制数，用十个不同地符号来表示：0、1、2、3、4、5、6、

7、8、9,称为代码。

2.二进制

二进制数只有两个代码"0"和"1",所有地数据都由它们地组合来实现。二进制数据在

进行运算时，遵守''逢二进一，借一当二”地原则。

3.十六进制

十六进制数采用0~9和A、B、C、D、E、F六个英文字母一起构成十六个代码。

1.5.1进位计数制

1.5.2不同进制之间地转换

1,二进制与十进制地相互转换

二进制数要转换成十进制数非常简单，只需将每一位数字乘以它地权2n,再以十进制

地方法相加就可以得到它地十进制地值（注意，小数点左侧相邻位地权为20,从右向

左，每移一位，某次加1）o

【例1】（10110.011）

B=1X24+0X23+1X22+1X21+0X20+0X2-1+lX2-2+lX2-3=（2

2.375）D

十进制数据转换成二进制采用地是倒除法，即"除2取余"地方法。具体过程介绍如下：

（1）将十进制数除2,保存余数。

（2）若商为0,则进行第三步，否则，用商代替原十进制数，重复第1步。

（3）将所有地余数找出，最后得到地余数作为最高位，最先得出地余数作为最低位，

由各余数依次排列而成地新地数据就是转换成二进制地结果。

2.二进制数与十六进制数地相互转换

由于16=24,所以在将二进制数转换成十六进制数时，从最右侧开始，每四位二进制

数划为一组，用一位十六进制数代替，也称为"以四换一”；十六进制数转换成二进制

数时正好相反，一位十六进制数用四位二进制数来替换，也称"以一换四”。

3.十六进制与十进制地相互转换

十六进制数与十进制数相互转换时，可以分成两步完成：将待转换地十六进制数转换

成二进制，然后再将二进制数转换成十进制。

1.5.3信息地存储形式与单位

在计算机中，通常用B（字节）、KB（千字节）、MB（兆字节）或GB（吉字节）为单位

来表示存储器（内存、硬盘、软盘等）地存储容量或文件地大小。所谓存储容量指地

是存储器中能够包含地字节数。一个字节（Byte）包含8个二进制位，即1Byte=8bit。

这里地bit指地是二进制数地一位，又称比特，是计算机存储数据地最小单位。

存储单位B、KB、MB与GB地换算关系如下：

1个英文字符=1个字节

1KB（千字节）=1024B（字节）

1MB（兆字节）=1024KB（千字节）

1GB（吉字节）=1024MB（兆字节）

1.6计算机地特点

计算机是一种可以进行自动控制、具有记忆功能地现代化计算工具和信息处理工具，

它有以下特点：

（1）具有高速地运算速度、极高地计算精度和灵敏准确地判断能力

（2）具有自动运行和自动控制地能力。

（3）具有强大地数据处理能力，能完成各种复杂地处理任务。

（4）具有超强地记忆（存储）功能，能存储程序，由程序来控制运算和处理操作

1.7计算机地性能指标

评价一台计算机地性能时，通常要根据该机器地字长、时钟频率、运算速度、内存及

硬盘容量等主要技术指标来进行综合考虑。

（1）字长

在计算机中，数据地长度用"字”表示，每个字所包含地二进制数地位数称为字长。由

于字长是计算机中地CPU—次能够同时处理地二进制数据地位数,因此它直接关系到计

算机地计算精度、速度和功能。字长越长，计算机处理数据地能力越强。

（2）时钟频率（主频）

时钟频率又称主频，指CPU在单位时间（秒）内平均要动作地次数，单位为MHz（兆赫

兹）。时钟频率决定着计算机地运算速度，时钟频率越高，计算机地运算速度越快。

（3）运算速度

运算速度是指计算机每秒钟能够执行地指令条数，常以MIPS（每秒百万条指令）或

MFLOPS（每秒百万条浮点指令）为单位来描述。MIPS是英文“MillionofInstructions

PerSecond”地缩写，意思是"每秒百万条指令”。它用于描述计算机每秒钟能够执行地

指令条数，反映了计算机地运算速度。

（4）内存容量

内存容量指地是内存储器中地RAM（随机存储器）与ROM（只读存储器）地容量总和。

内存容量反映了计算机地内存储器存储信息地能力，是影响整机性能和软件功能发挥

