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第1章 微型机系统概述第1节 微型计算机的发展1. 早期微型计算机2. IBM-PC机及各种兼容机3. 高性能微型机第2节 微型机系统的基本组成微型机系统由硬件和软件两部分组成。如图1-1所示1. 主机系统 主机系统通常包括机箱、电源、主机板、软盘驱动器、硬盘驱动器、光盘驱动器等。各种卡件是插接在主机的扩展槽上，以解决各种数据的输入输出问题，常用的卡件有声卡、显卡和视频卡等。(1) 机箱 机箱作为计算机主机的外壳，它既是微型机系统部件安装架，同时还是整个系统的散热和保护设施。机箱按其外型可分为卧式机箱和立式机箱如图1-2所示。 (2) 电源 （2） 电源是计算机主机的动力核心，它担负着向计算机中所有部件提供电能的重任。目前计算机中所使用的电源均为开关电源。 (3) 主板 主板又称为主机板、系统板等，是安装在机箱内最大的一块多层印刷电路板。主板上一般安装有CPU、内存、各种板卡的扩展插槽，以及相关的控制芯片组，它将微型机的各主要部件紧密联系在一起，是整个系统的枢纽。(4) CPU CPU也称为微处理器，是整个微型机系统的核心。随着超大规模集成电路制造技术的发展， CPU的主频越来越高（目前已达到3.06GHz以上），在其中所集成的电子元件越来越多，功能也越来越强大。(5) 内存 内存是指中央处理器（CPU）能够直接访问的存储器，又称为主存储器、主存。由于内存直接与CPU进行数据交换，因此内存都采用速度较快的半导体存储器作为存储介质。 168线SDRAM 与184线DDR SDRAM内存条(6) 显卡 显卡又称为显示卡，它的主要作用是将 CPU 送来的影像数据，处理成显示器可以接受的格式，再送到显示屏上形成影像(7) 声卡 声卡也称之为声音卡、音频卡、音效卡等。声卡是微型机系统中用于声音媒体的输入、输出、编辑处理的专用的扩展卡。 (8) 视频卡 视频卡是微型机系统中用于对视频进行采集，播放处理的部件。(9) 软盘驱动器 软盘驱动器是计算机的标准外部存贮器，有时可以用来启动微型机系统。由于其盘片的可换性和可携带性，还可以用来传递、备份一些比较小文件。但面对日益庞大的数据文件，容量小、速度慢的 1.44MB 软盘驱动器显示出很大的局限性，越来越不适应微型机的需要。目前1.44MB 软盘驱动器作为微型机标准配置尚可维持一段时间(10) 硬盘驱动器 硬盘驱动器简称硬盘，由于采用了温切斯特技术（Winchester）所以又称为温盘，它是微型机最重要的外部存贮部件，操作系统及安装在微型机中的各种软件和数据都保存在硬盘上。随着计算机技术的发展，硬盘无论速度和容量都有了飞速的发展，如今大容量，高速硬盘已成为微型机的基本配置。(11) CD-ROM驱动器 CD-ROM是Compact Disc-Read Only Memory 的缩写，是一种只读光盘驱动设备，简称光驱它是采用光学方式的读出装置，其存贮信息的光盘具有标准化、大容量、检索方便，信息保存时间长，价格低廉的特点，可同时有效地各种信息，光驱已成为微型机不可缺少的配置。 2. 外部设备 微型机系统的外部设备，除了常用的人- 机交互设备，如显示器、打印机、键盘、鼠标、扫描仪等之外，还包括视频输入设备，以及音频输入输出设备，如，如摄像机、话筒、音箱、和MIDI设备等。 (1) 显示器 显示器是微型机与用户沟通的窗口，是微型机必备的外部设备。目前，最常见的显示器就是阴极射线（CRT）显示器，这也是几十年来显示器家族中的主力成员。现17寸的纯平显示器已经成为市场的主流。经过多年的发展，现在液晶显示器的技术已经比较成熟，液晶显示器与普通CRT显示器相比，屏幕尺寸更大，体积却小得多，也更加美观。另外，由于液晶显示器的可视区域是平面的，因此，可视范围比同尺寸的CRT显示器大得多。一般来说，一台15寸的液晶显示器可提供和普通17寸显示器相当的可视面积。液晶显示器的图形更清晰，不存在刷新频率和画面闪烁的问题。(2) 打印机 打印机是多媒体微型机系统重要外围输出设备之一，可以把在计算机上设计的文档实实在在地打印成令人赏心悦目的印刷品。目前常用的打印机类型有：针式打印机、喷墨打印机和激光打印机。(3) 键盘 键盘是微型机最重要的外部输入设备之一。最初的键盘为84键，后来出现了101键的键盘，在Win 95出现以后，104键的键盘又出现了，它和101键的键盘相比，多了几个快捷键，用来快速调用Win 95里的菜单。微软的Windows 98流行后，市场上又出现了一种108键的“Win 98”键盘，区别是多了Win 98的功能键：Power、Sleep和Wake Up。 (4) 鼠标 鼠标是微型机系统中的一种辅助输入设备，它可增强或代替键盘上的光标移动键和其他键（如回车键）的功能，使用鼠标可在屏幕上更快速、更准确地移动和定位光标，并可点击相应的命令使其执行。