第2章2.3PC主機(jī)的組成

2.3PC主機(jī)的組成2.3.1

主板、芯片組與BIOS2.3.2內(nèi)存儲器2.3.3

I/O總線和I/O接口臺式PC的物理組成臺式機(jī)臺式PC主機(jī)外部設(shè)備機(jī)箱、電源主板CPU內(nèi)存條顯示卡芯片組BIOSROMCMOSPCI插槽(I/O總線)網(wǎng)卡輸入設(shè)備外存儲器鍵盤鼠標(biāo)器麥克風(fēng)攝像頭輸出設(shè)備U盤、移動硬盤顯示器打印機(jī)音箱/耳機(jī)聲卡插頭和插座(I/O接口)硬盤、軟驅(qū)光盤驅(qū)動器1音箱5CPU2調(diào)制解調(diào)器6鍵盤3麥克風(fēng)7鼠標(biāo)器4內(nèi)存條8CD驅(qū)動器9軟驅(qū)10硬盤驅(qū)動器11打印機(jī)12I/O接口13CRT顯示器14擴(kuò)展卡主板2.3.1

主板、芯片組與BIOS臺式PC機(jī)(立式)的主機(jī)箱擴(kuò)展空間(1)主板主板的作用：安裝所有的電子器件、電路與連接件ROMBIOS：存放最基礎(chǔ)的軟件——基本輸入/輸出系統(tǒng)(BIOS)CMOS存儲器：存放硬件配置信息和系統(tǒng)基本參數(shù)（日期、時間、口令等）存儲器插槽處理器插座

I/O設(shè)備插口光驅(qū)及硬盤連接器電源連接器擴(kuò)充卡插槽(PCI)CPU插座北橋芯片南橋芯片

BIOSROMCMOS存儲器擴(kuò)充卡插槽(PCI-Ex1)顯示卡插槽(PCI-Ex16)例：華碩P8B75-VCorei7/i5/i3獨(dú)立顯卡PCI插槽(3個)最大容量32GB(5個)PCI-Ex1插槽(2個)音頻端口PS/2接口(4個)安裝了CPU和內(nèi)存條的主板(2)芯片組的作用芯片組是PC機(jī)各組成部分相互連接和通信的樞紐北橋芯片：1.存儲器控制功能；2.連接CPU、存儲器、顯卡、南橋芯片的樞紐南橋芯片：1.多種I/O設(shè)備的控制功能；2.I/O總線(PCI總線)功能；3.提供了各種I/O接口CPU芯片CPU前端總線北橋MCH圖形卡接口雙通道南橋ICH5USB2.0接口(x8)以太網(wǎng)接口PCI插槽(≤6個)ROMBIOS硬盤接口(x2)音頻CodecSuperI/O鍵盤,鼠標(biāo),軟驅(qū),并口,串口等電話ModemDDR2電源管理、時鐘生成DDR2存儲器關(guān)于芯片組的一些說明芯片組與CPU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由于集成電路集成度越來越高，為降低系統(tǒng)成本，芯片組中集成了越來越多的功能，包括網(wǎng)卡、顯卡、聲卡等功能由于CPU芯片越來越復(fù)雜，功能越來強(qiáng)大（如Corei3/i5/i7），有些已將北橋芯片的存儲器控制器和圖形控制器功能集成在CPU芯片之中，因此主板上北橋芯片已經(jīng)消失，只需一塊南橋芯片即可。單芯片的芯片組DDR3內(nèi)存條DDR3內(nèi)存條6xSATA；eSATAIntel硬盤陣列技術(shù)IntelME固件與BIOS支持PCI-E3.0x16顯卡PCI-E3.0x8顯卡PCI-E3.0x8顯卡8xPCI-E2.0x1

Intel集成以太網(wǎng)10/100/1000千兆以太網(wǎng)連接IntelCorei7處理器PCHZ77高速芯片組16GB/s8GB/s8GB/s或1GB/s(每個)16GB/s16GB/sDMI2.06Gb/s支持3個顯示器10xUSB2.04xUSB3.0Intel高清晰音頻PCI-Ex1SMbusFDI(3)BIOS什么是BIOS（BasicInput/OutputSystem）？中文名為“基本輸入/輸出系統(tǒng)”，它是存放在主板上只讀存儲器（ROM）芯片中的一組機(jī)器語言程序功能：診斷計(jì)算機(jī)故障啟動計(jì)算機(jī)工作控制基本外設(shè)的輸入輸出操作(鍵盤、鼠標(biāo)、磁盤讀寫、屏幕顯示等)BIOS芯片保存BIOS的只讀存儲器(ROM)芯片BIOS芯片中包含的程序加電自檢程序程序（POST）