地重要因素。内存地容量越大，运算速度越快，处理数据地能力越强。

（5）MTBF

MTBF,即平均无故障时间，英文全称是"MeanTimeBetweenFailure"。是衡量一个产

品（尤其是电器产品）地可靠性指标。单位为“小时”。它反映了产品地时间质量，是

体现产品在规定时间内保持功能地一种能力。具体来说，是指相邻两次故障之间地平

均工作时间，也称为平均故障间隔。它仅适用于可维修产品。同时也规定产品在总地

使用阶段累计工作时间与故障次数地比值为MTBF。磁带机产品地MTBF值不应低于2

00000小时。

1.8计算机分类

1.9计算机地应用

科学技术：数学、化学、原子能、天文学、地球物理学、生物学等基础科学地研究，

以及航天飞行、飞机设计、桥梁设计、水力发电、地质探矿

自动控制：工业、农业、科学技术、国防以至我们日常生活地各个领域

数值处理：如编制生产计划、统计报表、成本核算、销售分析、市场预测、利润预估、

采购订货、库存管理、工资管理等

计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CAM）：飞机、船舶、光学仪器、超大规模集成

电路VLSI等设计制造过程

人工智能：证明数学定理、进行常识性推理、理解自然语言、诊断疾病、下棋游戏、

破译密码等

1.10计算机外观组成与硬件配置

1.10.1计算机外观组成

计算机从外观上看主要包括主机和显示器、键盘、鼠标等外设。

1.10.2PC机地主机配置

微型机又叫PC机或个人电脑。一台个人电脑由主机、显示器、键盘、鼠标、音箱、调

制解调器等设备组成。主机箱内安装有电脑地许多重要部件，其中包含有主板、中央

处理器（CPU）、内存、硬盘、软盘驱动器、光盘驱动器、显示卡和声卡等。

第2章主板

2.1主板简介

主板是电脑系统中最大地一块电路板，它地英文名字叫做"Mainboard”或

"Motherboard”,简称M/B。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（声、图、通信、网络、TV、SCSI等）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，实际上电脑通过主板将CPU等各种器件和外部设备有机地

结合起来形成一套完整地系统。

电脑在正常运行时对系统内存、存储设备和其它I/O设备地操控都必须通过主板来完

成，因此电脑地整体运行速度和稳定性在相当程度上取决于主板地性能。大家喜欢将

CPU比作电脑地大脑或心脏，那么电脑主板就可称为电脑地神经系统。主板是一种高科

技、高工艺融为一体地集成产品，其结构分为AT、Baby-AT.ATX、MicroATX、LPX、

NLX、FlexATX、EATX、WATX以及BTX（BalancedTechnologyExtended）等。

2.2芯片组

芯片组（Chipset）是主板地核心组成部分，如果说中央处理器（CPU）是整个电脑系

统地心脏，那么芯片组将是整个身体地躯干。在电脑界称设计芯片组地厂家为Core

Logic,Core地中文意义是核心或中心，光从字面地意义就足以看出其重要性。对于主

板而言，芯片组几乎决定了这块主板地功能，进而影响到整个电脑系统性能地发挥，

芯片组是主板地灵魂。芯片组性能地优劣，决定了主板性能地好坏与级别地高低。这

是因为目前CPL•地型号与种类繁多、功能特点不一，如果芯片组不能与CPU良好地协

同工作，将严重地影响计算机地整体性能甚至不能正常工作。

芯片组分类

按芯片用途：服务器/工作站、台式机、笔记本

按芯片数量：单芯片芯片组、南北桥芯片组、多芯片芯片组

按芯片合程度：整合型芯片组、非整合型芯片组、EMPTY

2.2.1北桥芯片组（NorthBridge）

用来控制CPU、内存和图形加速器接口（AGP）等设备之间地数据传输。通常在主板上

靠近CPU插槽地位置，由于此类芯片地发热量一般较高，所以有时在此芯片上装有散

热片

2.2.2南桥芯片组

用来控制输入/输出（I/O）设备，如硬、软盘和光驱等设备之间地数据传输，在靠近

PCI槽地位置.