(5)扫描仪 扫描仪是除键盘和鼠标之外被广泛应用于微型机的输入设备，扫描仪使用光源照射被扫描物，利用光电转换原理，将被扫描物上的图形转换成为数字信号输入微型机。 (6) 音箱 在微型机系统中，音箱已是不可缺少的设备。声卡只提供对音频信号的处理能力，而要让微型机能输出声音，音箱则是关键设备。(7)上网设备 调制解调器，俗称作“猫”，是使微型机系统的信息能在电话网和互连网上传输，而使用的信号变换器。Modem可分为外置式、内置式两类。 外置式又称为台式Modem，是一台独立的设备，使用电缆通过RS-232接口与主机相连； 内置式又称为卡式Modem，是一件专门的扩展卡，插在微机的扩展槽中使用，具有通用Modem的功能。第3节 微型机系统的硬件资源管理 微型机系统中往往要使用多种系统卡件和I/O设备，这些卡件和设备一般都要占用系统的IRQ中断、I/O地址和DMA通道。然而微型机系统的硬件资源是有限的，因此避免IRQ、I/O地址和DMA通道的冲突，是硬件安装和维护的十分重要的问题。本节将较详细的介绍I/O地址、IRQ中断请求、及DMA通道的基本概念、使用及它们之间的关系。 1. 中断请求 中断是一种使CPU中止正在执行的程序而转去处理其它事件的操作，是计算机与外部设备通信的一般方式。在微型机上一般有16个IRQ地址，即IRQ0-IRQ15然而一些作为基本计算机功能已被系统占用。 2. DMA通道 DMA（Direct Memory Access）是“直接内存访问”之意。主机系统与外部设备之间交换信息是计算机最重要和最频繁的工作之一，特别是对微型机系统来说，由于输入/输出数据量十分浩大，其输入/输出能力的大小和速度的高低，是决定整个系统性能的最重要因素。 3.I/O地址 I/O地址又称为设备地址、口地址。系统卡件和外部设备与CPU之间的通信，就是通过这个地址来实现的。第4节 微型机配置的一般原则 1. 配置与用途相适应 2. 总体配置的先进性和合理性 3. 兼容性或可扩充性 4. 性能价格比 5. 售后服务 第2章 计算机主板2.1 主板结构标准 2.2 主板内部插槽2.3 外部设备接口2.4 主板总线2.5 主板芯片组2.6 主板跳线2.7 主板技术 2.8 主板选购2.9 主板故障分析与排除第2章 计算机主板 计算机主板是计算机系统管理硬件的核心载体。它既是连接各个部件的物理通路，也是各部件之间数据传输的逻辑通路。计算机在运行时对系统内的部件和外部设备的控制都必须通过主板来实现，同时计算机整体运行速度和稳定性也在很大程度上取决于主板的性能。2.1 主板结构标准 主板的结构标准是指主板上各元器件的布局排列方式和主板的尺寸大小及形状。不同结构之间的差别主要包括尺寸大小和形状、元器件的布局、所使用的电源规格等。2.1.1 ATX结构 ATX主板是目前最常见的主板结构，它是Intel公司在1995年7月提出的。ATX主板有如下特点：1空间增加。 2提供标准的I/O面板插座。 3硬盘/软盘接口电路设计在主板的边缘，提高了传输数据的速度。4内存条插槽移至主板中间，避免了与硬盘、软盘线挤在一起，内存条更换也更加方便。5使用20针的电源插座。6支持网络唤醒、Modem开机、键盘开机、定时开关机等功能。7支持硬件监视(Hardware Monitoring)功能。8高级电源配置接口ACPI（Advanced Configuration Power Interface）功能。9STR（Suspend to RAM）技术。2.1.2 Micro ATX结构 Micro ATX结构与ATX结构基本相同，只是减少了部分扩展槽，最多支持四个扩展槽，所以习惯上又称Micro ATX结构主板为小板。通常Micro ATX结构的主板价格便宜，但扩充性不如ATX结构好。 2.1.3 NLX结构 NLX结构的主板将强电、扩展槽等部分从原主板上分离出来，单独设置在一块扩展板上，这样就大大提高了主板的可靠性，减少了信号传输中的干扰和衰减，提高了数据传输的速度和质量。 NLX结构的主板由底板和扩展板两个部分组成。如果你的计算机使用的是卧式机箱的话，扩展板将竖插在底板上，而像显卡之类的接口卡则水平插在扩展板上。而对于立式机箱，扩展板将横插在底板上。其它结构2.1.4 1AT结构。、 2Flex ATX结构。 3LPX结构。 2.2 主板内部插槽 2.2.1 CPU插槽 在主板上有一个白色正方形、布满插孔的插座就是CPU的插槽。不同类型的CPU使用的CPU插槽结构是不一样的，例如现在流行Celeron CPU使用的是Socket370插槽，而P4 CPU使用的Socket478插槽。2.2.2 内存插槽 在主板上的内存插槽是细长的棕黑色插槽。目前内存条插槽有DIMM 和RIMM两种类型。