PC主機(jī)的組成

1、2.3 PC主機(jī)的組成主機(jī)的組成2.3.1 主板、芯片組與主板、芯片組與BIOS 2.3.2 內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器2.3.3 I/O總線(xiàn)和總線(xiàn)和I/O接口接口22.3 PC機(jī)的主機(jī)機(jī)的主機(jī) 臺(tái)式臺(tái)式PC的物理組成的物理組成臺(tái)式機(jī)臺(tái)式臺(tái)式PC主機(jī)主機(jī)外部設(shè)備外部設(shè)備機(jī)箱、電源機(jī)箱、電源主板主板CPU內(nèi)存條內(nèi)存條顯示卡顯示卡芯片組芯片組BIOS ROMCMOSPCI插槽插槽(I/O總線(xiàn)總線(xiàn))網(wǎng)卡網(wǎng)卡輸入設(shè)備輸入設(shè)備外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器鍵盤(pán)鍵盤(pán)鼠標(biāo)器鼠標(biāo)器麥克風(fēng)麥克風(fēng)攝像頭攝像頭輸出設(shè)備輸出設(shè)備U盤(pán)、移動(dòng)硬盤(pán)盤(pán)、移動(dòng)硬盤(pán)顯示器顯示器打印機(jī)打印機(jī)音箱音箱/耳機(jī)耳機(jī)聲卡聲卡插頭和插座插頭和插座(I/O接口接口)

2、硬盤(pán)、軟驅(qū)硬盤(pán)、軟驅(qū)光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器32.3 PC機(jī)的主機(jī)機(jī)的主機(jī)1 音箱音箱 5 CPU 2 調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器 6 鍵盤(pán)鍵盤(pán)3 麥克風(fēng)麥克風(fēng) 7 鼠標(biāo)器鼠標(biāo)器 4 內(nèi)存條內(nèi)存條 8 CD驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器9 軟驅(qū)軟驅(qū)10 硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器11 打印機(jī)打印機(jī)12 I/O接口接口13 CRT顯示器顯示器14 擴(kuò)展卡擴(kuò)展卡主板主板42.3 PC機(jī)的主機(jī)機(jī)的主機(jī)2.3.1 主板、芯片組與主板、芯片組與BIOS52.3 PC機(jī)的主機(jī)機(jī)的主機(jī)臺(tái)式臺(tái)式PC機(jī)機(jī)(立式立式)的主機(jī)箱的主機(jī)箱擴(kuò)展擴(kuò)展空間空間62.3 PC機(jī)的主機(jī)機(jī)的主機(jī)(1) 主板主板n主板的作用：安裝所有的電子器件、電路與連接件主板的

3、作用：安裝所有的電子器件、電路與連接件nROM BIOS：存放最基礎(chǔ)的軟件：存放最基礎(chǔ)的軟件基本輸入基本輸入/輸出系統(tǒng)輸出系統(tǒng)(BIOS) nCMOS存儲(chǔ)器：存放硬件配置信息和系統(tǒng)基本參數(shù)（日期、時(shí)存儲(chǔ)器：存放硬件配置信息和系統(tǒng)基本參數(shù)（日期、時(shí)間、口令等）間、口令等）存儲(chǔ)器插槽存儲(chǔ)器插槽 處理器處理器插座插座 I/O設(shè)備插口設(shè)備插口光驅(qū)及光驅(qū)及硬盤(pán)連接器硬盤(pán)連接器電源連接器電源連接器擴(kuò)充卡插槽擴(kuò)充卡插槽(PCI)CPU插座插座北橋北橋芯片芯片南橋南橋芯片芯片 BIOS ROMCMOS 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器擴(kuò)充卡插槽擴(kuò)充卡插槽(PCI-E x1)顯示卡插槽顯示卡插槽(PCI-E x16)72.3 PC

4、機(jī)的主機(jī)機(jī)的主機(jī)例：華碩例：華碩P8B75-VCore i7/i5/i3獨(dú)立顯卡PCI插槽 (3個(gè))最大容量32GB(5個(gè))PCI-E x1插槽 (2個(gè))音頻端口PS/2接口(4個(gè))82.3 PC機(jī)的主機(jī)機(jī)的主機(jī)安裝了安裝了CPU和內(nèi)存條的主板和內(nèi)存條的主板92.3 PC機(jī)的主機(jī)機(jī)的主機(jī)(2) 芯片組的作用芯片組的作用n芯片組芯片組是是PC機(jī)各組成部分相互連接和通信的樞紐機(jī)各組成部分相互連接和通信的樞紐n北橋芯片：北橋芯片：1. 存儲(chǔ)器控制功能；存儲(chǔ)器控制功能；2. 連接連接CPU、存儲(chǔ)器、顯卡、南橋芯片的樞紐、存儲(chǔ)器、顯卡、南橋芯片的樞紐n南橋芯片：南橋芯片：1. 多種多種I/O設(shè)備的控制功

