微型计算机组成原理.doc

实实验验指指导导书书 2009 92009 9 目目 录录 第一章第一章 计算机的诞生及基本组成计算机的诞生及基本组成 第二章第二章 BIOS 基本输入输出系统 设置程序 基本输入输出系统 设置程序 第三章第三章 微机的组装微机的组装 第四章第四章 硬盘复制备份工具硬盘复制备份工具 Norton Ghost 第一章第一章 计算机的诞生及基本组成计算机的诞生及基本组成 第一节第一节 ENIACENIAC 世界上第一台电子计算机世界上第一台电子计算机 第一台电子计算机称为 ENIAC 电子数字积分计算机的简称 英文全称为 Electronic Numerical Integrator And Computer 它于 1946 年 2 月 15 日 在美国宣告诞生 研制电子计算机的想法产生于第二次世界大战进行期间 当时为了给美国 军械试验提供准确而及时的弹道火力表 迫切需要有一种高速的计算工具 因 此在美国军方的大力支持下 美国陆军军械部在马里兰州的阿伯丁设立了 弹 道研究实验室 世界上第一台电子计算机 ENIAC 于 1943 年开始研制 参加研 制工作的是以宾夕法尼亚大学莫尔电机工程学院的莫西利和埃克特为首的研制 小组 在研制中期 当时任弹道研究所顾问 正在参加美国第一颗原子弹研制 工作的数学家冯 诺依曼 v n weumann 美籍匈牙利人 带着原子弹研制过 程中遇到的大量计算问题 在研制过程中期加入了研制小组 他对计算机的许 多关键性问题的解决作出了重要贡献 给出了一个全新的程序存储的通用计算 机方案 EDVAC 从而保证了计算机的顺利问世 目前大部分计算机的设计思路 还是在这个基础之上 也就是所谓 冯 诺依曼计算机构架 ENIAC 采用电子管作为基本电子元件 足足有 18800 个电子管 而每个电子 管大约有一个普通家用 25 瓦灯泡那么大 这样 ENIAC 就有了 8 英尺高 约 2 44 米 3 英尺宽 100 英尺长 约用 48 米 的身躯 重达 30 吨 耗电 140 千瓦 ENIAC 这个庞然大物能每秒能进行 5000 次加法运算 据测算 人最快的运算速 度每秒仅 5 次加法运算 它还能进行平方和立方运算 计算正弦和余弦等三 角函数的值及其它一些更复杂的运算 虽然 ENIAC 体积庞大 耗电惊人 运算速度不过几千次 现在的超级计算 机的速度最快每秒运算达万亿次 但它比当时已有的计算装置要快 1000 倍 而且还有按事先编好的程序自动执行算术运算 逻辑运算和存储数据的功能 ENIAC 宣告了一个新时代的开始 从此科学计算的大门也被打开了 由于当时冯 诺依曼正参与原子弹的研制工作 他是带着原子弹研制过程 中遇到的大量计算问题加入到计算机的研制工作中来的 因此可以说 ENIAC 为世界上第一颗原子弹的诞生也出了不少力 自第一台计算机问世以后 越来越多的高性能计算机被研制出来 计算机 已从第一代发展到了第四代 目前正在向第五代 第六代智能化计算机发展 像最初制造出来的 ENIAC 一样 许多高性能的计算机总是在为尖端和常规武器 特别是核武器的研制服务 1 运算器运算器 运算器又称算术逻辑单元 Arithmetic Logic Unit 简称ALU 它是计算机对数据进行 加工处理的部件 包括算术运算 加 减 乘 除等 和逻辑运算 与 或 非 异或 比 较等 2 控制器控制器 控制器负责从存储器中取出指令 并对指令进行译码 根据指令的要求 按时间的先后 顺序 负责向其它各部件发出控制信号 保证各部件协调一致地工作 一步一步地完成各种 操作 控制器主要由指令寄存器 译码器 程序计数器 操作控制器等组成 硬件系统的核心是中央处理器 Central Processing Unit 简称 CPU 它主要由控 制器 运算器等组成 并采用大规模集成电路或超大规模集成电路工艺制成的芯片 又称 微处理器芯片 3 存储器存储器 存储器是计算机记忆或暂存数据的部件 计算机中的全部信息 包括原始的输入数据 经过初步加工的中间数据以及最后处理完成的有用信息都存放在存储器中 而且 指挥计算 机运行的各种程序 即规定对输入数据如何进行加工处理的一系列指令也都存放在存储器中 存储器分为内存储器 内存 和外存储器 外存 两种 4 输入设备输入设备 输入设备是给计算机输入信息的设备 它是重要的人机接口 负责将输入的信息 包括 数据和指令 转换成计算机能识别的二进制代码 送入存储器保存 5 输出设备输出设备 输出设备是输出计算机处理结果的设备 在大多数情况下 它将这些结果转换成便于人 们识别的形式 冯冯 诺依曼构架计算机示意图诺依曼构架计算机示意图 第二节 微型计算机系统的三个层次 第二节 微型计算机系统的三个层次 微处理器微处理器 微型计算机微型计算机 微型计算机系微型计算机系 统统 系统软件系统软件 应用软件应用软件 微处理器微处理器 存储器存储器 I OI O接口接口 总线总线 硬硬 件件 软软 件件 软 件 微微 型型 计算机计算机 系系 统统 微微 型型 计算机计算机 外外 设设 ALUALU 寄存器寄存器 控制部件控制部件 键盘 鼠标键盘 鼠标 显示器显示器 软驱 硬盘 光驱软驱 硬盘 光驱 打印机 扫描仪打印机 扫描仪 存存 储储 器器 I OI O 接接 口口 输输 入入 设设 备备 I OI O 接接 口口 