2.2.3 AMR和CNR插槽 2.2.4 红外线端口IrDa 红外线端口通讯最大的优点就是简单方便，不需连线即可传输数据，数据传输速度能达到4Mbps，具有较好的保密功能。主板红外线接口为用户使用遥控器、无线鼠标等无线传输设备奠定了基础。 使用红外线接口通讯时需安装红外线接口连接器，设置主板上的CMOS红外线接口参数，安装系统软件和协议等。 2.2.5 其它插座标准ATX主板配有20芯双排长方形电源插座和一字排开的三针CUP风扇的电源插座。20芯电源插座一般都放在靠近主板的边上，而CUP风扇的电源插座有时放在主板的中间，有时放在靠近主板的边上。对于P4主板还有另一组12V四方型插座。 主板上还安装有面板信号灯插座，以便用户用来观察计算机工作状态。例如电源指示灯，硬盘工作灯等。 2.3 外部设备接口 2.3.1 IDE接口 IDE接口是用来连接IDE设备用的，一般靠近主板边缘，通常主板上有两个IDE接口，在主板上分别用IDE1和IDE2表示。每个接口分别可以连接一个主设备(Master)和(Slaver)一个从设置，所以一般主板都可以连接四个IDE设备。IDE接口中有40根针，插座中间有一个小的缺口，该缺口具有防反插和定位的作用，使用IDE数据线时，只有把接头上有箭头状突起边对准这个缺口才能插入。 2.3.2软驱接口 软驱接口是用来连接软驱用的，软驱接口中有34根针，在软驱接口旁边标有FDC或FDD字样，它的结构和IDE接口几乎完全相同。 通常情况下，硬盘数据线和软盘数据线上标有红色标记的为1号数据线。2.3.3 串行接口 目前大多数主板都提供了两个9针D型RS-232C异步串行通讯型接口，分别为COM1、COM2或COMA、COMB。串行接口作用是用来连接串行鼠标、外置调制解调器、绘图仪等设备的。2.3.4 并行接口 并行接口一般用来连接打印机或扫描仪。并口的工作模式主要有三种：1SPP（Single Parallel Port） 标准工作模式。2EPP（Enhanced Parallel Port）增强型工作模式。3ECP(Enhanced Capabilities Port)扩充型工作模式 。 注意，并口的工作模式可在CMOS参数中进行设置，其工作模式要和打印机的工作模式一致，否则打印机无法使用。 2.3.5 USB接口 1USB2.0规范的主要优点 （1）速度快 （2） 连接简单快捷 （3）无需外接电源 （4）统一输入输出接口标准（5）支持多设备连接 （6）具有高保真音频。 （7）良好的兼容性。 2 USB设备连接 USB电缆分为屏蔽型和非屏蔽型两种，我们通常使用的大多数都是非屏蔽型的USB电缆。下行端口用于连接主机或USB Hub扩展端口，上行端口用于连接具体的USB设备。 USB设备的供电通常有两种方式。一种是设备电源由主机的USB接口直接供应。这种设备大多是耗电量不大的纯电路类产品，如USB接口的Modem、USB接口的鼠标等；另一种USB设备需要单独供电，这类设备通常都是机电一体的装置，如USB接口的打印机等。因为这些设备的机械传动部分需要大功率的电源才能驱动，而计算机主板的USB端口只能提供500mA的电流。 3USB规范的组成 USB规范由5个部分组成，它们分别是控制器、控制器驱动程序、USB芯片驱动程序、USB设备和针对不同设备的设备驱动程序。4USB规范4种不同的数据传输方式： 按照设备对系统资源需求的不同，USB规范规定了4种不同的数据传输方式。（1）控制方式传送 （2）同步方式传送 （3）中断方式传送 （4） 批量方式传送2.3.6 IEEE1394接口 IEEE1394接口也是一种新型高效、高速的串行接口，通常将IEEE1394接口称为“火线”接口。IEEE1394接口使用六芯电缆，包括两对双绞线信号线和两根电源线。目前IEEE1394接口传输速率最高可达到1.6Gbps，适合连接高速的设备，如数码相机等。它的最大传输电流可达1.5A，传输数据的直流电压可以在8到40v之间变换。IEEE1394接口的互操作性和控制性能得到较大的改善，提高了系统管理能力，比如在系统重新启动后能够以更快的速度对总线进行重新配置。 2.3.7 PS/2接口 PS/2接口仅能用于连接键盘和鼠标，如图2-8所示。PS/2接口来源与IBM公司曾推出的IBM PS/2计算机，虽然IBM PS/2计算机已被淘汰，但PS/2接口却被保留下来，被后来计算机所使用。PS/2接口最大好处就是不占用串口资源。 一般情况下，主板都配有两个PS/2接口，上为鼠标接口，下为键盘接口，鼠标的接口为绿色，键盘的接口为紫色。PS/2接口使用6脚母插座，1脚为键盘/鼠标信号，3脚为地线，4脚为+5V电源，5脚为键盘/鼠标时钟信号，2脚和6脚空。2.3.8 游戏接口/音频接口 游戏接口用于声卡的MIDI接口和游戏杆(Joystick)接口，可连接各种MIDI设备。