5、能；設(shè)備的控制功能；2. I/O總線(xiàn)總線(xiàn)(PCI總線(xiàn)總線(xiàn)) 功能；功能；3. 提供了各種提供了各種I/O接口接口CPU芯片芯片CPU前端總線(xiàn)前端總線(xiàn)北橋北橋MCH圖形卡接口圖形卡接口雙通道雙通道南橋南橋ICH5USB 2.0接口接口(x8)以太網(wǎng)接口以太網(wǎng)接口PCI 插槽插槽(6個(gè)個(gè))ROM BIOS硬盤(pán)接口硬盤(pán)接口(x2)音頻音頻CodecSuper I/O鍵盤(pán)鍵盤(pán),鼠標(biāo)鼠標(biāo),軟驅(qū)軟驅(qū),并口并口,串口等串口等電話(huà)電話(huà)ModemDDR 2電源管理、時(shí)鐘生成電源管理、時(shí)鐘生成DDR 2存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器102.3 PC機(jī)的主機(jī)機(jī)的主機(jī)關(guān)于芯片組的一些說(shuō)明關(guān)于芯片組的一些說(shuō)明n芯片組與芯片組與CPU芯片

6、同步發(fā)展，有什么樣功能和速度的芯片同步發(fā)展，有什么樣功能和速度的CPU，就有什么樣的芯片組與之配套，就有什么樣的芯片組與之配套 n由于集成電路集成度越來(lái)越高，為降低系統(tǒng)成本，芯片由于集成電路集成度越來(lái)越高，為降低系統(tǒng)成本，芯片組中集成了越來(lái)越多的功能，包括網(wǎng)卡、顯卡、聲卡等組中集成了越來(lái)越多的功能，包括網(wǎng)卡、顯卡、聲卡等功能功能 n由于由于CPU芯片越來(lái)越復(fù)雜，功能越來(lái)強(qiáng)大（如芯片越來(lái)越復(fù)雜，功能越來(lái)強(qiáng)大（如 Core i3 /i5 / i7 ），有些已將北橋芯片的存儲(chǔ)器控制器和圖形控），有些已將北橋芯片的存儲(chǔ)器控制器和圖形控制器功能集成在制器功能集成在CPU芯片之中芯片之中 ，因此主板上北橋

7、芯片已，因此主板上北橋芯片已經(jīng)消失，只需一塊南橋芯片即可。經(jīng)消失，只需一塊南橋芯片即可。112.3 PC機(jī)的主機(jī)機(jī)的主機(jī)單芯片的芯片組單芯片的芯片組DDR3內(nèi)存條內(nèi)存條DDR3內(nèi)存條內(nèi)存條6 x SATA；eSATAIntel 硬盤(pán)陣列技術(shù)硬盤(pán)陣列技術(shù)Intel ME固件固件與與BIOS支持支持PCI-E 3.0 x16 顯卡顯卡PCI-E 3.0 x8 顯卡顯卡PCI-E 3.0 x8 顯卡顯卡8 x PCI-E 2.0 x1 Intel集成以太網(wǎng)集成以太網(wǎng)10/100/1000千兆以太網(wǎng)連接千兆以太網(wǎng)連接Intel Core i7處理器處理器PCH Z77高速高速芯片組芯片組16GB/s8

8、GB/s8GB/s或或1GB/s(每個(gè)每個(gè))16GB/s16GB/sDMI 2.06Gb/s支持支持3個(gè)顯示器個(gè)顯示器10 x USB 2.0 4 x USB 3.0Intel 高清晰音頻高清晰音頻PCI-E x1SM busFDI122.3 PC機(jī)的主機(jī)機(jī)的主機(jī)(3) BIOSn什么是什么是BIOS （Basic Input/Output System） ？n中文名為中文名為“基本輸入基本輸入/輸出系統(tǒng)輸出系統(tǒng)”，它是存放在主板上它是存放在主板上只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器（ROM）芯片中的芯片中的一組機(jī)器語(yǔ)言程序一組機(jī)器語(yǔ)言程序n功能：功能：n診斷計(jì)算機(jī)故障診斷計(jì)算機(jī)故障n啟動(dòng)計(jì)算機(jī)工作啟動(dòng)計(jì)算機(jī)

9、工作n控制基本外設(shè)的輸入輸出操作控制基本外設(shè)的輸入輸出操作(鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、磁盤(pán)讀寫(xiě)、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、磁盤(pán)讀寫(xiě)、屏幕顯示等屏幕顯示等)nBIOS 芯片芯片n保存保存BIOS的只讀存儲(chǔ)器的只讀存儲(chǔ)器(ROM)芯片芯片132.3 PC機(jī)的主機(jī)機(jī)的主機(jī)BIOS 芯片中包含的程序芯片中包含的程序n加電自檢程序加電自檢程序程序程序（POST） (Power On Self Test)用于用于檢測(cè)計(jì)算機(jī)硬件故障檢測(cè)計(jì)算機(jī)硬件故障n系統(tǒng)自舉程序系統(tǒng)自舉程序（Boot） 啟動(dòng)計(jì)算機(jī)工作，加載并進(jìn)入操作系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)啟動(dòng)計(jì)算機(jī)工作，加載并進(jìn)入操作系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)nCMOS設(shè)置程序設(shè)置程序 設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)：日期、時(shí)間、口令、配置