数据总线数据总线 DBDB 控制总线控制总线 CBCB 地址总线地址总线 ABAB 输输 出出 设设 备备 CPUCPU 各部件通过总线连接 各部件通过总线连接 总线总线 连接多个功能部件的一组公共信号线连接多个功能部件的一组公共信号线 微型计算机的结构微型计算机的结构 地址总线地址总线 ABAB 用来传送 CPU 输出的地址信号 确定被访问的存储单元 I O 端 口 地址总线的条数决定微处理器的寻址能力 数据总线数据总线DB 用来在CPU与存储器 I O接口之间进行数据传送 数据总线的 条数决定微处理器一次最多可以传送的数据宽度 控制总线控制总线CB 用来传送各种控制信号 微型计算机主机的组成 由运算器 控制器 存储器 输入设备和输出设备五大部分组成 第三节第三节 微处理器微处理器 CPU 的发展和组成的发展和组成 1971年 1977年是微处理器发展的早期阶段 1971年 Intel 4004 是世界上第一片单片4位微处理器 寻址空间为4096个半 字节 指令系统包括45条指令 1972年 Intel 8008 是世界上第一片8位微处理器 8008采用了10 m生产工艺 集成度为3500个晶体管 工作频率为200KHz 1974年 Intel 8080采用了6 m生产工艺 集成度为6000个晶体管 主频为 2MHz 1975年4月 MITS公司推出了以8080为CPU的世界上第一台个人计算机Altair 8800 值得一提的是 Altair 8800的BASIC语言解释器是Bill Gates编写的 1976年 Intel 8080 Intel公司生产的最后一种8位通用微处理器 8085的工作 频率提高到5MHz 指令系统的指令数上升到246条 X86系列微型计算机的发展系列微型计算机的发展 第一代 第一代 8086 8088 1978年年 1981年 年 1978年年 8086 采用了3 m工艺 集成了29 000个晶体管 工作频率为4 77 MHz 它的寄存器 和数据总线均为16位 地址总线为20位 从而使寻址空间达1MB 同时 CPU 的内部结构也有很大的改进 采用了流水线结构 并设置了6字节的指令预取队 列 1979年年 8088 除了它的数据总线为8位以外 其余均与8086相同 8088采用8位数据总线是为 了利用当时现有的8位设备控制芯片 由于8088内部支持16位运算 而与I O之 间传输为8位 故8088称为准16位微处理器 1981年年8月月 IBM公司推出以8088为CPU的世界上第一台16位微型计算机IBM 5150 Personal Computer 即著名的IMB PC 第二代 第二代 80286 1982年年 1984年 年 采用1 5 m工艺 集成了134 000个晶体管 工作频率为6MHz 80286的数据 总线仍然为16位 但是地址总线增加到24位 使存储器寻址空间达到16MB 1985年IBM公司推出以80286为CPU的微型计算机IBM PC AT 并制定了一个 新的开放系统总线结构 这就是的工业标准结构 ISA 该结构提供了一个16 位 高性能的I O扩展总线 80年代中期到90年代初 80286一直是微型计算机的主流CPU 在这一时期 还诞生了世界上最早的芯片组 chipsets 第三代 第三代 80386 1985年年 1988年 年 第一个实用的32位微处理器 采用了1 5 m工艺 集成了275 000个晶体管 工作频率达到16MHz 80386的内部寄存器 数据总线和地址总线都是32位的 通过32位的地址总线 80386的可寻址空间达到4GB 这时由32位微处理器组成 的微型计算机已经达到超级小型机的水平 80386的其他一些版本 80386SX 包含16位数据总线和24位地址总线 寻址空 间为16MB 80386SL 80386SLC 包含 l6位数据总线和25位地址总线 寻址空 间为32MB 由于这些微处理器与I O之间传输为16位 故也称为准32位微处理器 第四代 第四代 80486 1989年年 1992年 年 采用1 m工艺 集成了120万个晶体管 工作频率为25MHz 80486微处理器 由三个部件组成 一个80386体系结构的主处理器 一个与80387相兼容的数学 协处理器和一个8KB容量的高速缓冲存储器 80486把80386的内部结构做了修 改 大约有一半的指令在一个时钟周期内完成 而不是原来的两个 这样80486 的处理速度一般比80386快2到3倍 Intel公司还生产过80486的其他一些版本 80486SX 工作频率20MHz 不包 含数学协处理器 80486DX2 采用双倍时钟 内部执行速度达到66MHZ 内 存存取速度为33MHz 80486DX4 采用三倍时钟 内部执行速度达到 100MHZ 内存存取速度为33MHz 第五代 第五代 Pentium 1993年年 1997年 年 Pentium处理器的发展分成三代 第一代Pentium处理器 以P5代称 1993年 采用0 8 m工艺技术 集成了310 万个晶体管 工作频率为60MHz 66MHz 第二代Pentium处理器 以P54C代称 1994年 采用0 6 m工艺 工作频率为 90MHz 100MHz 第三代Pentium MMX 以P55C代称1997年 增加了57条多媒体指令在体系结 