在连接MIDI设备时需要向声卡的制造商购买一条MIDI转接线，包括两个圆形的5针MIDI接口和一个游戏杆接口，由于它们的信号是分离的，所以游戏杆和MIDI设备可以同时使用。 现在很多主板将声卡集成在主板上，因此主板上提供了音频接口，其中Line Out 接口是用来连接扬声器或耳机的，Line in接口用来与外接CD播放器、磁带播放器或其它音频设备连接，MIC接口是用来与话筒相连的。2.4 主 板 总 线 总线就是联接计算机中各部件的一组物理信号线及相关的控制电路，是计算机各部件之间传输信息的通道，它好比连接计算机系统各个部件之间的桥梁。 一般来说，总线大致可以分为系统总线、外部总线和内部总线三类。 决定总线性能的主要有总线时钟频率和总线宽度，总线数据传输速率或总线带宽是指在总线上每秒钟传输的最大字节数(MB/S)。它们的相关计算公式为： 数据传输速率 = 总线时钟频率总线宽度/82.4.1 ISA总线 ISA总线又称“工业标准结构”(ISA-Industry Standard Architecture)总线。ISA总线是总线的元老，ISA总线数据宽度只有16位，时钟频率为8.3MHz，数据传输率只有16MB/S。ISA总线的主要缺点是不能动态地分配系统资源，CPU占用率高，插卡的数量亦有限。ISA总线已被。2.4.2 PCI总线 PCI(Peripheral Component Interconnect)总线，又称外部设备互连总线。PCI总线或插槽是目前主板上最常见的，也是最多的插槽了，现在所有的主板都有它的踪影。 PCI总线定义了32位数据总线，工作频率为33MHz，同时支持10个外部设备。在PCI总线V2.2规范中，可扩展为64位，工作频率为66MHz。PCI总线是一种不依附于某个具体处理器的局部总线。 当PCI 总线是32位、工作频率为33MHz 时数据传输率为132MB/S；当PCI 总线是64位、工作频率66MHz 时数据传输率可达到528MB/S。 PCI总线插槽每边有62线，共124线，由于扩展卡定位挡片占据了4个位置，所以实际有120个触点。64位的PCI总线插槽是在32位的PCI插槽基础上进行延长，每边增加32线，共增加64线。 PCI总线插槽分为5V供电电源和3.3V供电电源两种，如图2-1和2-2所示。2.4.3 PCI-X总线 PCI-X总线可使用32位/64位宽度的总线，其工作频率提升到133MHz，允许的最大带宽达1066MB/S。PCI-X总线具有如下特点： 1PCI-X总线允许目标设备仅与单个PCI-X设备间进行数据交换，提高了目标设备与PCI-X设备间进行数据交换的速度。 2如果PCI-X总线设备没有任何数据传送，总线会自动将PCI-X设备暂停，以减少PCI设备间的等待时间。 3PCI-X总线有可变的工作频率。目前PCI-X总线可以支持66/100/133MHz三种频率，而在未来，它还将提供更多的频率支持。2.4.4 AGP总线 AGP(Accelerated Graphics Port)图形加速端口是在PCI总线基础上专门针对3D图形处理开发的高性能总线，AGP直接与主板的北桥芯片相连，让视频处理器与系统主内存直接相连，即在使用AGP芯片的显示卡与主存之间建立专用通道，使3D图形数据直接传送到主存，而不需要经过PCI总线。这避免了经过窄带宽的PCI总线而形成系统瓶颈的现象，增加3D图形数据传输速度。 AGP接口的发展经历了AGP1、AGP2、AGP Pro，AGP4、AGP8等阶段。AGP1总线数据宽度为32位，工作频率为33MHz，并利用时钟的上升沿和下降沿同时传输数据，数据传输率可达264MB/s。 AGP2总线数据宽度仍为32bit位，工作频率66MHz，数据传输率可达528MB/s，比AGP1快一倍。同样AGP4数据传输率可达1GB/s，而AGP8数据传输率高达2GB/s。目前常用的AGP接口有AGP4、AGP8及AGP Pro接口，AGP扩展槽通常是棕色，其位置通常在主板的中间，一般主板上只有一个AGP扩展槽。 AGP Pro插槽用来解决显示卡供电电源不足的问题。当前的AGP插槽最大能向显示卡提供25W的功率，而AGP Pro插槽结构能够向显示卡提供50W，甚至是110W的功率。AGP Pro插槽在结构上做了较大的改进，其长度要比普通的AGP插槽要长近一半，以保障AGP显卡拥有足够的工作电流，有效地保障了显卡的稳定性。 AGP Pro插槽完全向下兼容，即普通的AGP显卡可以插在AGP Pro插槽上，但AGP Pro的显卡不能在普通的AGP插槽上使用。 AGP Pro技术又规定了与附近PCI插槽的距离，按照严格的标准规定，对于AGP Pro50(50W) 显示卡需要在附近空出1根PCI插槽的位置，而对于AGP Pro110(110W) 显示卡则需要在附近空出2根PCI插槽的位置，以便AGP Pro显示卡散热。 