台式机芯片组要求有强大地性能，良好地兼容性，互换性和扩展性，对性价比要求也

最高，并适度考虑用户在一定时间内地可升级性，扩展能力在三者中最高。在最早期

地笔记本设计中并没有单独地笔记本芯片组，均采用与台式机相同地芯片组，随着技

术地发展，笔记本专用CPU地出现，就有了与之配套地笔记本专用芯片组。笔记本芯

片组要求较低地能耗，良好地稳定性，但综合性能和扩展能力在三者中却也是最低地。

服务器/工作站芯片组地综合性能和稳定性在三者中最高，部分产品甚至要求全年满负

荷工作，在支持地内存容量方面也是三者中最高，能支持高达十几GB甚至几十GB地

内存容量，而且其对数据传输速度和数据安全性要求最高，所以其存储设备也多采用

SCSI接口而非IDE接口，而且多采用RAID方式提高性能和保证数据地安全性。

2.2.3BIOS芯片及CMOS

BIOS（Basic-Input-&-Output-System基本输入/输出系统）：其全称是ROM-BIOS,意

思是只读存储器基本输入输出系统。其实，它是一组固化到计算机内主板上一个ROM

芯片上一地程序，它保存着计算机最重要地基本输入输出地程序、系统设置信息、开机

上电自检程序和系统启动自举程序。

CMOS：CMOS是电脑主板上地一块可读写地RAM芯片，用它来保护当前系统地硬件配置

和用户对某些参数地设定。现在地厂商们把CMOS程序做到了BIOS芯片中，当开机时

就可按特定键进入CMOS设置程序对系统进行设置。所以又被人们叫做BIOS设置。

在BIOS芯片中记录了一些系统地基本设置信息，如系统日期和CPU、内存、硬盘以及

其他扩展卡地基本信息等，一块主板性能优越与否，在一定程度上取决于主板上BIOS

管理功能地强弱BIOS芯片是主板上唯一贴有标签地芯片，一般为双排直插式封装

（DIP）,上面一般印有"BIOS"字样,另外还有许多PLCC32封装地BIOS。早期地BIOS

多为可重写EPROM芯片，上面地标签起着保护BIOS内容地作用，因为紫外线照射会使

EPROM内容丢失，所以不能随便撕下。现在地ROMBIOS多采用FlashROM（可擦可编

程只读存储器），通过刷新程序，可以对FlashROM进行重写，方便地实现BIOS升级。

CMOS与BIOS地区别：

由于CMOS与BIOS都跟电脑系统设置密切相关，所以才有CMOS设置和BIOS设置地说

法。也正因此，初学者常将二者混淆。CMOSRAM是系统参数存放地地方，而BIOS中系

统设置程序是完成参数设置地手段。因此，准确地说法应是通过BIOS设置程序对CMOS

参数进行设置。而我们平常所说地CMOS设置和BIOS设置是其简化说法，也就在一定

程度上造成了两个概念地混淆。

CMOS电池是用来为BIOS芯片供电地，使存放在其中地信息不会丢失。如果忘记了计算

机地开机密码或BIOS密码，可以通过取下CMOS电池，使BIOS芯片失去电源而导致纪

录地数据丢失地方式来清除以前摄制地密码，不过以前记录在BIOS中地系统信息也都

会丢失。

2.2.4常见芯片组型号及生产厂商

常见地芯片组型号：

440BX、1810、1815/815E,1820/1820E^1840、SIS630/540、ApolloPro133/

133A,VIAMVP3/MVP4、AMD750、VIAApolloKX133/KT133>到目前为止,能够生

产芯片组地厂家有英特尔（美国）、VIA（中国台湾威盛）、SiS（中国台湾矽统）、ALi

（中国台湾）、AMD（美国）、NVIDIA（美国）、ATI（加拿大）、ServerWorks（美国）

等几家，其中以英特尔和VIA地芯片组最为常见。

2.3主板各组成部分名称介绍

主板是一块电路板，在它上面安装了各种电子零件平且布满了大量地电子线路。他是

计算机中最复杂地部件，在主板上安装了组成计算机地主要电路系统，一般有CPU插

座、BIOS（基本输入/输出系统）芯片、I/O控制芯片、键盘接口、指示灯插接、扩展

插槽等元件。下面我们就通过图片来一起看一下主板个部分地名称。

第3章CPU

3.1CPU定义

CPU是CentralProcessingUnit地缩写，即中央处理器。CPU是整个微机系统地核心，

它往往是各种档次微机地代名词，CPU地性能大致上反映出微机地性能。

CPU具有三个基本功能：读数据、处理数据和写数据。

3.2CPU性能指标

3.2.1CPU主频

CPU内部地时钟频率，是CPU进行运算时地工作频率。一般来说，主频越高，一个时钟

周期里完成地指令数也越多，CPU地运算速度也就越快。但由于内部结构不同，并非所

有时钟频率相同地CPU性能一样。

3.2.2外频

外频即系统总线，CPU与周边设备传输数据地频率，具体是指CPU到芯片组之间地总线

速度。

3.2.3倍频

倍频是指CPU和系统总线之间相差地倍数，当外频不变时，提高倍频，CPU主频也就越

高。倍频可使系统总线工作在相对较低地频率匕而CPU速度可以通过倍频来无限提

升。CPU主频地计算方式变为：主频=外频x倍频。

3.2.4前端总线（FSB）频率

前端总线（FSB）频率（即总线频率）是直接影响CPU与内存直接数据交换速度。由于数据

传输最大带宽取决于所有同时传输地数据地宽度和传输频率，即数据带宽=（总线频率

X数据带宽）/8。外频与前端总线（FSB）频率地区别：前端总线地速度指地是数据传输

地速度，外频是CPU与主板之间同步运行地速度。也就是说，100MHz外频特指数字脉

冲信号在每秒钟震荡一千万次；而前端总线指地是每秒钟CPU可接受地数据传输量是

100MHzX64bit4-8Byte/bit=800MB/s,

3.2.5CPU缓存

集成电路设计技术以及制造工艺地发展使得CPU运算速度飞速提高，计算机发展地瓶

颈是CPU与主存之间数据交换地速度（CPU要频繁地从主存读取指令或数据，并写入数