构上 Pentium在内核中采用了RISC技术 可以说它是CISC和RISC技术相结合 的产物 第六代 第六代 P6 1996 至今 至今 Pentium Pro Pentium II Pentium III Pentium 采用0 6 m 0 18 m工艺 集成度550万 1 2亿晶体管 时钟频率166MHz 3 2GHz 采用二级高速缓存 2级超标量流水线结构 一个时钟周期可以执行3 条指令 第七代 未来第七代 未来 64位位Mecerd P7 以及双核 以及双核CPU发展趋势 发展趋势 微处理器是微型计算机硬件系统中的核心部件 它有运算器 控制器 数据微处理器是微型计算机硬件系统中的核心部件 它有运算器 控制器 数据 和地址缓冲器四大部分组成 而每部分又各由一些基本部件组成 和地址缓冲器四大部分组成 而每部分又各由一些基本部件组成 现在的现在的 Pentium 系列系列 CPU 核心部件结构与它相同 核心部件结构与它相同 下图为下图为 80868086 微处理器的内部结构 微处理器的内部结构 56 第四节第四节 外部设备外部设备 计算机能连接大量的外部设备 除外存储器 软盘 硬盘 光盘 U 盘外 最主要的输入设备有键盘和鼠标 输出设备有显示器和打印机 特别是计算机 辅助设计 Computer Aided Design CAD 计算机辅助制造 Computer Aided Manufacture CAM 和多媒体技术的发展使外部设备的品种大大增加 例如绘图机 扫描仪 摄像头 照片输出机 数码照相机 声卡 音响等等 键盘键盘 大家对键盘都不陌生 只简单作一些介绍 键盘是最常用也是最主 要的输入设备 通过键盘 可以将英文字母 数字 标点符号等输入到计算机 中 从而向计算机发出命令 输入数据等 自 IBM PC 推出以来 键盘经历了 83 键 84 键和 101 102 键 Windows95 面世后 在 101 键 盘的基础上改进成了 104 105 键盘 增加了两个 Windows 按键 为了使人操作电脑更舒适 于 是出现 人体键盘 键盘的形状非常符合两手的摆放姿势 操作起来就特别的 轻松 鼠标 鼠标 首先应用于苹果电脑 随着 Windows 操作系统的流行 鼠标变成了必需品 更有些软 件 必 须 要 安 装鼠标才能运行 简直是无鼠寸 步难行 鼠标结构 从系统内部来讲 鼠标有两种类型 PS 2 型鼠标和串行鼠标 比 较常见的是串行鼠标 串行鼠标利用串行口 在电脑上为 COM1 或 COM2 PS 2 鼠标使用一个 6 芯 的圆形接口 它需要主板提供一个 PS 2 的端口 从鼠标的构造来讲 有机械式和光电式 打开鼠标后 我们可以看到机械 鼠标的结构 鼠标内有一个圆的实心的橡皮球 在它的上下方向和左右方向各 有一个转轮和它相接触 这两个转轮各连接着一个光栅轮 光栅轮的两侧各有 一个发光二级管和光敏三极管 当鼠标移动时 橡皮球滚动 并带动两个飞轮转动 光敏三级管便感受到 光线的变化 并把信号传输到鼠标内的控制芯片 再由芯片将鼠标的变化数据 传给电脑 此时屏幕上的鼠标箭头就开始移动了 其它的鼠标其它的鼠标 跟踪球 轨迹球 实际上是一个倒 过来的机械鼠标 工作原理也是类似的 其球 座固定不动 直接用手拨动轨迹球来向电脑发 号施令 控制鼠标的箭头在屏幕上移动 有的 跟踪球干脆就和键盘合成在一起 无线遥控式鼠标无线遥控式鼠标 可以分为两种 红外无线型鼠标 和电波无线型鼠 标 红外无线型 鼠标一定要对准 红外线发射器后才可以活动自如 否则就没有反应 相反 电波无线型鼠标可 以 随时随地传信息 Net Mouse 网络鼠标 随着 Internet 的发展 Net Mouse 应 运而生 最先是微软先声夺人 出售这种便于浏览网页的鼠标 它在原有两键鼠标的基础上增加了一个滚轮键 安装相应的驱 动程序后 它会令您在网上冲浪时更加舒适 如果您使用 Windows 2000 的话 驱动程序也可以不用安装 它拥有特殊的 滑动和放大功能 手指轻滑动滚轮就可以使网页上下翻动 声卡声卡 是多媒体电脑的主要 部件之一 它包含记录和播放声音 所需的硬件 声卡的种类很多 功 能也不完全相同 但它们有一些共 同的基本功能 能录制话音 声音 和音乐 能选择以单声道或双声道 录音 并且能控制采样速率 声卡 上有数模转换芯片 DAC 用来把 数字化的声音信号转换成模拟信号 同时还有模数转换芯片 ADC 用 来把模拟声音信号转换成数字信号 声卡上有音乐数字接口 MIDI 能使用 MIDI 乐器 诸如钢琴键 合成器 和其它 MIDI 设备 声卡有声音混合功能 允许控制声源和音频信号的大小 好的声卡能对低音部分和高音部分进行控制 声卡上还有一个或几个 CD 音频输入接口 用以接收 CD ROM 的声音采 集信号 显示器 显示器 显示器是计算机的主要输出设备 显示器是计算机的主要输出设备 按照显示器的显示管分类按照显示器的显示管分类 分为传统的显示器 也就采用电子枪产生图像的 CRT cathode ray tube 阴 极显示管 显示器和液晶显示器 LCD Liquid Crystal Display 按显示色彩分类按显示色彩分类 分为单色显示器和彩色显示器 单色显示器已经成为历史 按显示屏幕大小分类按显示屏幕大小分类 以英寸单位 1 英寸 2 54cm 通常有 