2.5 主 板 芯 片 组 1i845主板芯片组 Intel公司把主板芯片不同功能的器件分成两个部分，这两个部分称为南桥芯片(South Bridge Chip)和北桥芯片(North Bridge Chip)，通常将南桥芯片和北桥芯片统称为主板芯片组。 从i845G主板芯片组图中我们可以知道： 南桥芯片(i82801DB，ICH4)主要负责管理PCI、USB总线、IDE接口、网卡、BIOS以及其它周边设备的数据传输； 而北桥芯片(i845G，GMCH)主要负责管理CPU、AGP总线以及内存之间的数据传输等功能。2i875主板芯片组 Intel公司推出了前端总线FSB为800MHz的主板芯片组i875P，它支持在处理器外频为200MHz时，P4处理器前端总线提高到800MHz，处理器的带宽提高到6.4Gb/S，支持AGP 8x等。对应的南桥芯片ICH5R（Intel 82801ER）提供对Serial ATA、RAID等功能支持。 该芯片组主要特点是支持性能加速技术PAT（Performance Acceleration Technology）、双通道DDR（Dual DDR）技术，支持传输流架构CSA（Communication Streaming Architecture）。3北桥连接技术 目前南北桥连接技术主要有如下四种：（1）Intel公司采用Hub Architecture（Hub架构）。（2）威胜（VIA）公司推出的8位VLink总线。（3）矽统（SiS）公司采用MuTIoL技术。（4）AMD公司推出的HyperTransport技术。2.6 主 板 跳 线 主板上的跳线实际是一组用来改变主板电路工作状态的开关。主板上常见跳线开关有如下几种： 1清除开机口令跳线。 2BIOS升级跳线。 3系统总线频率跳线和CPU工作电压跳线。2.7 主 板 技 术 1防病毒技术： 如防BIOS写入保护功能，在BIOS中固化反CIH病毒程序等。2免跳线技术“：通过BIOS程序或其它软件改变主板上的参数，而不需要打开机箱了。3温控监测技术：采用温度检测和系统散热管理功能，用以防止过热而影响系统速度，或烧坏关键部件。4、其它技术：主板设计人性化，语音诊断技术2.8 主 板 选 购 主板作为计算机的核心部件，起着连接计算机各主要部件的作用，主板犹如一座高楼大厦的主体结构，再好的CPU、内存条也要靠主板支持才能发挥出其优势。1注意主板的芯片组 芯片组决定着一块主板的主要性能，对系统的发挥起着关键的作用。2注意主板的制造工艺 检查主板质量可从以下几方面入手： （1）主板是否全新。 （2）主板做工要精细。 （3）结构布局要合理，要利于散热。 （4）主板还应配有主板驱动程序以及印刷质量精美、解释详细的使用说明书。 （5）完善的售后服务体系。3注意主板的可扩展性 如果希望主板能最大限度地支持未来的硬件设备，最好的方法就是选购采用了最新芯片组的主板。4注意整合型主板 5注意主板BIOS功能 2.9 主板故障分析与排除 故障现象1：在一块P4主板上安装Windows XP操作系统时，在安装的初始阶段，计算机屏幕上突然出现一个黑色矩形区域，随后计算机就停止安装了。 故障分析：这可能是一个与病毒有关的提示。有的主板在BIOS中加入了防止引导区病毒的功能。在安装操作系统时，因操作系统会修改引导区，如果主板具有反病毒功能将会造成操作系统无法安装。 故障排除：进入主板BIOS设置，发现BIOS Features Setup中的“Virus Warning”(病毒警告)选项被设置成“Enabled”(允许)了。将其修改成“Disabled”(禁止)后，重新安装Windows XP时，便顺利安装了。 第3章中央处理器CPU 中央处理器简称CPU（Central Processing Unit）是一块超大规模集成电路芯片，它是整个计算机系统的核心。CPU主要包括运算器、控制器和寄存器三个部件。这三个部件相互协调，便可以进行分析、判断、运算并控制计算机各部分协调工作。其中运算器主要完成各种算术运算和逻辑运算；而控制器是指挥中心，控制运算器及其它部件工作，它能对指令进行分析，作出相应的控制；寄存器是用来暂时存放运算的中间结果或数据。3.1 CPU主要技术 3.1.1 字长或位数 CPU的字长通常是指CPU内部数据总线宽度或位数。我们知道CPU有内部数据线和外部数据线之分，比如8088的CPU内部数据线为16位，而外部数据线为8位，那么我们就说它的字长为16位，仍是16位处理器，只不过是CPU与内存交换数据时是按8位方式传送数据的。又比如Pentium4 CPU内部数据线为32位，而外部地址线是36位， 外部数据线为64位，它的字长仍然为32位，所以Pentium4还是32位处理器，而不能称为64位处理器。