計(jì)算機(jī)組裝與測(cè)試第1節(jié)

1、計(jì)算機(jī)組裝與測(cè)試1第一節(jié) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與性能測(cè)試本節(jié)主要內(nèi)容 整機(jī)原理 體系結(jié)構(gòu)（南北橋、QPI） CPU的性能指標(biāo)及特點(diǎn) 主板與芯片組 微機(jī)常用的維修方法21.1 微機(jī)系統(tǒng)概述 一、計(jì)算機(jī)的分類1、按規(guī)模分: （速度、字長(zhǎng)、主存容量） 巨型機(jī)(超級(jí)計(jì)算機(jī))、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)、 微機(jī)(單板機(jī)、單片機(jī))2、按用途分： 通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)（工控機(jī)）3、按特殊功能分： 容錯(cuò)計(jì)算機(jī)（服務(wù)器） 3日本的超級(jí)計(jì)算機(jī)“京”(K Computer)Linpack測(cè)試的最大計(jì)算性能達(dá)到每秒鐘1.051億億次浮點(diǎn)計(jì)算.8核心CPU 88128顆，主頻2.0GHz，二級(jí)緩存6MB, CPU之間帶寬5GB/S,

2、共864個(gè)機(jī)柜 。世界排名第一4“天河一號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一秒計(jì)算量，相當(dāng)于全國(guó)13億人連續(xù)計(jì)算88年5天河一號(hào)的硬件性能浮點(diǎn)運(yùn)算：峰值速度4700萬(wàn)億次 持續(xù)速度2566萬(wàn)億次。14336顆Intel Xeon X5670 2.93GHz六核心 CPU2048顆我國(guó)自主研發(fā)的八核飛騰FT-1000 CPU7168顆Nvidia Tesla M2050 GPU 圖形處理器98TB內(nèi)存，磁盤(pán) 2PB麒麟操作系統(tǒng)中國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心主任劉光明表示：如果沒(méi)有GPU，天河一號(hào)A的性能與效率幾乎是不可能實(shí)現(xiàn)的。6LInpack測(cè)試速度為1.75petaflop/s美國(guó)能源部下屬橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Cra

3、y“美洲豹” Cray XT5 “美洲豹”全球排名第三7CPU+GPU 計(jì)算架構(gòu)，Intel CPU 9280顆, NVIDIA GPU 4640顆。是國(guó)內(nèi)首臺(tái)實(shí)測(cè)性能超千萬(wàn)億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)，其每秒系統(tǒng)峰值達(dá)三千萬(wàn)億次（3PFlops），每秒實(shí)測(cè)Linpack值達(dá)1271萬(wàn)億次。曙光“星云”超級(jí)計(jì)算機(jī) 全球排名第四8“神威藍(lán)光”超級(jí)計(jì)算機(jī)：2011年9月，速度約1千萬(wàn)億次，由國(guó)產(chǎn)8704個(gè)申威1600微處理器構(gòu)成，每處理器由16個(gè)64位核心組成，頻率為0.975Ghz-1.2Ghz。主存儲(chǔ)器容量150TB， 液冷系統(tǒng)，能耗僅1.074兆瓦。而天河的功耗約為4兆瓦，美洲虎約為7兆瓦。神威藍(lán)光9超

4、級(jí)計(jì)算機(jī) TOP10 / TOP500TOP 10: 美國(guó)5臺(tái)，中國(guó)2臺(tái)，日本2臺(tái)，法國(guó)1臺(tái)TOP500 ： 處 理 器：Intel 406 ，AMD 49 ， IBM 42 操作系統(tǒng)：Linux 455，Unix22，windos 5數(shù)據(jù)庫(kù)檢索 廠 家：IBM 42%，惠普 31% 國(guó) 家：美國(guó)263 中國(guó)74 德國(guó)30 英國(guó)27 日本26 法國(guó)25 俄羅斯11 102011年10月TIOBE公布編程語(yǔ)言排行榜11二、微機(jī)的分類1.按產(chǎn)品系列分3類 IBM PC及其兼容機(jī)系列 （占市場(chǎng)份額最大）市場(chǎng)份額97%98% MACINTOSH （蘋(píng)果機(jī)系列） PS/2 (IBM PC二代，占市場(chǎng)份額