10、參數(shù)等設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)：日期、時(shí)間、口令、配置參數(shù)等n常用外部設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序常用外部設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序（Driver） 實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤(pán)、顯示器、軟驅(qū)和硬盤(pán)等常用外部設(shè)備輸實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤(pán)、顯示器、軟驅(qū)和硬盤(pán)等常用外部設(shè)備輸入輸出操作的控制入輸出操作的控制142.3 PC機(jī)的主機(jī)機(jī)的主機(jī)2.3.2 內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器152.3 PC機(jī)的主機(jī)機(jī)的主機(jī)復(fù)習(xí)：內(nèi)存與外存的關(guān)系及比較復(fù)習(xí)：內(nèi)存與外存的關(guān)系及比較n內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)存或主存簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)存或主存)n存取速度快存取速度快n成本高、容量相對(duì)較小成本高、容量相對(duì)較小n直接與直接與CPU連接，連接，CPU(指令指令)可以可以對(duì)對(duì)內(nèi)存中的指令及數(shù)據(jù)進(jìn)行讀、寫(xiě)內(nèi)存中的指令

11、及數(shù)據(jù)進(jìn)行讀、寫(xiě)操作操作n屬于揮發(fā)性存儲(chǔ)器屬于揮發(fā)性存儲(chǔ)器( (volatile) )，用于，用于臨時(shí)存放正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)臨時(shí)存放正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器CPU指令指令1指令指令2指令指令k指令指令n程序程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)m數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)任務(wù)啟動(dòng)時(shí)，執(zhí)行任務(wù)啟動(dòng)時(shí)，執(zhí)行該任務(wù)的程序和數(shù)據(jù)該任務(wù)的程序和數(shù)據(jù)將從外存成批傳送到將從外存成批傳送到內(nèi)存內(nèi)存CPU從內(nèi)存中逐條從內(nèi)存中逐條讀取該程序的指令及讀取該程序的指令及相關(guān)的數(shù)據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)將指令的運(yùn)算處理將指令的運(yùn)算處理結(jié)果送回內(nèi)存保存結(jié)果送回內(nèi)存保存任務(wù)完成后，將處任務(wù)完成后，將處理得到的全部結(jié)果成理得到的全

12、部結(jié)果成批傳送到外存以長(zhǎng)久批傳送到外存以長(zhǎng)久保存保存 逐 條 執(zhí) 行 逐 條 執(zhí) 行指 令 ， 按 指指 令 ， 按 指令 要 求 完 成令 要 求 完 成對(duì) 數(shù) 據(jù) 的 運(yùn)對(duì) 數(shù) 據(jù) 的 運(yùn)算和處理算和處理n外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)外存外存或輔存或輔存)n存取速度慢存取速度慢n成本低、容量很大成本低、容量很大n不與不與CPU直接連接，直接連接，計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序時(shí)，外存中的程序及相關(guān)數(shù)據(jù)必須先時(shí)，外存中的程序及相關(guān)數(shù)據(jù)必須先傳送到內(nèi)存，然后才能被傳送到內(nèi)存，然后才能被CPU使用。使用。n屬于不揮發(fā)性存儲(chǔ)器屬于不揮發(fā)性存儲(chǔ)器( (Nonvolatile) )，用于長(zhǎng)久存放系統(tǒng)中幾乎

13、所有的信息用于長(zhǎng)久存放系統(tǒng)中幾乎所有的信息162.3 PC機(jī)的主機(jī)機(jī)的主機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器的分類(lèi)及應(yīng)用內(nèi)存儲(chǔ)器的分類(lèi)及應(yīng)用n內(nèi)存由半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片組成，芯片有多種類(lèi)型：內(nèi)存由半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片組成，芯片有多種類(lèi)型：半導(dǎo)體半導(dǎo)體存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器只只 讀讀存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器(ROM)隨機(jī)存取隨機(jī)存取存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器(RAM)靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器SRAM動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器DRAM 不可在線(xiàn)改寫(xiě)內(nèi)容的不可在線(xiàn)改寫(xiě)內(nèi)容的ROM快擦除存儲(chǔ)器（快擦除存儲(chǔ)器（Flash ROM）（用作（用作Cache存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器） （用作（用作主存儲(chǔ)器）主存儲(chǔ)器） 每個(gè)存儲(chǔ)單元每個(gè)存儲(chǔ)單元(cell)由由6個(gè)晶體管

14、組成個(gè)晶體管組成 只要加上電，信息就能一直保持只要加上電，信息就能一直保持 對(duì)電器干擾相對(duì)不很敏感對(duì)電器干擾相對(duì)不很敏感 比比DRAM更快，也更貴更快，也更貴 每個(gè)存儲(chǔ)單元由每個(gè)存儲(chǔ)單元由1個(gè)電容和個(gè)電容和1個(gè)晶體管組成個(gè)晶體管組成. 每每10-100 ms必須刷新一次必須刷新一次 對(duì)電器干擾比較敏感對(duì)電器干擾比較敏感 比比SRAM慢，但便宜慢，但便宜（用作（用作BIOS存儲(chǔ)器）存儲(chǔ)器）(顯卡、顯卡、U盤(pán)、存儲(chǔ)卡盤(pán)、存儲(chǔ)卡)172.3 PC機(jī)的主機(jī)機(jī)的主機(jī)主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器(RAM)的功能與原理的功能與原理n主存是主存是CPU可直接訪(fǎng)問(wèn)的可直接訪(fǎng)問(wèn)的存儲(chǔ)器，用于存放供存儲(chǔ)器，用于存放供CPU處理