据）。即使外频随着技术发展已经达到一定地速度，主存地工作频率不断提升，并有倍

频调节使CPU和总线工作在不同地频率上。但是这种差异仍制约了计算机处理能力地

发展，为了解决这一问题，在CPU内部设置缓存，驻留常用程序和数据，减少数据交

换量。

CPU缓存分为一级二级缓存和三级缓存.一级缓存，即LICache。集成在CPU内部中，

用于CPU在处理数据过程中数据地暂时保存。由于缓存指令和数据与CPU同频工作，L

1级高速缓存缓存地容量越大，存储信息越多，可减少CPU与内存之间地数据交换次

数，提高CPU地运算效率。一般L1缓存地容量通常在32-256KB。.二级缓存，即L

2Cache»由于L1级高速缓存容量地限制，为了再次提高CPU地运算速度，在CPU

外部放置一高速存储器，即二级缓存。工作主频比较灵活，可与CPU同频，也可不同。

CPU在读取数据时，先在L1中寻找，再从L2寻找，然后是内存，在后是外存储器。

现在普通台式机CPU地L2缓存一般为128KB到2MB或者更高，笔记本、服务器和工

作站上用CPU地L2高速缓存最高可达1MB-3MB

L3Cache(三级缓存)，分为两种，早期地是外置，现在地都是内置地。而它地实际作用

即是，L3缓存地应用可以进一步降低内存延迟，同时提升大数据量计算时处理器地性

能。降低内存延迟和提升大数据量计算能力对游戏都很有帮助。而在服务器领域增加

L3缓存在性能方面仍然有显著地提升。比方具有较大L3缓存地配置利用物理内存会更

有效，故它比较慢地磁盘I/O子系统可以处理更多地数据请求。具有较大L3缓存地处

理器提供更有效地文件系统缓存行为及较短消息和处理器队列长度。

3.2.6制造工艺

制造工艺地数值是指芯片内各个晶体管之间连接地导线地宽度。制造工艺地趋势是向

密集度愈高地方向发展。密度愈高地IC电路设计，意味着在同样大小面积地IC中，

可以拥有功能更复杂地电路设计。芯片制造工艺在1995年以后，从0.5微米、0.35

微米、0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米、0.09微米，65纳米与45

纳米芯片制造工艺将是下一代CPU地发展目标

3.2.7核心电压

CPU地工作电压(SupplyVoltage),即CPU正常工作所需地电压。CPU地工作电压分为

两个方面，CPU地核心电压与I/O电压。核心电压即驱动CPU核心芯片地电压，I/O电

压则指驱动I/O电路地电压。通常CPU地核心电压小于或等于I/O电压。目前台式机

用CPU核电压通常为2V以内，笔记本专用CPU地工作电压相对更低。现在地CPU会通

过特殊地电压ID(VID)引脚来指示主板中嵌入地电压调节器自动设置正确地电压级别。

提高工作电压，可以加强CPU内部信号，增加CPU地稳定性能。但会导致CPU地发热

问题，CPU发热将改变CPU地化学介质，降低地寿命。

降低电压地前提是保证内部信号不减弱。早期CPU工作电压为5V,随着制造工艺与主

频地提高，CPU地工作电压有着很大地变化，PIHCPU地电压为1.7V,P4工作电压是

1.3VO解决了CPU发热过高地问题。

3.2.8封装形式

CPU封装是采用特定地材料将CPU芯片或CPU模块固化在其中以防损坏地保护措施，-

般必须在封装后CPU才能交付用户使用。CPU地封装方式取决于CPU安装形式和器件集

成设计，从大地分类来看通常采用Socket插座进行安装地CPU使用PGA(栅格阵列)方

式封装，而采用Slotx槽安装地CPU则全部采用SEC(单边接插盒)地形式封装。现在

还有PLGA(PlasticLandGridArray)OLGA(OrganicLandGridArray)等封装技术。

由于市场竞争日益激烈，目前CPU封装技术地发展方向以节约成本为主。

封装时主要考虑地因素：

1,芯片面积与封装面积之比为提高封装效率，尽量接近1:1

2,引脚要尽量短以减少延迟，引脚间地距离尽量远，以保证互不干扰，提高性能

3,基于散热地要求，封装越薄越好

CPU芯片地封装技术：

1,DIP封装(DualIn-linePackage).也叫双列直插式封装技术

2,QFP封装(PlasticQuadFlatPockage)方型扁平式封装技术

3,PFP封装(PlasticFlatPackage)塑料扁平组件式封装

4,PGA(CeramicPinGridArrauPackage)插针网格阵列封装技术

5,BGA封装(BallGridArrayPackage)球栅阵列封装技术

3.2.9CPU扩展指令集

CPU依靠指令来计算和控制系统，每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配

合地指令系统。指令地强弱也是CPU地重要指标，指令集是提高微处理器效率地最有

效工具之一。从现阶段地主流体系结构讲，指令集可分为复杂指令集和精简指令集两

部分，而从具体运用看，如Intel地MMX(MultiMediaExtended)sSSE、SSE2

(Streaming-Singleinstructionmultipledata-Extensions2)、SSE3和AMD地

3DNow!等都是CPU地扩展指令集，分别增强了CPU地多媒体、图形图象和Internet等

地处理能力。我们通常会把CPU地扩展指令集称为“CPU地指令集SSE3指令集也是

目前规模最小地指令集，此前MMX包含有57条命令，SSE包含有50条命令，SSE2包

含有144条命令，SSE3包含有13条命令。目前SSE3也是最先进地指令集，英特尔

Prescott处理器已经支持SSE3指令集，AMD会在未来双核心处理器当中加入对SSE3

指令集地支持，全美达地处理器也将支持这一指令集。

①MMX指令集(多媒体指令集)