5、最小)2.按規(guī)模分 臺(tái)式機(jī)、便攜機(jī)（筆記本電腦）、掌上型機(jī)等。3.按微處理器的發(fā)展 按CPU命名 IBM-PC（8088）、IBM PC/XT（8088）、80286、80386、80486、Pentium、P-Pro、P-MMX、P-、P-、P4（單核心）、Pentium D(雙核心)、Core 2 Duo12 其中： PC Personal Computer 個(gè)人計(jì)算機(jī) XT Extended Technology 擴(kuò)展技術(shù) AT Advanced Technology 高級(jí)技術(shù) IBM PC/XT：在IBM PC基礎(chǔ)上,給微機(jī)增加 了一塊10MB的硬盤(pán)。 IBM PC/AT: 80286

6、以后的微機(jī)統(tǒng)稱為AT 機(jī)，即 IMB PC/AT。 13三、幾個(gè)術(shù)語(yǔ) 1. 兼容 硬件兼容、 軟件兼容（向下兼容） 2. 原裝機(jī)、兼容機(jī) IBM PC-IBM兼容機(jī)（聯(lián)想、HP）- 組裝機(jī) 3. 開(kāi)發(fā)環(huán)境（平臺(tái)） 硬件環(huán)境、軟件環(huán)境 141.2 微機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 一、IBM PC/XT機(jī)的原理（地址，數(shù)據(jù)，控制3種總線）CPUNPU時(shí)鐘發(fā)生器總線控制器BUSDMA控制器中斷控制器ROMRAMI/O通道總線的延伸計(jì)數(shù)器并行口接口接口揚(yáng)聲器鍵盤(pán)系統(tǒng)配置開(kāi)關(guān)接口外設(shè)15接 口顯卡網(wǎng)卡聲卡16長(zhǎng)城0520計(jì)算機(jī) 8088CPU17APPLE 18二、 ISA總線的體系結(jié)構(gòu)（386微機(jī)）1980386AT

7、主板20三、PCI總線的體系結(jié)構(gòu)（P、P4）PCI總線 CPUCACHE控制器/PCI橋 內(nèi)存AGP（顯卡）圖形加速器CPU總線FSB64/128位內(nèi)存總線64位AGP 總線PCI|ISA/EISA橋ISA/EISA總線 設(shè)備PCI - PCI橋PCI總線設(shè)備 IDE 控制器 Ethernet 控制器 SCSI 控制器PCI-E總線21記住四、以南北橋芯片組為中心的架構(gòu)CPUNorth BridgeSouth BridgeAGP4X/8XAudioEthernetUSB2.0ATA/IDE內(nèi)存22232425Core 2 ATX 主板26FSB（前端總線）瓶頸 CPU與芯片組之間的FSB總線成

8、為系統(tǒng)瓶頸。 以1333MHz的FSB為例，所提供的帶寬是： 1333MHz64bit/8 = 10.67GB/s 其與雙通道的DDR2 667正好匹配。 如果使用雙通道的DDR2 800、DDR2 1066的內(nèi)存，這時(shí)候FSB的帶寬就小于內(nèi)存的帶寬。特別是DDR3內(nèi)存的帶寬可達(dá)32GB/s，F(xiàn)SB將無(wú)法提供支持，為此FSB必須被拋棄。27Hyper Transport(HT) 總線技術(shù)CPU與內(nèi)存?zhèn)鹘y(tǒng)數(shù)據(jù)交換形式：CPU-北橋-內(nèi)存 缺點(diǎn)：延遲比較大HT(超傳輸)技術(shù)：是AMD開(kāi)發(fā)的芯片之間點(diǎn)到點(diǎn)的總線傳輸技術(shù)。將原本集成在北橋里的內(nèi)存控制器集成到CPU內(nèi)部，大大縮短了內(nèi)存與CPU之間交換數(shù)