3.1.2 CPU主频、外频、FSB频率 CPU主频也叫CPU的工作频率或CPU内部总线频率，是CPU内核（整数和浮点运算器）电路的实际运行频率，也就是CPU自身工作频率。 CPU的外频是指CPU从主板上获得的工作频率。它是由主板上晶体震荡电路为CPU提供的基准时钟频率，也就是主板的工作频率。 为了提高CPU的工作频率，就在CPU内部增加一个时钟倍频电路，这个时钟倍频电路将从CPU外部接收到时钟信号，即外频，按照一定的倍频系数提高，从而获得CPU实际运行的工作频率，这个频率就是CPU的主频。这样CPU主频、外频和倍频系数关系如下： CPU主频 = CPU外频倍频系数 如3.5G的P4外频是133MHz，倍频系数就是26.3。 前端总线（FSB：Front Side Bus）指主板芯片组中的北桥芯片与CPU之间传输数据的通道，因此也可以称为是CPU的外部总线。 在P以前，前端总线频率和外频没有什么区别，前端总线频率也就是外频。 但自从AMD发布Athlon（速龙）CPU之后，前端总线频率与外频关系发生了变化。 在Athlon中使用所谓的EV6技术，Athlon的前端总线等效的工作频率是外频的2倍。 同样，如Intel的P4 处理器工作在200MHz的外频时，由于P4采用了4条64位宽的前端总线，即我们常说的四通道前端总线，每个通道工作频率还是200MHz，那么该P4的前端总线频率变为4200MHz =800MHz， 更准确地说，CPU的外频描述的是CPU外部时钟发生器的工作频率，也就是从主板获得的工作频率。而前端总线频率描述的是CPU与内存交换数据的数据传输率，也就是CPU的外部数据传输率。 3.1.3 高速缓冲存储器Cache Cache就是用来存放CPU将要处理的数据，或者说根据Cache的算法，将程序有可能要执行的指令或数据先放到Cache中。当CPU处理数据时，首先到Cache中查找所要读取的数据或指令，如果找到则直接读取，称为命中。如果没有找到，再到内存中查找所要读取的数据。在CPU访问数据时，能在Cache中直接找到数据的概率称为Cache命中率，它是Cache的一个重要指标，与Cache的大小、Cache算法、程序特性等因素有关。 当CPU向Cache写数据时有两种方式，一种称为写通式（Cache Write Through），另一种称为回写式（Cache Write Back）。 写通式Cache 的工作原理是在CPU 对Cache 写入数据的同时，将数据也写入到内存中，这样可保证Cache 中的内容与内存中的内容完全一致。这种方式简单、可靠。但由于每次对Cache 更新时都要对内进行写操作，因此总线工作频繁，运行速度也会受到影响。 回写式Cache是在CPU 将数据写入Cache 时并不立即将数据写入内存中，而是等CPU 空闲时再把数据写入内存中。Cache 中的数据若未被新的数据所取代，则没有必要立刻进行内存的写操作。这样可以减少CPU将数据写入内存的次数，从而提高系统运行的速度。但这种方式在突然断电的情况下容易引起数据丢失。现在的CPU大都采用回写式Cache。 从486 CPU 开始，CPU芯片中集成了一定容量的Cache 高速缓存。目前CPU一般设有一级缓存（L1 Cache）和二级缓存（L2 Cache）来提高Cache的命中率。一般来说，设在CPU芯片内的L1 Cache的工作频率与CPU的主频相同。设在CPU芯片内的L2 Cache运行速度分为两种，一种与CPU的主频相同，称为全速快取。另种是CPU的主频一半，称为半速。 Cache技术不仅仅用在CPU中使用，在光驱、硬盘等设备中也广泛地使用Cache技术。 3.1.4 指令特殊扩展技术 指令特殊扩展技术指CPU有对x86 指令集进行指令扩展的技术，目的是提高计算机的性能。1MMX主要用于增强CPU对多媒体信息的处理，提高CPU处理3D图形、视频和音频信息的能力。23D NOW!是重点提高了AMD公司K6系列CPU对3D图形的处理能力。 3SSE是因特网数据流单指令序列扩展，SSE包括了原MMX和3D Now!指令集中的所有功能，而且特别加强了SIMD浮点处理能力。 CPU具有特殊扩展指令集后还必须在应用程序的相应支持下才能发挥作用。3.1.5 移动型CPU节能技术 1Intel的SpeedStep和QuickStart技术 SpeedStep技术就是当笔记本电脑是使用外接电源适配器供电时，CPU就工作在标准的电压和频率之下，而当电脑使用内置电池供电时，CPU的主频和电压就会自动地降低。 QuickStart技术是检测CPU的工作负荷，当CPU处于空闲状态时，就把CPU置于休眠状态，到需要时再迅速恢复工作状态2 AMD的PowerNow！ PowerNow！技术分为三个模式：高性能模式（High-performance Mode）、电池节约模式（Battery Saver Mode）和自动模式（Auto Mode）。