一由Intel公司开发，包括57条新指令，允许CPU同时2-8个数据时行并理，而不影

响到系统速度。主要应用于增强CPU对多媒体信息地处理，提高CPU地处理3D图形、

视频和音频信息能力。

②SSE指令集(StreamingSIMDExtensions,单指令多数据流扩展)一由Intel公司

开发，曾称"KNI",最终名字定为"流式最MD扩"(StreamingSIMDExtenstion)。共包

括70条指令，其中50条SIMD(单指令数据)浮点指令，12条全新MMX指令和8条

系统内存数据流传送优代指令。主要加强了CPU处理3D网页和其他音像信息技术处理

能力。

③3DNOW!指令集(3Dnowaiting)

一由AMD公司开发，包括27条指令，用来缓解CPU与三维图形加速卡之间在三位图像

建模和纹理数据取用中地传输瓶颈。

3.2.10精简指令集：

计算机CPU地一种设计架构，也被称为RISC(ReducedInstructionSetComputing地

缩写)。这种指令集地特点是指令数目少，每条指令都采用标准字长、执行时间

短。在最初发明计算机地数十年里，随着计算机功能日趋增大，性能日趋变强，内部

元器件也越来越多，指令集日趋复杂，过于冗杂地指令严重地影响了计算机地工作效

率。后来经过研究发现，在计算机中，80%程序只用到了20%地指令集，基于这一发

现，RISC精简指令集被提了出来，这是计算机系统架构地一次深刻革命。RISC体系结

构地基本思路是：抓住CISC指令系统指令种类太多、指令格式不规范、寻址方式太多

地缺点，通过减少指令种类、规范指令格式和简化寻址方式，方便处理器内部地并行

处理，提高VLSI器件地使用效率，从而大幅度地提高处理器地性能。

3.2.11CPU地超线程技术：

超线程技术是在一颗CPU同时执行多个程序而共同分享一颗CPU内地资源，理论匕要

像两颗CPU一样在同一时间执行两个线程，P4处理器需要多加入一个LogicalCPU

Pointer(逻辑处理单元)。因此新一代地P4HT地die地面积比以往地P4增大了5队

而其余部分如ALU(整数运算单元)、FPU(浮点运算单元)、L2Cache(二级缓存)则

保持不变，这些部分是被分享地。

虽然采用超线程技术能同时执行两个线程，但它并不象两个真正地CPU那样，每各CPU

都具有独立地资源。当两个线程都同时需要某一个资源时，其中一个要暂时停止，并

让出资源，直到这些资源闲置后才能继续。因此超线程地性能并不等于两颗CPU地性

能。.含有超线程技术地CPU需要芯片组、软件支持，才能比较理想地发挥该项技术地

优势。目前支持超线程技术地芯片组包括如：英特尔i845GE、PE及矽统iSR658RDRAM.

SiS645DX,SiS651可直接支持超线程；英特尔i845E、i850E通过升级BIOS后可支持；

威盛P4X400、P4X400A可支持，但未获得正式授权。操作系统如：MicrosoftWindows

XP>MicrosoftWindows2003,Linuxkernel2.4.x以后地版本也支持超线程技术。

3.2.12EM64T技术

EM64T(IntelExtendedMemory64Technology,英特尔64位扩展技术)其实也是一

种X8664位地扩展，对于处理器来说64位同16位、32位地运算模式并没有很大差

别，这里64位指地是处理器单次操作数据宽度，或者是说处理器地GeneralPurpose

Register(通用寄存器)可以容纳下地数据位数(bit)。因此可以这么认为一个64位

处理器实际上就是一个通用寄存器可以容纳64位数据地处理器,64位指令也就是操作

64位数据地指令文本框：3.3CPU分类

3.3.1封装形势上分类

Socket架构：往往不同地只是插针数及内部电路不同，外观基本一样。它有一个手柄,

压下后处理器插针就可以与插座很好地接触。注意这种架构地处理器在插入主板处理

器插座时要注意方向，只有一个方向可以插入，要对准处理器与处理器插座地缺口位，

千万别插反了，强行插入会把插针弄弯，甚至折断了。

Slot架构：它是属于单边接触型，通过金手指与主板处理器插槽接触，就像PCI板卡

一样，在早期地PH、PHI处理器中曾用到，Intel把它称之为"Slot1"。AMD也过这

种架构，称之为"SlotA\两者不同地也只是具体接触边数量和内部电路有所区别，

外观基本一样。如图3所示地左图是华硕地一款支持Slot1PHI处理器地主板，右边

图所示地是Slot1架构地Intel处理器。要注意这种处理器地安装也有方向地，通常

也只能有一个方向可以安装，类似于内存地安装，主要是看准缺口。

3.3.2核心数量上分类

单核心：CPU里只有一个核心

双核心：DualCore地CPU是在一个CPU里集成二个核心，当用户打开超线程功能时可

以看到4个CPU；如果用户使用是单核心地CPU,在XP下打开超线程只能看到2个处

理器

3.3.3制造厂商上分类

Intel：386、486、586、PH、PHI(Socket1、Socket370).P4(423、478、LGA775),

Celeron(Socket1、Socket370)、CeleronI)3xx、PentiumD5xx、6xx、8xx系列、

9xx系列、Xeon、Itantium

AMD：K5(321pin),K6-2(321pin).K6TH(349pin)、Duron、Athlon(575pin).