15、的指令和數(shù)據(jù)處理的指令和數(shù)據(jù)n特點(diǎn)：特點(diǎn)：n以字節(jié)為單位進(jìn)行以字節(jié)為單位進(jìn)行連續(xù)編址連續(xù)編址，每個(gè)存儲(chǔ)單元為，每個(gè)存儲(chǔ)單元為1個(gè)字節(jié)（個(gè)字節(jié)（8個(gè)二進(jìn)位）個(gè)二進(jìn)位）n存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)容量：主存儲(chǔ)器中所包含的存儲(chǔ)單元的總數(shù)（單位：主存儲(chǔ)器中所包含的存儲(chǔ)單元的總數(shù)（單位：MB或或GB）n存取時(shí)間：從存取時(shí)間：從CPU送出內(nèi)存單元的地址碼開(kāi)始，到主存讀出數(shù)據(jù)并送到送出內(nèi)存單元的地址碼開(kāi)始，到主存讀出數(shù)據(jù)并送到CPU（或者是把（或者是把CPU數(shù)據(jù)寫(xiě)入主存）所需要的時(shí)間（單位：數(shù)據(jù)寫(xiě)入主存）所需要的時(shí)間（單位：ns，1 ns = 10-9 s）0110100110101010存存儲(chǔ)儲(chǔ)內(nèi)內(nèi)容容0000100

16、0000001000011001001111011111存儲(chǔ)存儲(chǔ)單元單元地址地址地址碼地址碼存儲(chǔ)單元地址寄存器地址譯碼器讀寫(xiě)控制電路讀讀/寫(xiě)的數(shù)據(jù)寫(xiě)的數(shù)據(jù)讀讀/寫(xiě)控制信號(hào)寫(xiě)控制信號(hào)(64位)(36位)182.3 PC機(jī)的主機(jī)機(jī)的主機(jī)PC機(jī)主存儲(chǔ)器的物理結(jié)構(gòu)機(jī)主存儲(chǔ)器的物理結(jié)構(gòu)n主存儲(chǔ)器由主存儲(chǔ)器由1 14 4個(gè)內(nèi)存條組成個(gè)內(nèi)存條組成n內(nèi)存條的組成：內(nèi)存條的組成：把若干片把若干片DRAM芯片焊裝在一小條印制電路板上制成芯片焊裝在一小條印制電路板上制成n內(nèi)存條必須插在主板上的內(nèi)存條插槽中才能使用內(nèi)存條必須插在主板上的內(nèi)存條插槽中才能使用n目前流行的是目前流行的是DDR2和和DDR3內(nèi)存條：內(nèi)存條：

17、n均采用雙列直插式，其觸點(diǎn)分布在內(nèi)存條的兩面均采用雙列直插式，其觸點(diǎn)分布在內(nèi)存條的兩面nDDR2 和和DDR3均有均有240個(gè)引腳，但不可互換使用個(gè)引腳，但不可互換使用nPC機(jī)主板中一般都配備有機(jī)主板中一般都配備有2個(gè)或個(gè)或4個(gè)內(nèi)存條插槽個(gè)內(nèi)存條插槽 4個(gè)內(nèi)存條插槽個(gè)內(nèi)存條插槽192.3 PC機(jī)的主機(jī)機(jī)的主機(jī)教學(xué)參考：教學(xué)參考： DDR內(nèi)存條的類(lèi)型、速率及相關(guān)參數(shù)內(nèi)存條的類(lèi)型、速率及相關(guān)參數(shù)時(shí)鐘頻率=100MHz 總線(xiàn)頻率=200MHz 傳輸頻率=400MHz存儲(chǔ)單元陣列數(shù)據(jù)總線(xiàn)時(shí)鐘頻率=100MHz 總線(xiàn)頻率=100MHz 傳輸頻率=200MHz存儲(chǔ)單元陣列數(shù)據(jù)總線(xiàn)緩沖器緩沖器緩沖器緩沖器D

18、DRDDR2內(nèi)存條內(nèi)存條類(lèi)型類(lèi)型內(nèi)存條內(nèi)存條名名 稱(chēng)稱(chēng)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器時(shí)鐘頻率時(shí)鐘頻率存儲(chǔ)器總線(xiàn)存儲(chǔ)器總線(xiàn)時(shí)鐘頻率時(shí)鐘頻率每秒每秒傳輸次數(shù)傳輸次數(shù)最大最大傳輸速率傳輸速率DDR2-400PC2-3200100MHz200MHz400MT3.2 GB/sDDR3-800PC3-6400400MHz800MT6.4 GB/sDDR2-533PC2-4200133MHz266MHz533MT4.2 GB/sDDR3-1066PC3-8500533MHz1066MT8.5 GB/sDDR2-667PC2-5300166MHz333MHz667MT5.3 GB/sDDR3-1333PC3-10600666M

19、Hz1333MT10.6 GB/sDDR2-800PC2-6400200MHz400MHz800MT6.4 GB/sDDR3-1600PC3-12800800MHz1600MT12.8 GB/sDDR3-1866PC3-14900233MHz933MHz1866MT15GBDDR3-2000PC3-16000250MHz1000MHz2000MT16GBDDR3-2133PC3-17000266MHz1066MHz2133MT17GB202.3 PC主機(jī)的組成主機(jī)的組成存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)器與CPU速度差距愈來(lái)愈大速度差距愈來(lái)愈大nDRAM, 硬盤(pán)與硬盤(pán)與CPU 之間的速度差距愈來(lái)愈大：之間的速度差距