(PowerOnSelfTest)用于檢測計(jì)算機(jī)硬件故障系統(tǒng)自舉程序（Boot）啟動計(jì)算機(jī)工作，加載并進(jìn)入操作系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)CMOS設(shè)置程序設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)：日期、時間、口令、配置參數(shù)等常用外部設(shè)備的驅(qū)動程序（Driver）實(shí)現(xiàn)對鍵盤、顯示器、軟驅(qū)和硬盤等常用外部設(shè)備輸入輸出操作的控制2.3.2內(nèi)存儲器復(fù)習(xí)：內(nèi)存與外存的關(guān)系及比較內(nèi)存儲器(簡稱內(nèi)存或主存)存取速度快成本高、容量相對較小直接與CPU連接，CPU(指令)可以對內(nèi)存中的指令及數(shù)據(jù)進(jìn)行讀、寫操作屬于揮發(fā)性存儲器(volatile)，用于臨時存放正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)內(nèi)存儲器外存儲器CPU指令1指令2指令k指令n程序數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)m數(shù)據(jù)①任務(wù)啟動時，執(zhí)行該任務(wù)的程序和數(shù)據(jù)將從外存成批傳送到內(nèi)存②CPU從內(nèi)存中逐條讀取該程序的指令及相關(guān)的數(shù)據(jù)④將指令的運(yùn)算處理結(jié)果送回內(nèi)存保存⑤任務(wù)完成后，將處理得到的全部結(jié)果成批傳送到外存以長久保存③逐條執(zhí)行指令，按指令要求完成對數(shù)據(jù)的運(yùn)算和處理外存儲器(簡稱外存或輔存)存取速度慢成本低、容量很大不與CPU直接連接，計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序時，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CPU使用。屬于不揮發(fā)性存儲器(Nonvolatile)，用于長久存放系統(tǒng)中幾乎所有的信息內(nèi)存儲器的分類及應(yīng)用內(nèi)存由半導(dǎo)體存儲器芯片組成，芯片有多種類型：半導(dǎo)體存儲器只讀存儲器(ROM)隨機(jī)存取存儲器(RAM)靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器SRAM動態(tài)隨機(jī)存取存儲器DRAM不可在線改寫內(nèi)容的ROM快擦除存儲器（FlashROM）（用作Cache存儲器）

（用作主存儲器）每個存儲單元(cell)由6個晶體管組成只要加上電，信息就能一直保持對電器干擾相對不很敏感比DRAM更快，也更貴每個存儲單元由1個電容和1個晶體管組成.每10-100ms必須刷新一次對電器干擾比較敏感比SRAM慢，但便宜（用作BIOS存儲器）(顯卡、U盤、存儲卡)主存儲器(RAM)的功能與原理主存是CPU可直接訪問的存儲器，用于存放供CPU處理的指令和數(shù)據(jù)特點(diǎn)：以字節(jié)為單位進(jìn)行連續(xù)編址，每個存儲單元為1個字節(jié)（8個二進(jìn)位）存儲容量：主存儲器中所包含的存儲單元的總數(shù)（單位：MB或GB）存取時間：從CPU送出內(nèi)存單元的地址碼開始，到主存讀出數(shù)據(jù)并送到CPU（或者是把CPU數(shù)據(jù)寫入主存）所需要的時間（單位：ns，1ns=10-9s）····· 0110100110101010存儲內(nèi)容00001000000001000011001001111011111·······存儲單元地址地址碼存儲單元地址寄存器地址譯碼器地址線讀寫控制電路數(shù)據(jù)線控制線讀/寫的數(shù)據(jù)讀/寫控制信號(64位)(36位)PC機(jī)主存儲器的物理結(jié)構(gòu)主存儲器由1～4個內(nèi)存條組成內(nèi)存條的組成：把若干片DRAM芯片焊裝在一小條印制電路板上制成內(nèi)存條必須插在主板上的內(nèi)存條插槽中才能使用目前流行的是DDR2和DDR3內(nèi)存條：均采用雙列直插式，其觸點(diǎn)分布在內(nèi)存條的兩面DDR2和DDR3均有240個引腳，但不可互換使用PC機(jī)主板中一般都配備有2個或4個內(nèi)存條插槽