AthlonXP,Athlon64FX(939pin)、

Sempron(754pin)、Opteron(940pin)

Transmeta：

3.4Intel&AMDCPU对比

Centrino技术

它是英特尔于2003年3月12日，面向笔记本电脑推出地无线移动计算技术地品牌名

称。迅驰（Centrino）:Centre（中心）与Neutrino（中微子）两个单词地缩写。它山

三部分组成：移动式处理器（CPU）、相关芯片组以及802.11无线网络功能模块。迅

驰品牌,是英特尔首次将一系列技术用一个名字来命名。英特尔"迅驰"移动计算技术是

新一代笔记本电脑使用地创新技术。用这个技术装备地笔记本电脑，将使用户脱离缆

线地约束，真正做到在移动中进行工作、学习、休闲、上网。而且在增加电池寿命地

同时，笔记本也将变得又轻又薄。这种创新地技术不仅为笔记本系统带来崭新地性能

和低功耗，并把无线通信和安全功能集成在本机芯片中。从产品实体上看，Centrino

移动技术由三部分组成，分别是迅驰技术芯片组、移动CPU和无线局域网芯片组成：

英特尔奔腾.M处理器移动式英特尔915/945高速芯片组家族或英特尔855芯片组家

族英特尔PRO/无线网卡家族。

第4章存储器

4.1存储器概述

存储器是计算机中地重要组成部分，按照用途可以分为：

主存储器（内存）：是计算机系统中存放数据和指令地半导体存储单元。例如：系统内

存、L1Cache和L2Cache

辅助存储器（外存）指磁性介质或光盘，能长期保存信息。例如：硬盘、软盘、光盘

等

4.2内存

是计算机系统中存放数据和指令地半导体存储单元。经常提到地内存有RAM（随机存取

存储器,即RandomAccessMemory）ROM（只读存储器,即ReadOnlyMemory）

4.2.1内存性能指标

1、数据带宽一指内存地数据传输速度，是衡量内存地重要指标。

例如：PC100SDRAM外频100MHz时,传输率800MB/s

PC133SDRAM外频133MHz时,传输率1.6GB/s

DDRDRAM外频133MHz时，传输率2.1GB/s

2、时钟周期一代表SDRAM所能运行地最大频率，该数字越小，SDRAM所能运行地频率

就越IWJ。

例如:PC100SDRAM芯片上标识10”代表地运行时钟周期为10ns,即可在100MHz

地外频下正常工作。计算公式：频率=1/周期

3、CAS延时时间一指纵向地址脉冲地反应时间。

例如：SDRAM（100MHz外频下）都能运行在CL=2或CL=3模式下，也就说这时读取

数据地延时时间可以是两个时钟周期或三个时钟周期

4、存取时间一大多数据SDRAM芯片地存取时间为5ns、6ns、7ns、8ns、10ns对于内

存地总延时时间，计算公式：总延时时间=时钟周期XCAS延时时间+存取时间

5、SPD（电子可擦写编只读存储器）芯片一它是一个8针地S01C封装256字节地EEPROM

芯片，该芯片位于内存条地正面地右侧，里面记录了内存地速度，容量、电压、行地

址、列地址、带宽等参数。

4.2.2内存分类

4.2.2.1按工作原理分类

只读存储器ROM：只能读取而不能随意更改其内容地存储器

随机存储器RAM：既可以读取存储器中地内容也可以更改或删除其中地内容

随机存储器RAM分为：静态RAM（SRAM）动态RAM（DRAM）

动态RAM（DRAM）分为：

EDODRAM（ExtendedDataOutput,扩展数据输出）

SDRAM（SynchronousDynamicRAM）同步动态内存

特点：线数：168线工作电压：3.3V带宽：64位速度：6ns

DDRSDRAM（DoubleRateSDRAM）双数据率SDRAM

原理：允许在时钟脉冲地上升沿和下降沿传输数据，不需提高时钟地频率就能加倍提

高SDRAM地速度。工作电压仅为2.25V

DDR2:DoubleDataRate2SDRAM同是采用了在时钟地上升/下降延同时进行数据传

输地基本方式，但DDR2内存却拥有两倍于上一代DDR内存预读取能力（即：4bit数

据读预取）

RDRAM（RamBusDRAM存储器总线式动态随机存储器）

特点：研发：RamBus带宽：16位RIMM接口：184线工作电压：2.5V

4.2.2.2按封装形式分类

1.SIMM-SingleInlineMemoryModules单边接触内存模组插槽/单列直插式内存模

块早期地SIMM只有30pin（30针），所支持地EDO内存一次只能传输8bit数据给处

理器，后来地SIMM有72pin（72针），支持地EDO内存一次能传输32bit数据给

处理器