9、據(jù)的延遲。 HT1.0在雙向32bit模式的總線帶寬為12.8GB/s。 2004年推出的HT2.0 帶寬最高可達(dá)22.4GB/s。 最新的HT 3.0在2.6GHz頻率32bit位寬的下，可提供高達(dá)41.6GB/s的總線寬。28QPI，即Quick Path Interconnect，快速通道互聯(lián) ，是一種點(diǎn)到點(diǎn)連接技術(shù)。 在intel高端的安騰處理器系統(tǒng)中，QPI高速互聯(lián)方式使得CPU與CPU之間的峰值帶寬可達(dá)96GB/s，峰值內(nèi)存帶寬可達(dá)34GB/s。 數(shù)據(jù)傳輸延遲減少50%CPU性能因架構(gòu)的改變而比前代提升30%QPI 總線技術(shù)29QPI 架構(gòu)30集成內(nèi)存控制器31Core I7 架構(gòu)

10、AMD Phenom 架構(gòu)32Intel X58芯片組架構(gòu)33X58芯片組主板34351.3 微機(jī)及其發(fā)展 一. IBM PC、IBM PC/XT 1. 1981年8月-IBM PC微機(jī) 準(zhǔn)16位，主頻4.77MHz，20位地址線，尋址能力1MB，平均速度65萬(wàn)次/秒微機(jī)配置： 256-640KB內(nèi)存，360KB雙軟驅(qū)，8位PC總線 2. 1983年- IBM PC/XT 相比IBM PC增加了一個(gè)10MB硬盤(pán)，8位XT總線 363738二、80286微機(jī)1984年8月推出，屬IBM PC/AT（80286以上微機(jī)）16位，片內(nèi)集成了存儲(chǔ)管理和虛地址結(jié)構(gòu)。地址總線擴(kuò)展到24位，直接尋址16MB

11、。提供1GB虛地址空間。CPU有實(shí)地址、保護(hù)虛地址兩種運(yùn)行方式支持多任務(wù)，主頻最高為12MHz。80286微機(jī)配置 20MB硬盤(pán)，1.2MB軟驅(qū)，16位ISA標(biāo)準(zhǔn)總線39三、80386微機(jī)1. 80386DX 32位，32位地址線，物理尋址4GB，虛擬尋址64TB2. 微機(jī)配置 常見(jiàn)主頻33MHZ，1M-4M內(nèi)存，40M硬盤(pán)、1.44+1.2雙軟驅(qū)， 16位ISA標(biāo)準(zhǔn)總線3.分化：IBM PS/2 32位，與PC不兼容，MCA總線40四、80486微機(jī)1.微處理器- 1988年32位數(shù)據(jù)和地址線，片內(nèi)集成FPU， RISC技術(shù)，片內(nèi) 8KB cache，片外L2 128KB（系統(tǒng)性能提升70%

12、）芯片內(nèi)部設(shè)有時(shí)鐘倍頻器，從而降低了對(duì)外部輸入頻率的要求，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性 2.微機(jī)配置： 主頻常見(jiàn)為66/80MHZ，8-16MB內(nèi)存，420MB硬盤(pán)，（1.44MB+1.2MB）雙軟驅(qū)， 總線采用：ISA、VESA(VL)、PCI41五、Pentium微機(jī)1. Pentium 微處理器-1993年32位，超標(biāo)量（2）流水線，快速浮點(diǎn)單元，動(dòng)態(tài)分枝預(yù)測(cè)，獨(dú)立的指令cache和數(shù)據(jù)cache（降低了CACHE爭(zhēng)用），L1 16KBP-Pro(高能奔騰)1995年,L1 32KB,超標(biāo)量為3，同步捆綁式256KB L2 cache P-MMX(多能奔騰)1996年,改進(jìn)的分支預(yù)測(cè)和增強(qiáng)流水線技