14 寸 15 寸 17 寸和 20 寸 或者 更大 按显示器屏幕的分类按显示器屏幕的分类 早期 14 寸的显示屏幕多是球面的 就好像屏幕是从一个球体上切下来的 一块 图像在屏幕的边缘就会变形 现在已被淘汰 现显示器大部分采用平面 直角 图像十分的逼真 还有一部分显示器采用柱面显示管 屏幕的表面就象 一个巨大圆柱体的一部分 看上去立体感比较强 可视面积也比较大 在 VGA 显示器出现之前 曾有过 CGA EGA 等类型的显示器 它们采用数 字系统 显示的颜色种类很有限 分辨率也较低 现在普遍使用 SVGA 显示器 采用模拟系统 分辨率和显示的颜色种类大 大提高 显示器原理显示器原理 显示器的显示系统和电视机类似 主要部件 是显像管 电子枪 在彩色显示器中 通常是 3 个电子枪 索尼 Trinitron 的三个电子枪在一 起 也称为单枪 显示管的屏幕上涂有一层荧光 粉 电子枪发射出的电子击打在屏幕上 使被击 打位置的荧光粉发光 从而产生了图像 每一个 发光点又由 红 绿 蓝 三个小的发光点 组成 这个发光点也就是一个象素 由于电子束 是分为三条的 它们分别射向屏幕上的这三种不 同的发光小点 从而在屏幕上出现绚丽多彩的画面 显示器显示画面是由显示卡显示卡来控制的 显示卡 有时简称显卡 必须与显 示器相配 按总线类型可分为 ISA 显卡 EISA 显卡 VISA 显卡和 PCI 显卡 它们决定了显示卡和主机交换数据用的总线的宽度 PCI 总线的宽度为 64 位 交换数据的速度也就最快 目前流行的都是 PCI 总线的显示卡 显示面积显示面积 显示面积指显像管的可见部分的面积 显像管的大小通常以对角线的长度 来衡量 以英寸单位 1 英寸 2 54cm 常见的有 14 英寸 15 英寸 17 英寸 20 英寸几种 显示面积都会小于显示管的大小 显示面积用长与高的乘积来表 示 通常人们也用屏幕可见部分的对角线长度来表示 比如 15 英寸显示器的 显示面积一般是 13 5 英寸 这会因显示器的品牌不同略有差异 比较好的 15 寸显示器的显示面积可以达到 13 8 英寸 很显然 显示面积越大越好 但这 意味着价格的大幅上升 液晶显示器在个人计算机方面的应用 最早应该 算是笔记本电脑了 这种显示器体积小 耗电量也 特别低 不过价格就比较高了 现在液晶显示器也 大量应用在了手持电脑和台式 PC 上了 液晶显示器又叫做 LCD 显示器 俗称为平板显 示器 在现在的应用中 LCD 基本上分为无源阵列 彩显 DSTN LCD 俗称伪彩显 和薄膜晶体管有 源阵列彩显 TFT LCD 俗称真彩显 显示卡的结构显示卡的结构 显示卡上主要的部件有 显示芯片 RAMDAC 显示内存 BIOS VGA 插座 特性 连接器等 有的显示卡上还有可以连接彩电的 TV 端子或 S 端子 还有一些近期出现的显 示卡由于运算速度快 发热量大 在主芯片上用导热性能较好的硅胶粘上了一个散热风扇 有的是散热片 显示芯片 显示芯片 显示芯片是显示卡的 心脏 决定了该显示卡的档次和大部分性能 同 时也是 2D 显示卡和 3D 显示卡区分的依据 2D 显示芯片在处理 3D 图像和特效 时主要依赖 CPU 的处理能力 称为 软加速 如果将三维图像和特效处理功 能集中在显示芯片内 也即所谓的 硬件加速 功能 就构成了 3D 显示芯片 显示芯片通常是显示卡上最大的芯片 也是引脚最多的 中高档芯片一般都 有散热片或散热风扇 RAMDACRAMDAC 其含义是 数 模转换器 它的作用是将 显存中的数字信号转换为能够用于显示的模拟信 号 RAMDAC 的转换速率以 MHz 表示 决定了刷 新频率的高低 与显示器的 带宽 意义近似 显示内存 显示内存 与主板上的内存功能一样 显存也是用于存 放数据的 只不过它存放的是显示芯片处理后的 数据 3D 显示卡的显存较一般显示卡的显存不 同之处在于 3D 显示卡上还有专门存放纹理数 据或 Z Buffer 数据的显存 例如带有 6M 显存 的 VooDoo 显示卡 其中的 2M 显存就是用于 上述用途 由于 3D 的应用越来越广泛 以及大 分辨率 高色深图形处理的需要 对显存速度的 要求也越来越快 从早期的 DRAM 过渡到 EDO DRAM 一直到现在经常见到的 SDRAM 和 SGRAM DDR 速度越来越快 性能越来越高 显存的大小不固定 从单条 256K 512K 1M 到单条 2M 32M 64M 都有 因此不能仅看显存芯片的个数来猜测显示卡上有多大显存容量 显存显存 BIOSBIOS 又称 VGA BIOS 主要用于存放显示芯片与驱动程序之间的控制程序 另外还存放有显示卡型号 规格 生产厂家 出厂时间等信息 打开计算机时 通过显示 BIOS 内一段控制程序 将这些信息反馈到屏幕上 早期显示 BIOS 是 固化在 ROM 中的 不可以修改 而现在的多数显示卡则采用了大容量的 EPROM 即所谓的 Flash BIOS 可以通过专用的程序进行改写升级 VGAVGA 插座 插座 它是一个有 15 个插孔的插座 外型有点像大写的 D 防止插反了 与声卡上的 MIDI 连接器不同的是 VGA 插座的插孔分 3 排设置 每排 5 个孔 MIDI 连接器有 9 个孔 2 排设置 比前者长一点 扁一点 VGA 插座是显示卡 的输出接口 与显示器的 D 形插头相连 