3Transmeta的LongRun LongRun技术的最大特点就是连续地检测软件运行对CPU资源的需求，动态而平滑地优化调节CPU所需的电压和时钟频率，而且一旦监测到不需要CPU资源时，马上就能使CPU 进入休眠状态。3.1.6 CPU的生产工艺 CPU生产工艺是指CPU制造工艺技术，目前生产CPU主要是采用“光刀”加工各种电路和元器件的，并采用金属铜沉淀在硅材料上后用“光刀”刻成导线连接各元器件。现在光刻的精度一般用微米（um）表示，精度越高表示生产工艺越先进。因为精度越高则可以在相同面积的硅材料上生产出更多的元件，所加工出的连接导线也就越细和越短，这样生产出的CPU工作频率可以做得更高。 一般来说“生产工艺”中的数据越小，表明CPU生产技术越先进。 在CPU芯片上，如果这些连接导线为铜质材料，我们称该芯片是采用了铜技术的铜芯片。铜技术的优势非常明显，铜的电阻小，发热量低，铜工艺制造芯片技术能有效地提高芯片的速度，减小芯片的面积。而且铜技术芯片还能使更小的微米工艺更容易实现。 2001年之后，许多厂商都将转向0.13微米的铜制造工艺，采用铜制造工艺是CPU制造工艺技术史上又一次革命，它克服了铝制造工艺的限制，大幅度提高CPU工作频率，提高了CPU芯片的集成度，使得像赛扬、Pentium等低端CPU突破原来因制造工艺难以提高主频的限制，延长了低端CPU的使用寿命。也使得P4主频在不到两年的时间内达到了3.5GHz。 3.1.7 超线程技术 超线程技术，简称HTT技术就是在CPU中加入两个逻辑处理单元，利用特殊的硬件指令，把两个逻辑内核模拟成两个物理芯片，挖掘单个物理处理器的潜力，使单个处理器能同时使两个线程并行工作，从而兼容多线程操作系统和软件，提高处理器的性能。使用超线程技术可以使CPU的性能提高25%左右。目前3.06GHz的 P4处理器开始支持超线程技术。 支持超线程技术需软硬件的支持，硬件方面需要主板芯片组的支持，软件方面需要BIOS和操作系统的支持。例如使用超线程技术的处理器安装完Windows XP后，在设备管理器中能看到两个处理器图标。3.1.4 其它技术 1流水线技术。例如，在CPU中由5个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条指令分成5步后，再由这些电路单元分别同时执行。显然，这种工作方式要比原来的工作方式提高了5倍，因此大大提高了CPU的运算速度。 2乱序执行技术。乱序执行（out-of-order execution）是指CPU采用了允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各相应电路单元处理的技术。 3动态执行技术。动态执行技术是在奔腾处理器中采用的新技术，它把多路分支预测、数据流量分析和猜测执行三项专为提高处理器对数据的操作效率而设计的技术融合在一起。 （1）分支预测：通过几个分支对程序流向进行预测，采用多路分支预测算法后，处理器在取指令时，会在程序中寻找未来要执行的指令，能预测下一条指令在内存中的位置。 （2）数据流量分析：抛开原程序的执行顺序，分析并重排指令，优化指令执行顺序。 （3）猜测执行：通过提前判断并执行有可能需要执行的指令称为猜测执行。3.2 处理器发展历程 3.2.1 早期的处理器 1971年。Intel公司推出了世界上第一台微处理器4004。 1978年，Intel公司首次生产出16位的微处理器，并命名为i8086。 1979年，Intel公司推出了8088芯片。 1982年，Intel 公司推出了划时代的最新产品80286芯片。 1985年Intel推出了80386芯片，它是80X86系列中的第一款32位微处理器。 1989年，Intel推出了80486芯片。 1993年Intel推出了全新一代的高性能处理器Pentium，又称奔腾处理器。 1995年Intel推出Pentium Pro处理器，又称为高能奔腾。 1997年Intel又推出当时影响力最大的PentiumII处理器， 3.2.2 赛扬Celeron 处理器 1998年4月Intel 公司推出第一款Celeron处理器，又称赛扬处理器，与奔腾相同的“Deschutes”核心。 现在的赛扬已经采用P或P4的核心结构，它们作为高性价比的CPU，占据着奔腾或P4以下的CPU市场，现在的赛扬似乎成了奔腾或P4的简化板。 新赛扬是0.13微米制造工艺，与P对应的接口仍采用Socket370结构，与P4对应的接口采用了Socket478结构。 3.2.3 Pentium处理器 Pentium是Intel公司1999年推出的处理器，又称奔腾三代处理器。P集成了P6微结构处理器的最佳性能，在多媒体处理、通讯和Internet性能上比P都有很大的改进。