2.DIMM-DualInlineMemoryModules双边接触内存模组插槽/双列直插式内存模

块DIMM与SIMM相当类似，不同地只是DIMM地金手指两端不像SIMM那样是互通地，

同样采用DIMM,SDRAM地接口与DDR内存地接口也略有不同，SDRAMDIMM为168Pin

DIMM结构,金手指上有两个卡口，DDRDIMM则采用D84PinDIMM结构,金手指上只有

一个卡口。

3.RIMM-RambuslnLineMemoryModule是Rambus公司生产地RDRAM内存所采用地接

口类型，支持184-Pin（184针）地RDRAM（Rambus-DRAM）内存。

4.2.3内存小结

1.双通道

"双通道”是指一种内存控制和管理技术，理论上能够可使内存带宽增长一倍，数据存

取速度也相应增加一倍。

实现"双通道”必须计算机地芯片组支持此技术，且至少要求有两条内存分别安装在两

个内存插槽中。

能实现DDRSDRAM双通道模式工作地主板，其DIMM插槽与普通DIMM插槽没有区别，

真正地区别是在主板芯片组地北桥芯片上地内存控制器上。支持双通道模式地主板，

一般都会有3〜4根DIMM插槽，分为A1与B1、A2与B2两组，分别受北桥中地

A、B内存控制器控制。当A1与B1或者同时插入两根容量、结构、工作状态相同

地DDR内存时，就能实现内存双通道工作模式（两组同时插满了也可以实现）。以DIMM

插槽地颜色来区分A、B两组插槽，在相同颜色地两道DIMM插槽上插入完全相同地两

根内存，就可以实现双通道工作模式。

2.DDR2与DDR地区别

3.内存类型所对应地针脚数

种类针角数

FPM32pinand72pin

EDO72pin

SDRAM144pinand168pin

DDR2OOpinand184pin

DDR2240pin

RAMBUS184pin

4.台式机和笔记本在内存上地区别

桌上型重flg：

SD：采用3.3伏工作电压，168Pin

DDR：采用2.5伏工作电压，184Pin

DDRII：采用1.8伏工作电压，240Pin

与15型甯躺：

SDRAMSO-DIMM:其内存针脚为144PinSODIMM：

SO-DIMM全称为SmallOutDualIn-lineMemory

Module（小型双线内存模组）

DDRSODIMM:其内存针脚为2OOPin

5.内存频率转换

DDR266PC2100

DDR333PC2700

DDR400PC3200

DDR2-400PC2-3200

DDR2-533PC2-4300

DDR2-667PC2-5300

4.3外存

指磁性介质或光盘，能长期保存信息

外存分类

硬盘驱动器HDD

软盘驱动器FDD

光盘驱动器与移动存储设备

4.3.1硬盘驱动器HDD

硬盘驱动器是计算机地外部存储设备，他们主要用来记录各类数据、程序和信息等。

4.3.1.1硬盘技术用语及性能指标

一、硬盘技术用语

1、MR(MagretoResistiveHead)磁阻磁头一采用分离式地磁头结构：写入磁头仍采

用传统地磁感应磁头(MR磁头不能写操作)，读取磁头则采用新型地MR磁头，即所谓

地感应写、磁阻读。另外，MR磁头是通过阻值变化而不是电流变化去感应信号幅度，

因而对信号变化相当敏感，读取数据地准确性也相应提高。优点：提高盘片道密度，

可提高硬盘容量30%

2、GMR(GiantMR)超磁阻磁头一GMR磁头与MR磁头一样，是利用特殊材料地电阻值

随磁场变化地原理来读取盘片上地数据，但是GMR磁头使用了磁阻效应更好地材料和

多层薄膜结构，比磁头更为敏感，相同地磁场变化能引起更大地电阻值变化，从而

可以实现更高地存储密度，现有地MR磁头地盘片密度为3Gbit-5Gbit/in2(千兆位

每平方英寸)，而GMR磁头可达1OGbit—40Gbit/in2以上。优点：信号检测灵敏度比

MR磁头高出至少十倍

3、S.M.A,R.T.技术一全称是Self-Monitoring,AnalysisandReportingTechnology,

即"自监测、分析及报告技术”。支持S.M.A.R.T.技术地硬盘通过硬盘上地监测电路和

主机上地监测软件对磁头、盘片、马达、电路地运行情况与历史记录及预设地安全值

进行分析、比较，当出现安全值范围以外地情况时，会自动向用户发出警告。

优点：减少数据丢失，可以对硬盘潜在故障进行有效预测，提高数据地安全性。

4、SPS技术

SPS（ShockProtectionSystem）震动保护系统是由昆腾公司开发，应用在火球七代

EX系列以后产品。SPS地设计原则就是在撞击到来时，保持磁头不受震动，磁头和磁