用于模拟信号的输出 特性连接器 特性连接器 是显示卡与视频设备交换数据的通道 通常是 34 针 也有 26 针的 它的 作用不大 早期用于连接 MPEG 硬解压卡作为信息传送的通道 其它部件 其它部件 晶体振荡器 晶体振荡器 不锈钢外壳 比较显眼 其作用是产生固定的振荡频率使 显示卡各部件 的运作有个参考的基准 S S 端子 端子 部分显示卡通过它完成向电视机 或监视器 输出的功能 5 个 插孔呈半圆分布 与电视机上的 S 端子完全相同 贴片电阻 贴片电阻 中 高档显示卡由于工作频率很高 采用了无引线的贴片电阻 以减少干扰 它们是构成显示卡电气线路的一部分 第五节第五节 总线概述总线概述 总线的基本概念总线的基本概念 总线的基本定义总线的基本定义 总线是计算机各模块间进行信息传输的通道 它由数据总线 地址总 线 控制总线组成 数据总线数据总线 是外部设备和总线主控设备之间进行数据传送的数据通道 地址总线地址总线 是外部设备和总线主控设备之间传送地址信息的通道 控制总线控制总线 是专供各种控制信号传递的通道 总线操作的各项功能都是由控制总线完成 的 从从 ISAISA 到到 PCIPCI 总线总线 PC 机上的系统总线又可分为 ISA EISA MCA VESA PCI AGP 等多种标准 ISAISA 总线 总线 ISA 总线的主要特点和性能指标 8 位 ISA 扩展 I O 插槽由 62 个引脚组成 用于 8 位的 插卡 8 16 位的扩展插槽除了具有一个 8 位 62 线的连接器外 还有一个附加的 36 线连接 器 这种扩展 I O 插槽既可支持 8 位的插卡 也可支持 16 位插卡 EISAEISA 总线 总线 1988 年 Compaq HP AST Epson NEC Olivetti Tandy Wyse Zeith Data System ZDS 等九家公司联合起来在ISA 的基础上于推出了为32 位微机设计的 扩展工业 标准结构 Extended Industry Standard Architecture 即EISA 总线 EISA 在结构 上与ISA 有良好的兼容性 充分发挥和利用32 位微处理机的功能 使之在图形技术 光 存储器 分布处理 网络 数据处理等需要高速处理能力的地方发挥作用 标准局部总线目前有两种 一种是 1993 年 Intel 公司发布的 PCI Peripheral Component Interconnect 总线 目前该总线可分为 PCI 0 和 PCI 2 0 PCI1 0 为 32 位总线 时钟频率 33MHz 总线 最大传输率为 32 33 132MB S 而 PCI 2 0 为 64 位总线 时钟频率 66MHz 最 大传输率 264264MB S PCIPCI 的特点是 的特点是 在 CPU 和外设之间插入了一个复杂的管理层 以协调数据传输并提供总线接口 由于采用了信号缓冲 PCI 能支持 种外设 并在高时钟频率下保持最高的传输速率 PCI 芯片将大量系统功能高度集成节省联接逻辑电路 使硬件成本大为降低 PCI 总线能够自动配置参数 支持 PCI 总线扩展板和部件 更重要的是 PCI 能支持线性突发的数据传送模式 以确保总线更有效地利用频带宽 不断地满载数据进行传送 减少无谓的寻址操作 另外 PCI 独特的同步操作及对总线主控功能 可确保 CPU 能与总线同步操作 无须等待 后者完成任务 有助于改善 PCI 的性能 因为目前的主要内置板卡基 本上都是采用 PCI 总线接 口的 所以在主板当中插槽 最多的肯定就是 PCI 如图 所示主板中标注就是 PCI 插槽 它通常采用乳白色白色 在这块主板中有 4 条 PCI 插槽 通常最少也有 3 条 ISA 接口的外设日趋淘 汰 现在新的主板上基本上 都没有 ISA 插槽 如左图 所示 ISA 插槽通常采用黑黑 色色 它比 PCI 接口插槽要 长些 在目前来说采用 PCI 总线接口的板卡主要有声卡 网卡 内置 Modem 内 置 ADSL Modem 等 以前的显卡也主要是 PCI 接口的 要注意同一主板上这么多 PCI 插 槽 都是通用的 可以随便选择一个未用的插 总线的各种特点决定了服务器的整体性能 数据总线宽度 它表示构成计算机系统的 计算能力和计算规模 地址总线位数 它决定了系统的寻址能力 表明构成计算机系统的 规模 控制总线信号 它代表了总线的特色 表示总线的设计思想 控制技巧 总线容量总线容量是这条线路上的理想数据传输率 计算公式为 数据传输率 数据传输率 Bytes SBytes S 总线时钟频率总线时钟频率 总线宽度总线宽度 8 8 系统总线是电脑系统的最重要 的总线 像我们所称的 8 位机 16 位机 32 位机等都是指系统总线的宽度 显示卡总线接口 显示卡总线接口 显示卡要插在主板上才能与主板互相交换数据 如果要在处理图像数据的同时处理其 它数据 那么流经 PCI 总线的全部数据就必须分别地进行处理 这样势必存在数据滞留现 象 在数据量大时 PCI 总线就显得很紧张 AGP 接口是为了解决这个问题而设计的 它 是一种专用的显示接口 具有独占总线的特点 只有图像数据才能通过 AGP 端口 另外 AGP 使用了更高的总线频率 66MHz 这样极大地提高了数据传输率 目前的显示卡接口的发展趋势是 AGP 接口 