20、愈來(lái)愈大：?jiǎn)栴}：由于問(wèn)題：由于CPU工工作速度很快，內(nèi)存作速度很快，內(nèi)存速度比較慢（差速度比較慢（差12個(gè)數(shù)量級(jí)），個(gè)數(shù)量級(jí)），從內(nèi)存取數(shù)或向內(nèi)從內(nèi)存取數(shù)或向內(nèi)存寫(xiě)數(shù)時(shí)，存寫(xiě)數(shù)時(shí)，CPU往往往需要等待往需要等待212.3 PC主機(jī)的組成主機(jī)的組成解決方案解決方案高速緩存高速緩存(cache)ncache是一種小容量高速緩沖存是一種小容量高速緩沖存儲(chǔ)器，它由儲(chǔ)器，它由SRAM組成組成ncache直接制作在直接制作在CPU芯片內(nèi)，芯片內(nèi)，速度幾乎與速度幾乎與CPU一樣快一樣快n程序運(yùn)行時(shí)，程序運(yùn)行時(shí)，CPU使用的一部分使用的一部分?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)據(jù)/指令會(huì)預(yù)先成批復(fù)制在指令會(huì)預(yù)先成批復(fù)制在cache中，中，

21、cache的內(nèi)容是主存的內(nèi)容是主存儲(chǔ)器中部分內(nèi)容的映象儲(chǔ)器中部分內(nèi)容的映象n當(dāng)當(dāng)CPU需要從內(nèi)存讀需要從內(nèi)存讀(寫(xiě)寫(xiě))數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)或指令時(shí)，先檢查指令時(shí)，先檢查cache中有沒(méi)有，中有沒(méi)有，若有，就直接從若有，就直接從cache中讀取，中讀取，而不用訪(fǎng)問(wèn)主存儲(chǔ)器而不用訪(fǎng)問(wèn)主存儲(chǔ)器012345678910111213141589143444101010主存中的部分信息復(fù)主存中的部分信息復(fù)制在制在cache存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)器中cache主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器CPUCPU芯片芯片222.3 PC主機(jī)的組成主機(jī)的組成教學(xué)參考：教學(xué)參考： 如何提高如何提高cache的命中率？的命中率？n增大增大cache容量容量n

22、采用多級(jí)采用多級(jí)cache技術(shù)技術(shù)(2級(jí)或級(jí)或3級(jí)等級(jí)等)ncache中采用快速的查找算法，判定是否命中中采用快速的查找算法，判定是否命中n不能命中時(shí)，采用有效的算法將讀入的內(nèi)容替換不能命中時(shí)，采用有效的算法將讀入的內(nèi)容替換cache中暫時(shí)不使用的內(nèi)容中暫時(shí)不使用的內(nèi)容n編譯器優(yōu)化目標(biāo)程序編譯器優(yōu)化目標(biāo)程序n程序員寫(xiě)出程序員寫(xiě)出cache-friendly的程序的程序232.3 PC主機(jī)的組成主機(jī)的組成小結(jié)：計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)小結(jié)：計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)cache存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器(RAM和和ROM)外存儲(chǔ)器（軟盤(pán)、硬盤(pán)、光盤(pán)）外存儲(chǔ)器（軟盤(pán)、硬盤(pán)、光盤(pán)）后備存儲(chǔ)器（磁帶庫(kù)、光盤(pán)

23、庫(kù)）后備存儲(chǔ)器（磁帶庫(kù)、光盤(pán)庫(kù)）內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器寄存器寄存器典型容量典型容量1KB幾個(gè)幾個(gè)MB幾個(gè)幾個(gè)GB100GB-1TB10TB-100TB典型存取時(shí)間典型存取時(shí)間1 ns2 ns10 ns10 ms10 s 分析：速度越快，成本較高。分析：速度越快，成本較高。 為了獲得好的為了獲得好的性能性能/價(jià)格比價(jià)格比，計(jì)算機(jī)中各，計(jì)算機(jī)中各種存儲(chǔ)器組成一個(gè)層狀的塔式結(jié)構(gòu)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，協(xié)調(diào)工作種存儲(chǔ)器組成一個(gè)層狀的塔式結(jié)構(gòu)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，協(xié)調(diào)工作 工作過(guò)程：工作過(guò)程：1）CPU運(yùn)行時(shí)，需要的操作數(shù)大部分來(lái)自寄存器運(yùn)行時(shí)，需要的操作數(shù)大部分來(lái)自寄存器2）如需要從）如需要從(向向)存儲(chǔ)器中取存

24、儲(chǔ)器中取(存存) 數(shù)據(jù)時(shí)，先訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)時(shí)，先訪(fǎng)問(wèn)cache，如在，取自，如在，取自cache3）如操作數(shù)不在）如操作數(shù)不在cache，則訪(fǎng)問(wèn)，則訪(fǎng)問(wèn)RAM，如在，如在RAM中，則取自中，則取自RAM4）如操作數(shù)不在）如操作數(shù)不在RAM，則訪(fǎng)問(wèn)硬盤(pán)，操作數(shù)從硬盤(pán)中讀出，則訪(fǎng)問(wèn)硬盤(pán)，操作數(shù)從硬盤(pán)中讀出RAM cache242.3 PC主機(jī)的組成主機(jī)的組成2.3.3 I/O控制與控制與I/O接口接口252.3 PC主機(jī)的組成主機(jī)的組成n 輸入的任務(wù)：輸入的任務(wù)：n將輸入設(shè)備輸入的信息送到內(nèi)存儲(chǔ)器的指定區(qū)域?qū)⑤斎朐O(shè)備輸入的信息送到內(nèi)存儲(chǔ)器的指定區(qū)域n 輸出的任務(wù)：輸出的任務(wù)：n將內(nèi)存儲(chǔ)器指定區(qū)域的內(nèi)容送