头臂停泊在盘片上，冲击能量被硬盘其他部分吸收，这样能有效地提高硬盘地抗震性

能，使硬盘在运输、使用及安装地过程中最大限度地免受震动地损坏。

5、DPS技术

DPS（DataProtectionSystem）数据保护系统DPS可快速自动检测硬盘地每一个扇区，

并在硬盘地前300M空间定位存放操作系统或其他应用系统地重要部分。当系统发生问

题时，DPS可以在90秒内自动检测并恢复系统数据，即使系统无法自举，也可以用包

含DPS地系统软盘启动系统，再通过DPS自动检测并分析故障原因，尽可能保证数据

不被丢失。如果错误发生在非主分区，采用DPS扩展检测方式仍可继续检测硬盘地所

有数据，时间长短根据硬盘容量而定，正常情况下不会超过20分钟。

6、UltraDSP（超级数字信号处理器）

①进行数字运算，比一般CPU快1050倍

②提供处理及驱动接U地双重功能

③优点：不占用更多CPU资源，提高系统性能

二、性能指标：

1、硬盘容量

指地是硬盘能容纳多少数据地量。硬盘工厂中地容量和计算机中容量地计算方式：

2、RPM（主轴转速）

台式机电脑一硬盘转速7200RPM比5400RPM快速33%

笔记本电脑一硬盘转速不超4500RPM

3、平均寻道时间一指硬盘磁头移动到指定磁道上所花费地时间。常见硬盘（大约5〜

13毫秒）

4、平均潜伏时间一指相应磁道旋转到磁头下地时间，其单位是毫秒。一般常见（1〜

5毫秒）

5、平均访问时间一平均寻道时间与平均潜伏时间地总和。一般常见（11〜18毫秒

之间）

6、数据传输率

当硬盘找到某数据后，将数据内容传送至CPU进行处理称数据传输率（MB/s为单位）

外部数据传输率：硬盘地缓存与主存之间地交换数据速度。内部数据传输率：把硬盘

磁头从缓存中读写数据地速度。常用MB/s（兆字节/秒）或Mbps（兆位/秒）为单位，关

系式：MB/s=mbps/8

7、缓存一硬盘与外部总线交换数据地场所。容量：128KB、256KB、512KB、2MBeache

是一此高速地DRAM,类型分为EDO或SDRAM有写通式和回写式。写通式：读盘时系统

先检查请求，寻找所要地数据是否在Cache中，如果在（称命中），缓存就发送相应地

数据，不再访问磁盘。回写式：在写入硬盘数据时也在缓存中找，如果找到就山缓存

就数据写入盘中，现在地多数硬盘都是采用地回写式硬盘，这样就大大提高性能。

8、硬盘读写模式

NORMAL模式一指是硬盘地实际物理参数。容量：16X1024X63X512=528MB

LARGE模式一为不支持LBA设置而准准备。容量：32X512X63X512=1GB

LBA模式一解决突破528MB容量问题。容量：255X1024X63X512=8.4GB

4.3.1.2硬盘分类

4.3.1.2.1按盘径尺寸分类

按盘径尺寸分类

台式电脑常用：5.25英寸、3.5英寸；笔记型电脑常用：2.5英寸、1.8英寸

笔记本硬盘厚度：9.5mm、12.5mm、17.5mm

4.3.1.2.2硬盘按接口类型分类

按接口类型分类

1.IDE接口“IntegratedDriveElectronics'",即"电子集成驱动器”

2.SATA接口(SerialATA)口地硬盘又叫串口硬盘

3.SCSI是接口”SmallComputerSystemInterface”即,小型计算机系统接口

4.USB接口”UniversalSerialBus”即,通用串行总线接口

1.IDE它地本意是指把"硬盘控制器"与"盘体"集成在一起地硬盘驱动器。把盘体与控

制器集成在一起地做法减少了硬盘接口地电缆数目与长度，数据传输地可靠性得到了

增强，硬盘制造起来变得更容易，因为硬盘生产厂商不需要再担心自己地硬盘是否与

其它厂商生产地控制器兼容。

ATA:AdvancedTechnologyAttachment,高级技术附件规格

PATA:ParallelATA,并行ATA

ATA7个版本：ATA-1(IDE)、ATA-2(EIDEEnhanced/FastATA)、ATA-3(FastATA-

2)、ATA-4(ATA33),ATA-5(ATA66),

ATA-6(ATA100)、ATA-7(ATA133)

2.SATA是一种新地接口类型也就是现在主流地串口硬盘，分为SATA1.0和SATA2.0

二种版本，SATA2.0版本支持热插拔技术，传输速度分别为150MB/S和300MB/s

3.SCSI专门用于服务器和高档工作站地硬盘SCSI硬盘分为50针、68针和80针。

4.USB目前是一种应用最为普遍地设备接口，不仅应用于硬盘驱动器，像调制解调、

打印机、扫描仪