要留意的是 AGP 技术分 AGP1 和 AGP2 后者的最大理论数据传输率是前者的 2 倍 现在有 AGP4 的显示卡 例如 Savage4 它的最大理论数据传输率将达到 1056MB s 区分 AGP 接口和 PCI 接口很容易 前者的引线上下宽度错开 俗称 金手指 后者的 引线上下一般齐 AGP插槽插槽 AGP 总线接口总线接口 AGP 卡 又称 图形加速卡 AGP 插槽在如左图中的棕色插槽 AGP 插槽通常都是棕色 以上三种接口用不同颜色 区分的目的就是为了便于用 户识别 还有一点需要注 意的是它不与 PCI ISA 插 槽处于同一水平位置 而是 内进一些 这使得 PCI ISA 卡不可能插得进 去当然 AGP 插槽结构也与 PCI ISA 完全不同 根本 不可能插错的 第六节第六节 端口端口 RS 232CRS 232C 到到 USBUSB 作为通用的串行端口 最有名的要算 RS232C 端 口 计算机系统中也称为 COM 1 COM 2 端口 大多数的电脑设备都具有 RS 232C 接口 就使 用而言 RS 232 也确实有其优势 仅需 3 根线便可 在两个数字设备之间全双工的传送数据 不过 RS 232C 的控制要比使用并行通讯的打印机接口更难于 控制 RS 232C 使用了远较并行口更多的寄 存器 这些寄存器用来实现串行数据的传送 及 RS 232C 设备之间的握手与流量控制 USBUSB 是英文 Universal Serial Bus 的 缩写 中文含义是 通用串行总线 它不 是一种新的总线标准 而是应用在 PC 领域的 新型接口技术 早在 1995 年 就已经有 PC 机带有 USB 接口了 但由于缺乏软件及硬件设备的支持 这些 PC 机的 USB 接口都闲置未用 1998 年后 随着微软在 Windows 98 中内置了对 USB 接口的支持模块 加上 USB 设备的日 渐增多 USB 接口才逐步走进了实用阶段 USB 需要主机硬件 操作系统和外设三个方面的支持才能工作 目前主板一般都采用 支持 USB 功能的控制芯片组 而且也安装了 USB 接口插槽 Windows 98 及以上版本的操作 系统都内置了对USB 接口的支持 目前已经有数码相机 数字音箱 扫描仪 键盘 鼠标 U 盘等很多USB 外设问世 随着大量支持 USB 的个人电脑的普及 USB 逐步成为 PC 机的标准接口已经是大势所趋 最新推出的 PC 机几乎 100 支持 USB 另一方面使用 USB 接口的设备也在以惊人的速度发展 目前我们使用的是 USB1 1 标准的接口 它的传输速度为 12Mbps 而 USB2 0 标准的接口 它的传输速度则更高 第七节第七节 存储器器件的变革存储器器件的变革 RAMRAM 就是 Random Access Memory 随机存贮器 的缩写 它又分成两种 Static RAM 静态随机存贮器 和 Dynamic RAM 动态随机存贮器 目前 作为内存的常用的半 导体存储器芯片主要是 DRAM 即所谓动态 Dynamic 随机存取存储器 这个名字是相对 于另一种静态 Static 随机存取存储器 SRAM 而言的 DRAMDRAM 的性能几乎每年都在翻新 按工作方式的不同 DRAM 芯片目前主要有 FPM 快速页 模式 Fast Page Mode EDO 扩充数据输出 Extended Data Out ECC 错误校验 与纠正 Error Checking and Correcting BEDO Burst EDO SDRAM 同步动态 RAM Synchronous Dynamic RAM 它是同步于系统时钟频率的 SDRAM 内存访问采用突 发 burst 模式等几种 RDRAM Rambus DRAM 和 DDR RAM Double Date Rate RAM 即双倍资料传输内存 是由目前传统 SDRAM 延伸出来的技术 DDR 的原理很简单 就是让 原来一个脉冲读取一次资料的 SDRAM 让它可以在一个脉冲之内读取两次资料 也就是脉 冲的上升缘与下降缘通通都利用到 届时 即使系统 FSB Front Side Bus 的频率是 133MHz DDR 的频率可以倍增为 266 MHz 是新推出的两种新型内存 内存插槽内存插槽 内存插槽当然是用来插入 内存的 它也是采用金手指接 触法与内存条的金手指接触 俗称为 RAM DIMM 如图 中标注为的就是 4 条 2 对内存 插槽 注意不同的内存 内存 插槽的结构也有所区别 从外 观上来看主要体现在长度上的 区别 目前主要有两种内存 一种是 168 线的 SD 内存 也 就是说它有 168 个与插槽接触 点 两面各 84 个金手指接触 点 另一种就是现在主流的 DDR 内存 它是 184 线的 因为结构及电气性能 主要是 指电压 都不同 所以两者不 能通用 从图中可以看出 华硕的这款支持 800MHz FSB 的主板中 4 条内存插槽用两种不 同颜色区分 蓝色和黑色 这主要是因为最新的 800MHz FSB 处理器支持双通道 DDR DDR 内存 内存 而要实现双通道必须成对地配备内存 用不同颜色区分就更加方便用户配置双通道 只需要将两条完全一样的 DDR 内存插入到同一颜色的内存插槽中即可 现在几乎所有支 持双通道内存的主板都采用这样的颜色标注方法 