13、術(shù)， L1 32KB, L2 cache 512KB2.微機(jī)配置 主頻常見(jiàn)為166/200MHZ，32-64MB內(nèi)存，2.1GB硬盤(pán)1.44MB單軟.4243六、Pentium-1997年1.Pentium 是P-Pro的改進(jìn)型，動(dòng)態(tài)控制技術(shù)，雙獨(dú)立總線結(jié)構(gòu)，32KB (16+16) L1 cache，捆綁式同步256KB L2 cache，SLOT插座，主頻300-450MHZ 以上特點(diǎn)使Pentium 比P-Pro快1倍左右。 2. Celeron(賽揚(yáng))- 1998年 主頻為266300MHz，無(wú)內(nèi)置L2 cache（整體性能下降近14）。改進(jìn)的Celeron在CPU內(nèi)部整合了128KB

14、的L2 cache，與CPU同頻工作，使CPU整數(shù)運(yùn)算能力大大提高。 44七、Pentium -2000年2月Ll cache（32+32）KB ，L2 cache 512KB45八、Pentium 4-2000年11月 Pentium 4 1.6GHZ L1 20KB，L2 256KBPentium 4 2.8GHz FSB 800MHZ,L1 20KB，L2 512KBPentium 4 3.2GHz FSB 800MHZ,L1 16KB，L2 1MBItanium 2 1.6 GHz ($4226) FSB 400MHZ L3 9MB46Pentium 4 CPU47九、Pentium

15、D -2005年5月 執(zhí)行單任務(wù)時(shí)，P-4和P-D沒(méi)多大區(qū)別；執(zhí)行多任務(wù)處理時(shí)，雙核P-D的效率是P-4的1.3倍左右。48十、 Core 2 Duo -2006年7月型號(hào)頻率L2緩存FSB價(jià)格($)E67002.66GHz4MB1066MHz530E66002.40GHz4MB1066MHz316E64002.13GHz2MB1066MHz224E63001.86GHz2MB1066MHz18349十一、 Core i7 處理器50Core i7 965比Core 2 QX965面積大 511.4 CPU的性能指標(biāo)1. CPU外頻：即CPU總線頻率，是由主板為CPU提供的基準(zhǔn) 時(shí)鐘頻率。2.

16、 主頻：即CPU的內(nèi)核的實(shí)際工作頻率。以前，CPU的主頻 與外頻相等。從486 DX2以后，主頻比外頻高， 主頻外頻 倍頻系數(shù)3. 前端總線(FSB)頻率（內(nèi)存總線速度）：是 CPU與內(nèi)存以及L2 Cache（僅指Socket 7主板）之間交換數(shù)據(jù)的工作時(shí)鐘。它實(shí)際也標(biāo)志著電腦的整體運(yùn)行速度。 521.4 CPU的性能指標(biāo)4.擴(kuò)展總線速度: 指微機(jī)系統(tǒng)中局部總線如VESA 或PCI總線接口卡的工作速度。5.工作電壓(Supply Voltage):CPU正常工作所需的電壓。 早期CPU的工作電壓一般為5V，隨著CPU主頻的提高，CPU工作電壓在逐步下降，以解決發(fā)熱過(guò)高的問(wèn)題。6. 地址總線寬度

17、:決定CPU可以訪問(wèn)的物理內(nèi)存的地址空間。對(duì)于486以上的微機(jī)系統(tǒng)，地址線的寬度為32位，即最大可直接訪問(wèn)4096 MB的物理空間。531.4 CPU的性能指標(biāo)7.數(shù)據(jù)總線寬度:決定了CPU與內(nèi)存以及輸入/輸出設(shè)備之間一 次數(shù)據(jù)傳輸?shù)男畔⒘俊?.內(nèi)置協(xié)處理器:協(xié)助CPU完成復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算（浮點(diǎn)運(yùn)算）。如：CAD、3DMAX等軟件就需要協(xié)處理器支持。9.超標(biāo)量:指在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)CPU可以執(zhí)行一條以上的指令。 Pentium級(jí)以上CPU均具有超標(biāo)量結(jié)構(gòu)；而486以下的 CPU屬于低標(biāo)量結(jié)構(gòu)。541.4 CPU的性能指標(biāo)10. L1、L2 Cache的容量和速率： L1、L2 Cache的容量和工