25、出到輸出設(shè)備將內(nèi)存儲(chǔ)器指定區(qū)域的內(nèi)容送出到輸出設(shè)備 （I/O操作也包括外存與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸）操作也包括外存與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸）n I/O操作的特點(diǎn)：操作的特點(diǎn)：nI/O操作與操作與CPU的運(yùn)算可同時(shí)進(jìn)行的運(yùn)算可同時(shí)進(jìn)行n多個(gè)多個(gè)I/O設(shè)備的操作也可同時(shí)進(jìn)行工作設(shè)備的操作也可同時(shí)進(jìn)行工作n每類(lèi)每類(lèi)I/O設(shè)備都有各自的控制器，它們按照設(shè)備都有各自的控制器，它們按照CPU的的I/O操作命令，操作命令，獨(dú)立地控制獨(dú)立地控制I/O操作的全過(guò)程！操作的全過(guò)程！ I/O操作的任務(wù)與特點(diǎn)操作的任務(wù)與特點(diǎn)262.3 PC主機(jī)的組成主機(jī)的組成 關(guān)于計(jì)算機(jī)中的總線(xiàn)關(guān)于計(jì)算機(jī)中的總線(xiàn)n總線(xiàn)的定義：總線(xiàn)的定義：n

26、用于在用于在CPU、內(nèi)存、外存和各種輸入輸出設(shè)備之間傳輸信息的一個(gè)共內(nèi)存、外存和各種輸入輸出設(shè)備之間傳輸信息的一個(gè)共享的信息傳輸通路及其控制部件。享的信息傳輸通路及其控制部件。n總線(xiàn)的特點(diǎn)：總線(xiàn)的特點(diǎn)：1 共享共享 ； 2 高速高速 n總線(xiàn)的參數(shù)：數(shù)據(jù)通路寬度；總線(xiàn)工作頻率；每秒傳輸次數(shù)總線(xiàn)的參數(shù)：數(shù)據(jù)通路寬度；總線(xiàn)工作頻率；每秒傳輸次數(shù)總線(xiàn)帶寬總線(xiàn)帶寬(最高傳輸速率最高傳輸速率)(數(shù)據(jù)通路寬度數(shù)據(jù)通路寬度/8) x 總線(xiàn)工作頻率總線(xiàn)工作頻率 x 傳輸次數(shù)傳輸次數(shù)n總線(xiàn)的類(lèi)型：總線(xiàn)的類(lèi)型：nCPU總線(xiàn)（前端總線(xiàn)總線(xiàn)（前端總線(xiàn)FSB）n存儲(chǔ)器總線(xiàn)存儲(chǔ)器總線(xiàn)nI/O總線(xiàn)（總線(xiàn)（ 目前使用的是目前使

27、用的是PCI 和和PCI-E 兩種）兩種）對(duì)應(yīng)主板上的兩種擴(kuò)充插槽：對(duì)應(yīng)主板上的兩種擴(kuò)充插槽： PCI插槽插槽 PCI-E插槽插槽272.3 PC主機(jī)的組成主機(jī)的組成PCI 和和 PCI-E 擴(kuò)充卡插槽擴(kuò)充卡插槽各種各種I/O插口插口PCI插槽插槽工作頻率工作頻率:33MHz，數(shù)據(jù)線(xiàn)數(shù)據(jù)線(xiàn):32位位傳輸速率傳輸速率:133MB/s PCI-E x1插槽插槽1個(gè)串行傳輸個(gè)串行傳輸通道；通道； 最高傳輸速率最高傳輸速率:250MB/s 顯卡插槽顯卡插槽 (PCI-E x16)16個(gè)串行傳輸通道；個(gè)串行傳輸通道； 最高傳輸速率最高傳輸速率:5GB/s 282.3 PC主機(jī)的組成主機(jī)的組成教學(xué)參考：教

28、學(xué)參考： 什么是什么是PCI-E？n由英特爾提出，原名為由英特爾提出，原名為“3GIO” ，改名為，改名為“PCI-Express” （PCI-E 或或 PCIe）。目標(biāo)是全面取代現(xiàn)行的）。目標(biāo)是全面取代現(xiàn)行的PCI和和AGP，實(shí)現(xiàn)總線(xiàn)接口的統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)總線(xiàn)接口的統(tǒng)一n采用高速串行傳輸，以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式與主機(jī)進(jìn)行通信采用高速串行傳輸，以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式與主機(jī)進(jìn)行通信292.3 PC主機(jī)的組成主機(jī)的組成教學(xué)參考：教學(xué)參考： PCI-E的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)n傳輸速率高：傳輸速率高： x1速率可達(dá)速率可達(dá)250MB/s， x16速率可達(dá)速率可達(dá)5GB/s（2.0版速率提高為版速率提高為2倍倍, 3.0版為版為4倍）