注意插入内存时也要注意方向 并不是 随便那个方向 可以先拿内存条与对应的内存条插槽比一下 看内存条的缺口位是否与插 槽的凸起位是否吻合 否则强行插错后就会引起内存烧毁 通常正确插好后 内存固定得 非常牢固 并且插槽两边的固定耳会准确地卡住内存的相应缺口上 这样内存就安装好了 高速缓冲存储器高速缓冲存储器 根据程序的局部性原理 可以在主存和 CPU 通用寄存器之间设置一个高速的容量相对 比较小的存储器 把正在执行的指令地址附近的一部分指令或者数据从主存调入这个存储 器 供 CPU 在一段时间内使用 这对提高程序的运行速度有很大的影响 这个介于主存和 CPU 之间的高速小容量存储器称为高速缓冲存储器 Cache 存储器介于 CPU 和主存之间 它 的工作速度数倍于主存 全部功能由硬件实现 并且对程序员是透明的 Cache 和主存都分成块 每块由多个字节组成 Cache 数据是主存数据的副本 Cache 标记指出主存的哪些块存放在 Cache 中 由主存地址的低位部分作为 Cache 的地址访问 Cache 数据 用主存的块号字段访问 Cache 标记 并将取出的标记和主存地址的标记字段 相比较 如果相等 说明访问的 Cache 数据有效 称 Cache 命中 如果不相等 说明访问 的 Cache 数据无效 称 Cache 不命中 或访问失效 此时 需要访问主存 并且将包括此 数据的一块信息装入 Cache 如果 Cache 已经被装满 则需要根据某种替换算法 用此块 信息替换 Cache 中原来的某块信息 直接连接存储技术包括磁盘 磁带和光存储的 DAS Direct Access Storage 即直接连接 存储 是现代信息存储技术最常用的存储形式 硬盘硬盘往往被固定安装在计算机的机箱 内 也有所谓可卸式 活动式硬盘 硬盘按其接口类型 主要有 IDE 和 SCSI 两种 IDE 接口有 40 针 最初是为 AT 结构的电脑设计的 又称为 ATA 接口 标准 IDE 接口只支持 两个设备 每个硬盘的最大硬盘空间也只能到 528M 字节 现在普遍使用增强型 IDE EIDE 标准 它最多可支持 4 个设备 支持大容量的硬盘 SCSI 接口的诞生比 IDE 晚 相应 SCSI 硬盘有许多先进的特性 比如支持的硬盘容量更大 传输速率更高 可管理的设备更 多等等 SCSI 硬盘和 IDE 硬盘除接口不同外 在组织结构 工作原理上是相同的 我们将主要 介绍 IDE 硬盘 硬盘外观硬盘外观 硬盘尺寸有很多种 现在普遍使用的是 3 5 英寸硬盘 大小和 3 寸软驱相 仿 除此之外 还有 5 寸硬盘以及 2 5 寸或体积更小的硬盘 小体积硬盘常用于笔记本电 脑中 SCSI 接口的硬盘接口的硬盘 硬盘外壳上除电源插座外 和一个 必不可少的数据接口 40 针的 IDE 接口 而 50 针的是 SCSI 接口 还有一些跳线 在安装时可能要用它们来设置硬盘 对于 IDE 硬盘 主要设置是作为主盘 Master 还是副盘 Slave 对 SCSI 硬盘 则是设 置 ID 号和终端电阻等 硬硬盘盘的的结结构构 硬盘的结构和软盘差不多 是由磁道 Tracks 扇区 Sectors 柱面 Cylinders 和磁头 Heads 组成的 拿一个盘片来讲 它和软盘类似 上面被分成若干 个同心圆磁道 每个磁道被分成若干个扇区 每扇区通 常是 512 字节 硬盘的磁道数一般介于 300 3000 之间 每磁道的 扇区数通常是 63 而早期的硬盘只有 17 个 和软盘不同的是 硬盘由很多个磁片叠在一起 柱面指 的就是多个磁片上具有相同编号的磁道 它的数目和磁 道是相同的 硬盘的容量如下计算硬盘的容量如下计算 硬盘容量 柱面数硬盘容量 柱面数 扇区数扇区数 每扇区字节数每扇区字节数 磁头数磁头数 标准 IDE 接口最 多支持 1024 个柱面 63 个扇区 16 个磁头 这个最大 容量为 1024 63 16 512 528 482 304 字节 即 528M 这是早期的硬盘容量 现在可 达到 150G 至 200G 甚至更大 但计算方法还是如上所述 光驱 光驱 这是一个 IDE 接口的光驱 是当前最常用的一 种类型 这是 CD ROM 托盘 光碟就放在里面 它由最右边 的退出按钮控制 CD ROM 是只能读出而不能写入的光盘 它只是光 盘家族中的一员 是当前最普遍的一种 由于声音 视 频和图形文件的使用 CD ROM 的应用极为广泛 它的 制作成本低 信息存储量大 保存时间长 CD ROM 只 有一面有数据 在它的表面有一层保护膜 但它还是很 容易被划伤 所以一定要注意 在 CD ROM 上 数据的 读取靠激光来实现 表面的灰尘和划痕都会影响到读盘 质量 CD ROM 的容量不是固定的 对一片 CD 来说 它 有一个最大容量 CD ROM 有两种尺寸 即 12 厘米和 8 厘米 最常见的是 12 厘米的一种 我们所说的就是这 一种 同样是 12 厘米的光盘 CD R74 可存储 650M 字 一张 CD R74 有 333 000 个扇区 每个扇区有 2048 个字节 则它可录制 333 000 2 048 681 984 000 字节 即 650M 光驱 的发展也很快 现在 DVD 光驱已经很普遍 容量将来可以达到 10G 甚至更高 第八节第八节 