18、作速率對(duì)微機(jī)速度起關(guān) 鍵作用，L2 Cache主要提高運(yùn)行2D圖形處理較多的商業(yè)軟件速度有顯著作用。 11. 回寫(xiě)(Write Back)結(jié)構(gòu)的高速緩存它對(duì)讀和寫(xiě)操作均有效，速度較快。而采用寫(xiě)通(Write-through）結(jié)構(gòu)的高速緩存，僅對(duì)讀操作有效.12. 多核心55附1： CPU中的指令集1.INTEL 公司的MMX、SSE 、SSE2、SSE3MMX(multi-media extension)：多媒體擴(kuò)展指令集技術(shù)，采用SIMD(單指令多數(shù)據(jù)）技術(shù)，可對(duì)一條命令多個(gè)數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行處理。SSE(internet streaming SIMD extensions)：是MMX和3D No

19、w!相結(jié)合的產(chǎn)物，以增強(qiáng)三維和浮點(diǎn)運(yùn)算能力。 2.AMD公司的3D Now！支持SIMD側(cè)重于浮點(diǎn)運(yùn)算，主要針對(duì)三維建模、坐標(biāo)變換、效果渲染等三維應(yīng)用方面。 56附2：CPU連接方式 Socket Slot 如：E6300處理器，Socket 775接口，底部擁有 775個(gè)金屬觸點(diǎn) 57附3：CPU的主要技術(shù)術(shù)語(yǔ) 流水線技術(shù) 超標(biāo)量技術(shù) 亂序執(zhí)行技術(shù) 分枝預(yù)測(cè)和推測(cè)執(zhí)行技術(shù) 58附4：其它CPU廠商AMD、Cyrix59附5 CPU的超頻 方法: 超頻率1.在超頻的情況下，系統(tǒng)死機(jī)或發(fā)生錯(cuò)誤的可 能性會(huì)增加;2.超頻產(chǎn)生的高溫會(huì)使CPU降低壽命。 601.5 主板及其選購(gòu) 主板（Main Bo

20、ard），又稱系統(tǒng)板（System Board）、母板（Mother Board），它是微機(jī)的核心部件之一，其性能和質(zhì)量基本決定了整機(jī)的性能和質(zhì)量。 從應(yīng)用角度講，它比CPU更關(guān)鍵。61一、主板的結(jié)構(gòu)1. AT主板 1984年，IBM公布了PC-AT標(biāo)準(zhǔn) 主要用于Pentium及其以前計(jì)算機(jī) 存在問(wèn)題：主板上元器件布局的不合理性，影 響微機(jī)的擴(kuò)充能力和可靠性。 62一、主板的結(jié)構(gòu)2. ATX主板（AT eXtend） 1995年1月，Intel公布標(biāo)準(zhǔn) 主要優(yōu)點(diǎn)： -改變了CPU在主板上的位置，使其更有利于散熱。 CPU靠近電源，電源風(fēng)扇也可給CPU散熱。 -內(nèi)存插槽靠近主板中央，使其擴(kuò)充更容

21、易。 -主板集成了聲卡接口、串并口、PS2鼠標(biāo)和鍵盤(pán)接口。 -減少了主機(jī)內(nèi)部的電纜數(shù)目，提高了可靠性。 -改進(jìn)了電源，使其更節(jié)能，并提供3V電壓。 -提供Soft Power(軟電源開(kāi)關(guān))功能，即由主板控制電源開(kāi)關(guān)，這樣可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程喚醒和軟件自動(dòng)關(guān)機(jī)等功能 63一、主板的結(jié)構(gòu)3. BTX主板（聯(lián)想、DELL、HP原裝機(jī)廣泛使用） BTX (Balanced Technology Extended)即平衡技術(shù)延伸，是Intel設(shè)計(jì)的最新主板規(guī)范，以取代ATX主板規(guī)范。 Intel公布標(biāo)準(zhǔn) 主要特點(diǎn)： -窄板設(shè)計(jì)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更緊湊 。 -對(duì)主板的線路布局進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，散熱性能更好。（根據(jù)系統(tǒng)溫度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速） 。 -噪音比ATX低的多。 -主板安裝更方便。64BTX 主板65一、主板的結(jié)構(gòu)4. NLX主板 NLX（New Low P