29、倍）n適應(yīng)性好：包括適應(yīng)性好：包括x1、x4、x8 及及x16多個(gè)類(lèi)型多個(gè)類(lèi)型302.3 PC主機(jī)的組成主機(jī)的組成關(guān)于關(guān)于I/O接口接口nI/O接口：接口：I/O設(shè)備與主機(jī)之間的連接器設(shè)備與主機(jī)之間的連接器包括：插頭包括：插頭/插座的形式、通訊規(guī)程和電器特性等插座的形式、通訊規(guī)程和電器特性等n分類(lèi)：分類(lèi)：n從數(shù)據(jù)傳輸方式來(lái)分：從數(shù)據(jù)傳輸方式來(lái)分：n串行（一次只傳輸串行（一次只傳輸1位）位）n并行（多位一起進(jìn)行傳輸）并行（多位一起進(jìn)行傳輸）n從是否能連接多個(gè)設(shè)備來(lái)分：從是否能連接多個(gè)設(shè)備來(lái)分：n總線(xiàn)式（可連接多個(gè)設(shè)備）總線(xiàn)式（可連接多個(gè)設(shè)備）n獨(dú)占式（只能連接獨(dú)占式（只能連接1個(gè)設(shè)備）個(gè)設(shè)備）n

30、從是否符合標(biāo)準(zhǔn)來(lái)分：從是否符合標(biāo)準(zhǔn)來(lái)分：n標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn)接口 （通用接口）（通用接口）n專(zhuān)用接口專(zhuān)用接口 （專(zhuān)用接口）（專(zhuān)用接口）312.3 PC主機(jī)的組成主機(jī)的組成臺(tái)式臺(tái)式PC機(jī)箱背部的機(jī)箱背部的I/O設(shè)備接口設(shè)備接口顯示器顯示器接口接口(3種種)麥克風(fēng)麥克風(fēng)音音 箱箱鍵盤(pán)接口鍵盤(pán)接口HDMI接口接口USB接口接口以太網(wǎng)以太網(wǎng)RJ-45接口接口鼠標(biāo)器鼠標(biāo)器接口接口數(shù)字音頻接口數(shù)字音頻接口(同軸電纜接口同軸電纜接口) 數(shù)字音頻接口數(shù)字音頻接口（光纖接口）（光纖接口） e-SATA接口接口322.3 PC主機(jī)的組成主機(jī)的組成常用的常用的I/O接口及其性能參數(shù)接口及其性能參數(shù)名名 稱(chēng)稱(chēng)傳輸方式傳輸方

31、式數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率插頭插頭/插座形式插座形式連接設(shè)備數(shù)目連接設(shè)備數(shù)目連接的設(shè)備連接的設(shè)備PS/2接口接口串行串行,雙向雙向低速低速圓形圓形6針針1鼠標(biāo)器，鍵盤(pán)鼠標(biāo)器，鍵盤(pán)USB(2.0)串行串行,雙向雙向60MB/s（高速）（高速）矩形矩形4線(xiàn)線(xiàn)最多最多127幾乎所有外圍設(shè)備幾乎所有外圍設(shè)備USB(3.0)串行串行,雙向雙向400MB/s（超高速）（超高速）矩形矩形8線(xiàn)線(xiàn)最多最多127幾乎所有外圍設(shè)備幾乎所有外圍設(shè)備IEEE 1394串行串行,雙向雙向12.5,25,50MB/s100MB/s矩形矩形6線(xiàn)線(xiàn)最多最多63數(shù)字視頻設(shè)備數(shù)字視頻設(shè)備,光驅(qū)，光驅(qū)，硬盤(pán)硬盤(pán)ATA并行并行,雙向雙

32、向66,100,133MB/s(E-IDE)40/80線(xiàn)線(xiàn)14硬盤(pán)，光驅(qū)，軟驅(qū)硬盤(pán)，光驅(qū)，軟驅(qū)SATA(串行串行ATA)串行串行,雙向雙向150、300、600MB/s7針插頭針插頭/插座插座1硬盤(pán)，光盤(pán)硬盤(pán)，光盤(pán)eSATA串行串行,雙向雙向300MB/s連接線(xiàn)最長(zhǎng)連接線(xiàn)最長(zhǎng)2m1外置的外置的SATA接口，連接口，連接移動(dòng)硬盤(pán)接移動(dòng)硬盤(pán)顯示器接口顯示器接口VGA并行并行,單向單向200500MB/sHDB151顯示器顯示器顯示器接口顯示器接口DVI并行并行,單向單向3.7/ 7.6 Gbit/s24針插座針插座1顯示器顯示器高清晰多媒體接高清晰多媒體接口口HDMI并行并行,單向單向10.2 G

33、bps19針插座針插座1顯示器、電視機(jī)顯示器、電視機(jī)332.3 PC主機(jī)的組成主機(jī)的組成關(guān)于關(guān)于USB接口接口n通用串行總線(xiàn)式接口通用串行總線(xiàn)式接口（Universal Serial Bus ）n高速、可連接多個(gè)設(shè)備、串行傳輸高速、可連接多個(gè)設(shè)備、串行傳輸n傳輸速率：傳輸速率：nUSB的的1.1版：版：1.5 Mb/s和和12 Mb/snUSB2.0版：最高達(dá)版：最高達(dá) 480Mb/s（60MB/s）nUSB3.0版：最高達(dá)版：最高達(dá) 3.2Gbps（400MB/s）nUSB2.0使用使用4線(xiàn)連接器，體積小，符合即插即用規(guī)范（線(xiàn)連接器，體積小，符合即插即用規(guī)范（Plug & Play,