3.2.4 Pentium 4处理器 2000年11月21日，Intel公司正式推出了Pentium4处理器，P4也是一种兼容x86指令集的IA-32处理器，它采用名为“NetBurst”的结构，跟原有的P6结构完全不同。 1P4处理器的特点 P4的前端系统总线频率(FSB)为400MHz。 P4处理器彻底摒弃了传统的X87浮点处理结构，改而使用最新的64位单指令多重数据SIMD技术。 P4使用第二代SSE2指令集， SSE2新增144条指令，包括128bit 单指令多数据整数运算（SIMD Integer Arithmetic）及128bit 单指令多数据双精度浮点（SIMD Double Precision）运算指令。增强了浮点运算和整数运算的能力，大大提高3D图像表现能力和语音识别能力。 P4具有快速执行引擎。 P4改进了动态执行技术，能检查126条指令，并决定它们的执行次序，是P的3倍。 P4使用超管线技术，共有20个流水线进程，而P只有10个流水线进程，这显著提高了P4处理器的总体性能。 P4插座规格。早先的P4使用的CPU插座称为Socket423，而现在的P4都使用Socket478 插座 P4需要专门的散热机构和机箱。 P4需要专用电源。 2新一代P4处理器 Northwood核心P4处理器已经采用了更为先进的0.13微米铜工艺制造，更高、更先进的制造工艺可以带来两点好处： 一是能有效地降低处理器的发热量。 二是可以在处理器的核心内部集成容量更大的二级缓存。 核心为Prescott的Pentium 4处理器。该处理器采用90纳米) 制造工艺，增强型NetBurst架构设计，设计频率超过4GHz，运行于667/800MHz(166/200MHz4)前端总线，数据带宽最高为6.4GB/s，核心电压降低到1.2V-1.3V，包括三组16位算术逻辑单元ALU单元，支持超线3.2.5 Itanium处理器 2000年4月24日，英特尔展示了第一款基于IA-64结构的Itanium处理器，并将中文名称定为“安腾”，定位于高端服务器和工作站市场。 IA-64结构的一个突出优势是具有更大的内存寻址空间。IA-64的地址总线为64位，寄存器也是64位，理论上可支持18兆TB物理内存。能充分满足高端服务器、数据挖掘等应用。 IA-64结构采用了显式并行指令计算技术（EPIC：Explicitly Parallel Instruction Computing）。 我们可以预计在未来不长的时间内，64位处理器将变得相当成熟，个人计算机将从32位向64位过渡。到那时整个计算机应用领域又将掀起一场新的革命。3.2.6 CPU三大品牌 1Intel公司产品是全球最大生产CPU厂商，一直领导着世界CPU生产技术新潮流，其产品的市场份额在70%以上。 2AMD公司是当今世界第二大CPU制造商。目前AMD公司的主要产品有K5、K6、K7、Athlon（速龙）、Duron（毒龙）、Thunderbird（雷鸟）系列。下面介绍目前较为流行Athlon XP系列CPU产品。（1）超标量完全管道化微体系结构。 （2）超标量完全管道化浮点。 （3）专业3DNow!指令集。 AMD对Athlon系列处理器采用了新的命名规则，Athlon XP处理器型号和实际频率的换算公式为： 实际频率 = 2型号/3+333（MHz） 根据这个公式计算，Athlon XP 2700+的实际频率是22700/3+333=2.13GHz。 33.3 CPU选购与辨别 确实有些不法商人在常常将同类型，性能低的产品冒充性能高的产品出售。下面我们介绍几种比较容易掌握的鉴别方法。 要注意散装CPU和盒装CPU的区别。 识别被超频的CPU的方法是使用Intel公司提供处理器测试软件Processor Frequency ID Utility。 可以拨打免费电话8008201100咨询，请Intel公司的技术人员帮你确认CPU的真假。 在购买CPU时没有必要去追求最新的产品。 对于一般用户来说，如按“够用原则”就没有必要急于淘汰手中的计算机。 3.4 关于超频问题 3.4.1 什么是超频 超频就是通过主板跳线或BIOS程序设置使得CPU等硬件的实际工作频率大于标称频率，从而把计算机硬件的潜在能力充分释放出来的过程。 在生产CPU时为确保产品的质量，一般均保留有20%或更多的余量，这样就为超频留下了空间。 超频也有两种方法，一种是提高CPU的外频，另一种是提高CPU的倍频系数。 在CPU超频的同时系统的其它部件也在超频。必须考虑其它部件的超频承受能力，否则可能会使超频失败。3.4.2 超频条件 CPU超频的成功与否取决于很多方面的因素，在进行超频之前必须考虑CPU的质量、周边硬件的质量、散热和通风环境等超频条件。与超频部件有： 1CPU 2主板 3硬盘 4显卡与内存 5. 机箱内良好的通风和散热 3.4.