芯片组芯片组 芯片组是主板的核心 它对主板性能起决定性作用 正因如此 所以在新规格处理器 推出之时必定会相应的主板芯片组同步推出 它是与处理器保持同步的 通常北桥芯片是离处理器最近的一块芯片 这主要是考虑到北桥芯片与处理器之间的 通信最密切 为了提高通信性能而缩短传输距离 南桥芯片离处理器比较远 因为它所连 接的 I O 总线较多 离处理器远一点有利于布线 主板中的主板中的北桥芯片负责与北桥芯片负责与 CPU 的联系的联系 并控制内存 并控制内存 AGP 数据在北桥内部传输 提供对数据在北桥内部传输 提供对 CPU 的类型和主频 系统的前端总线频的类型和主频 系统的前端总线频 率 内存的类型 率 内存的类型 SDRAM DDR SDRAM 以及以及 RDRAM 等等 和最大容量 等等 和最大容量 AGP 插槽 插槽 ECC 纠错等支持 纠错等支持 整合型芯片组的北桥芯片还集成了显示核心 因为北桥芯片的数据处理 量非常大 发热量也越来越大 所以现在的北桥芯片都覆盖着散热片用来加强北桥芯片的 散热 有些主板的北桥芯片还会配合风扇进行散热 因为北桥芯片北桥芯片的主要功能是控制内存功能是控制内存 而内存标准与处理器一样变化比较频繁 所以不同芯片组中北桥芯片是肯定不同的 当然 这并不是说所采用的内存技术就完全不一样 而是不同的芯片组北桥芯片间肯定在一些地 方有差别 大家知道 主板是所有电脑配件的总平台 其重要性不言而喻 而下面我们 就以图解的形式带你来全面了解主板 一 主板图解一 主板图解 一块主板主要由线路板和它上面的各种元器件组成 1 线路板线路板 PCB 印制电路板是所有电脑板卡所不可或缺的东东 它实际是由几层树脂 材料粘合在一起的 内部采用铜箔走线 一般的 PCB 线路板分有四层 最上和 最下的两层是信号层 中间两层是接地层和电源层 将接地和电源层放在中间 这样便可容易地对信号线作出修正 而一些要求较高的主板的线路板可达到 6 8 层或更多 主板 线路板 是如何制造出来的呢 PCB 的制造过程由玻璃环氧树脂 Gla ss Epoxy 或类似材质制成的 PCB 基板 开始 制作的第一步是光绘出零件间 联机的布线 其方法是采用负片转印 Subtractive transfer 的方式将设计好 的 PCB 线路板的线路底片 印刷 在金属导体上 这项技巧是将整个表面铺上一层薄薄的铜箔 并且把多余的部份给消除 而如果制作的是双面板 那么 PCB 的基板两面都会铺上铜箔 而要做多层板可 将做好的两块双面板用特制的粘合剂 压合 起来就行了 接下来 便可在 PCB 板上进行接插元器件所需的钻孔与电镀了 在根据钻 孔需求由机器设备钻孔之后 孔璧里头必须经过电镀 镀通孔技术 Plated Th rough Hole technology PTH 在孔璧内部作金属处理后 可以让内部的 各层线路能够彼此连接 在开始电镀之前 必须先清掉孔内的杂物 这是因为树脂环氧物在加热后 会产生一些化学变化 而它会覆盖住内部 PCB 层 所以要先清掉 清除与电镀 动作都会在化学过程中完成 接下来 需要将阻焊漆 阻焊油墨 覆盖在最外层 的布线上 这样一来布线就不会接触到电镀部份了 然后是将各种元器件标示网印在线路板上 以标示各零件的位置 它不能 够覆盖在任何布线或是金手指上 不然可能会减低可焊性或是电流连接的稳定 性 此外 如果有金属连接部位 这时 金手指 部份通常会镀上金 这样在插 入扩充槽时 才能确保高品质的电流连接 最后 就是测试了 测试 PC B 是否有短路或是断路的状况 可以使用光学或电子方式测试 光学方式采用 扫描以找出各层的缺陷 电子测试则通常用飞针探测仪 Flying Probe 来检查 所有连接 电子测试在寻找短路或断路比较准确 不过光学测试可以更容易侦 测到导体间不正确空隙的问题 线路板基板做好后 一块成品的主板就是在 PCB 基板上根据需要装备上大 大小小的各种元器件 先用 SMT 自动贴片机将 IC 芯片和贴片元件 焊接上去 再手工接插一些机器干不了的活 通过波峰 回流焊接工艺将这些插接元器件 牢牢固定在 PCB 上 于是一块主板就生产出来了 另外 线路板要想在电脑上做主板使用 还需制成不同的板型 其中 AT 板型是一种最基本板型 其特点是结构简单 价格低廉 其标准尺寸为 33 2c mX30 48cm AT 主板需与 AT 机箱电源等相搭配使用 现已被淘汰 而 AT X 板型则像一块横置的大 AT 板 这样便于 ATX 机箱的风扇对 CPU 进行散热 而且板上的很多外部端口都被集成在主板上 并不像 AT 板上的许多 COM 口 打印口都要依靠连线才能输出 另外 ATX 还有一种 Micro ATX 小板型 它最多可支持 4 个扩充槽 减少了尺寸 降低了电耗与成本 2 北桥芯片北桥芯片 芯片组 Chipset 是主板的核心组成部分 按照在主板上的排列位置的不 同 通常分为北桥芯片和南桥芯片 如 Intel 的 i845GE 芯片组由 82845GE GMCH 北桥芯片和 ICH4 FW82801DB 南桥芯片组成 而 VIA KT400 芯片 组则由 KT400 北桥芯片和 VT8235 等南桥芯片组成 也有单芯片的产品 如 S IS630 730 等 其中北桥芯片是主桥 其一般可以和不同的南桥芯片进行搭 配使用以实现不同的功能与性能 北桥芯片