34、即即PnP）n使用使用“USB集線(xiàn)器集線(xiàn)器” 擴(kuò)展機(jī)器的擴(kuò)展機(jī)器的USB接口，最多連接接口，最多連接127個(gè)設(shè)個(gè)設(shè)備備n可通過(guò)可通過(guò)USB接口由主機(jī)向外設(shè)提供電源接口由主機(jī)向外設(shè)提供電源(5V，100500 mA) USB標(biāo)識(shí)標(biāo)識(shí)USB 3.0342.3 PC主機(jī)的組成主機(jī)的組成USB接口的接口的3種類(lèi)型種類(lèi)型接口類(lèi)型接口類(lèi)型A,通常通常在在PC上出現(xiàn)上出現(xiàn)接口類(lèi)型接口類(lèi)型B,通常在通常在USB設(shè)備上出現(xiàn)設(shè)備上出現(xiàn)Mini-USB,數(shù)碼數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng)硬盤(pán)相機(jī)、移動(dòng)硬盤(pán)等設(shè)備經(jīng)常使用等設(shè)備經(jīng)常使用USB集線(xiàn)器集線(xiàn)器, 可擴(kuò)展可擴(kuò)展PC機(jī)的機(jī)的USB接口接口黑黑地地GND4綠綠數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)DATA3白

35、白數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)DATA2紅紅電源電源VCC1導(dǎo)線(xiàn)顏色導(dǎo)線(xiàn)顏色名名 稱(chēng)稱(chēng)信信 號(hào)號(hào)引引 腳腳352.3 PC主機(jī)的組成主機(jī)的組成小結(jié)小結(jié)1： I/O總線(xiàn)總線(xiàn),I/O控制器控制器,I/O接口與接口與I/O設(shè)備的關(guān)系設(shè)備的關(guān)系nI/O設(shè)備通常都是物理上相互獨(dú)立的設(shè)備，它們一般通過(guò)設(shè)備通常都是物理上相互獨(dú)立的設(shè)備，它們一般通過(guò)I/O接接口與口與I/O控制器控制器(或或I/O總線(xiàn)總線(xiàn))連接連接nI/O控制器通過(guò)擴(kuò)展卡或者南橋芯片與控制器通過(guò)擴(kuò)展卡或者南橋芯片與I/O總線(xiàn)連接總線(xiàn)連接nI/O總線(xiàn)經(jīng)過(guò)北橋芯片與內(nèi)存、總線(xiàn)經(jīng)過(guò)北橋芯片與內(nèi)存、CPU連接連接打印機(jī)打印機(jī)掃描儀掃描儀顯示器顯示器麥克風(fēng)麥克風(fēng)網(wǎng)線(xiàn)網(wǎng)線(xiàn)I

36、/O總線(xiàn)總線(xiàn)I/O接口接口硬盤(pán)硬盤(pán)光驅(qū)光驅(qū)I/O設(shè)備設(shè)備CPU主板主板I/O設(shè)備設(shè)備I/O控制器控制器（擴(kuò)充卡）（擴(kuò)充卡）機(jī)箱機(jī)箱插座插座板卡板卡插座插座I/O控制器控制器PCI插槽插槽內(nèi)存內(nèi)存主主板板插插槽槽機(jī)機(jī) 箱箱芯片組芯片組IDE接口接口機(jī)箱機(jī)箱插座插座I/O設(shè)備設(shè)備鍵盤(pán)鍵盤(pán)鼠標(biāo)器鼠標(biāo)器362.3 PC主機(jī)的組成主機(jī)的組成小結(jié)小結(jié)2： I/O總線(xiàn)總線(xiàn),I/O控制器控制器,I/O接口與接口與I/O設(shè)備的關(guān)系設(shè)備的關(guān)系yALU寄存器組寄存器組CPU總線(xiàn)接口總線(xiàn)接口R6CPU(前端前端)總線(xiàn)總線(xiàn)I/O 總線(xiàn)總線(xiàn)主板擴(kuò)展槽主板擴(kuò)展槽PCI接口接口南橋芯片南橋芯片I/O 總線(xiàn)總線(xiàn)磁盤(pán)控制器磁盤(pán)控制器以太網(wǎng)卡以太網(wǎng)卡USB控制器和接口控制器和接口鼠標(biāo)器鼠標(biāo)器鍵盤(pán)鍵盤(pán)網(wǎng)線(xiàn)網(wǎng)線(xiàn)disk聲卡聲卡視頻卡視頻卡光驅(qū)光驅(qū)主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器0A北橋芯片北橋芯片y存儲(chǔ)器總線(xiàn)存儲(chǔ)器總線(xiàn)顯卡372.3 PC主機(jī)的組成主機(jī)的組成附附 錄錄382.3 PC主機(jī)的組成主機(jī)的組成SRAM的存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)單元6管靜態(tài)管靜態(tài)NMOS存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元讀出時(shí)：讀出時(shí)： - 置置2個(gè)位線(xiàn)為高電平個(gè)位線(xiàn)為高電平 - 置字線(xiàn)為置字線(xiàn)為1 - 根據(jù)存儲(chǔ)單元的狀態(tài)根據(jù)存儲(chǔ)單元的狀態(tài)改變位線(xiàn)的輸出電平改變位線(xiàn)的輸出電平寫(xiě)入時(shí)：寫(xiě)入時(shí)： - 位線(xiàn)上是被寫(xiě)入的二位線(xiàn)上是被寫(xiě)入的二進(jìn)位信息進(jìn)位信息0