4個內(nèi)存條插槽存儲器與CPU速度差距愈來愈大DRAM,硬盤與CPU之間的速度差距愈來愈大：問題：由于CPU工作速度很快，內(nèi)存速度比較慢（差1～2個數(shù)量級），從內(nèi)存取數(shù)或向內(nèi)存寫數(shù)時，CPU往往需要等待解決方案——高速緩存(cache)cache是一種小容量高速緩沖存儲器，它由SRAM組成cache直接制作在CPU芯片內(nèi)，速度幾乎與CPU一樣快程序運(yùn)行時，CPU使用的一部分?jǐn)?shù)據(jù)/指令會預(yù)先成批復(fù)制在cache中，cache的內(nèi)容是主存儲器中部分內(nèi)容的映象當(dāng)CPU需要從內(nèi)存讀(寫)數(shù)據(jù)或指令時，先檢查cache中有沒有，若有，就直接從cache中讀取，而不用訪問主存儲器012345678910111213141589143444101010主存中的部分信息復(fù)制在cache存儲器中cache主存儲器CPUCPU芯片小結(jié)：計(jì)算機(jī)存儲器的層次結(jié)構(gòu)cache存儲器主存儲器(RAM和ROM)外存儲器（軟盤、硬盤、光盤）后備存儲器（磁帶庫、光盤庫）內(nèi)存儲器外存儲器寄存器典型容量<1KB幾個MB幾個GB100GB-1TB10TB-100TB典型存取時間1ns2ns10ns10ms10s分析：速度越快，成本較高。為了獲得好的性能/價格比，計(jì)算機(jī)中各種存儲器組成一個層狀的塔式結(jié)構(gòu)，取長補(bǔ)短，協(xié)調(diào)工作工作過程：1）CPU運(yùn)行時，需要的操作數(shù)大部分來自寄存器2）如需要從(向)存儲器中取(存)數(shù)據(jù)時，先訪問cache，如在，取自cache3）如操作數(shù)不在cache，則訪問RAM，如在RAM中，則取自RAM4）如操作數(shù)不在RAM，則訪問硬盤，操作數(shù)從硬盤中讀出→RAM→cache2.3.3

I/O控制與I/O接口輸入的任務(wù)：將輸入設(shè)備輸入的信息送到內(nèi)存儲器的指定區(qū)域輸出的任務(wù)：將內(nèi)存儲器指定區(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）I/O操作的特點(diǎn)：I/O操作與CPU的運(yùn)算可同時進(jìn)行多個I/O設(shè)備的操作也可同時進(jìn)行工作每類I/O設(shè)備都有各自的控制器，它們按照CPU的I/O操作命令，獨(dú)立地控制I/O操作的全過程！

I/O操作的任務(wù)與特點(diǎn)關(guān)于計(jì)算機(jī)中的總線總線的定義：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共享的信息傳輸通路及其控制部件?？偩€的特點(diǎn)：1共享；2高速總線的參數(shù)：數(shù)據(jù)通路寬度；總線工作頻率；每秒傳輸次數(shù)總線帶寬(最高傳輸速率)＝(數(shù)據(jù)通路寬度/8)x總線工作頻率x傳輸次數(shù)總線的類型：CPU總線（前端總線FSB）存儲器總線I/O總線（目前使用的是PCI和PCI-E兩種）對應(yīng)主板上的兩種擴(kuò)充插槽：

PCI插槽

PCI-E插槽PCI和PCI-E擴(kuò)充卡插槽各種I/O插口PCI插槽工作頻率:33MHz，數(shù)據(jù)線:32位傳輸速率:133MB/sPCI-Ex1插槽1個串行傳輸通道；最高傳輸速率:250MB/s顯卡插槽(PCI-Ex16)16個串行傳輸通道；最高傳輸速率:5GB/s關(guān)于I/O接口I/O接口：I/O設(shè)備與主機(jī)之間的連接器包括：插頭/插座的形式、通訊規(guī)程和電器特性等分類：從數(shù)據(jù)傳輸方式來分：串行（一次只傳輸1位）并行（多位一起進(jìn)行傳輸）從是否能連接多個設(shè)備來分：總線式（可連接多個設(shè)備）獨(dú)占式（只能連接1個設(shè)備）從是否符合標(biāo)準(zhǔn)來分：標(biāo)準(zhǔn)接口（通用接口）專用接口（專用接口）串行接口并行接口臺式PC機(jī)箱背部的I/O設(shè)備接口顯示器接口(3種)麥克風(fēng)音箱鍵盤接口HDMI接口USB接口以太網(wǎng)RJ-45接口鼠標(biāo)器接口數(shù)字音頻接口(同軸電纜接口)

數(shù)字音頻接口（光纖接口）

e-SATA接口常用的I/O接口及其性能參數(shù)名稱傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸速率插頭/插座形式連接設(shè)備數(shù)目連接的設(shè)備PS/2接口串行,雙向低速圓形6針1鼠標(biāo)器，鍵盤USB(2.0)串行,雙向60MB/s（高速）矩形4線最多127幾乎所有外圍設(shè)備USB(3.0)串行,雙向400MB/s（超高速）矩形8線最多127幾乎所有外圍設(shè)備IEEE1394串行,雙向12.5,25,50MB/s100MB/s矩形6線最多63數(shù)字視頻設(shè)備,光驅(qū)，硬盤ATA并行,雙向66,100,133MB/s(E-IDE)40/80線1~4硬盤，光驅(qū)，軟驅(qū)SATA(串行ATA)串行,雙向150、300、600MB/s7針插頭/插座1硬盤，光盤eSATA串行,雙向300MB/s連接線最長2m1外置的SATA接口，連接移動硬