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第2章 计算机硬件第一部分 阅读和翻译A部分 计算机主板一块母板是中央或主印刷电路板（PCB）组成一个复杂的电子系统，比如在现代计算机中。它也被称为主板，系统板或者平面板。在苹果计算机中，被称为逻辑板，有时也被缩写为mobo。大部分现在制造的母板都是为IBM兼容机设计的。在2005年，IBM兼容机占有着96的国际个人计算机份额。为IBM兼容机设计的母板广泛的出现在计算机母板的文章中。母板就像背板一样，使用其他部分的系统通讯提供电子连接，但是和背板不同。背板可以包括中央处理器单元和其他子系统，比如实时钟表和外围接口。一个典型的桌面计算机是由微处理器、主内存和其他必不可少的在母板上组件组成的。其他组件，比如外部存贮器、显卡、声卡和外围设备都被电缆连接在母板上。尽管在现代计算机中这种把外设和母板综合在一起的行为非常普遍。组件和特性一种特定的桌面母板包括大型印刷电路。它掌握着组件和相互连接以及各种物理连接（各种插槽和数据头）。这些组件可能被插入或者连接在母板上。大部分母板至少包括：l 为微处理器（CPU）提供的插槽。l 系统主内存插槽。特别是以DIMM模块的形式，包括动态内存芯片（DRAM）。l 由芯片组组成的在CPU前端总线和主内存以及外设总线的接口。l 非易失的存贮芯片，通常是Flash ROM，包括系统的固件或BIOS。l 一个时钟生成器，产生系统时钟信号，来同步各种组件。l 为扩展卡提供的插槽（这些到系统的接口通过芯片组总线来支持）。l 电源连接口和电路，用来从计算机电源中接收电能，以及把电能分发到CPU、芯片组、主内存和扩展卡上。另外，几乎所有的母板都包括逻辑连接器，用来支持通用的输入设备，比如为键盘和鼠标提供PS/2接口。早期的个人计算机比如 Apple II或者 IBM Pc在母板上提供最小的外设支持。有时显示接口硬件也被集成在母板上，比如在 Apple II上，但是很少在IBM兼容机上，比如IBM PC Jr。另外的外设,比如磁盘控制器和序列端口，是由扩展卡提供的。因为稳定的成本下降和集成电路版的尺寸的下降，现在使主板支持多种外设变成了可能。因为把各种特性综合在PCB上，母板的物理尺寸和系统成本可以减小。高集成度的母板在小型预算计算机中十分流行。温度和可靠性母板一般使用空气冷却，也就是安装在大型芯片上的散热槽，比如现代母板中的北桥。被动冷却，或者安装在供电系统的单风扇，对于很多桌面计算机CPU已经很足够了。直到九十年代，大部分CPU要求风扇安装散热槽，因为提高的时钟速度和电力消耗。大部分母板使用连接器来连接附加的风扇。新型的母板拥有集成的温度感应器，来探查母板和CPU温度，并且，可控风扇连接器可以被BIOS或操作系统来控制风扇速度。一些小型计算机以及家庭剧院PC被设计为安静和能源经济，没有风扇。这些特殊的特性要求低能耗CPU，并且需要仔细的布局母板和其他组件，才能允许这样的散热设计。在2003年研究发现，一些假崩溃和一般的稳定性话题，从屏幕图像扭曲到读写错误，并不是由计算机软件或外部硬件产生的，而是由计算机母板的老旧电容器引起的（1）。这些都是错误的电解质配制的结果。母版使用电解电容器来过滤分发到主板上的交流电。这些电容器因为温度独立比率而变老，同时他们的以水为基础的电解液慢慢地蒸发。这可以导致电容和母板故障，因为电源的不稳定。因为大部分电容的额定为2000小时在105度，他们的期望设计寿命大概会变为两倍，当温度降低每10度在这个温度以下。在45度时预期寿命为15年。这对于计算机母板来讲是非常合理的。但是，很多很多厂商生产了不合格的电容器，这些电容器明显的减少了生命周期。不合适的冷却和高温可以恶化这个问题。尽管在母板上找到损坏的电容器并更换是可能的，但是这太耗费资源和时间了。维修主板比买一个新的母板还要贵。历史在微处理器出现之前，计算机通常是由插卡架或者主机构成，主机是由包含各种插槽和连接线的背板与各种组件连接的。在非常老的设计中线路在连接卡针之间是离散连接的，但是印刷电路版很快成为了标准实践。中央处理单元、内存和外设被覆盖在各自的印刷电路板上，插入背板。在二十世纪八十年代末期到九十年代，把更多的外设特性移植到母板上变得十分经济。在八十年代末期，母板开始包括单集成电路用来支持各种低速外设：键盘、鼠标、软盘驱动器、串行端口以及并行端口。在二十世纪九十年代末期，很多个人计算机主板支持广泛的音频、视频、存贮和网络特性，不需要任何扩展卡。为了3D游戏和计算机图形学开发的high-end系统，只保留了显示卡作为单独的组件。这些早期的母板先锋制造商是 Micronics, Mylex, AMI, DTK, Hauppauge, Orchid Technology, Elitegroup, DFI,以及大量的台湾制造商。流行的个人计算机，比如Apple II和IBM Pc已经发表了概念图表和其他文档，允许高速反工程和第三方替换母板。通常为了使新计算机兼容范本，很多母板提供附加的性能或者其他特性，并且被用来升级制造商的最初的设备。使用BIOS进行系统引导母板包括一些非易失内存来初始化系统，并从外设中读入操作系统。微型计算机，比如Apple II和IBM PC使用只读内存芯片，把他们安装在母板插槽上。当电源开启时，中央处理器将读入他的程序计数器和引导ROM的地址，并开始执行ROM的指示，在屏幕上显示系统信息和运行内存检查（2），这将按顺序开始从外设（磁盘）读入内存。如果它不可用，计算机就会运行其他内存的任务或者显示错误信息，这将依计算机的模型或者设计以及BIOS版本来确定。大部分现代母板设计使用BIOS，存贮在EEPROM（电可擦可编程只读存储器）芯片上，来引导母板（插槽上的BIOS芯片也广泛的使用）。因为引导，母板、内存、电路和外设被测试并配置。这个过程被称为加电自检或者POST。在POST自检中的错误代码，涵盖了从普通的可听见的喇叭鸣叫，到复杂的显示在显示器上的诊断信息。BIOS经常需要配置存贮在主板上的设置。既然配置就必须容易编辑，这些设置同上存贮在非易失RAM上，而不是存贮在只读内存上。当用户改变了配置或者修改了时间日期，小型的非易失RAM电路存贮这些数据。典型的一种小型长时间工作的电路（比如锂纽扣电池CR2032）被用来保持非易失RAM刷新和多年的使用。因此，失效的主板电池将使计算机不能确定正确的时间和日期，或者不能记住用户选择的硬件配置。BIOS本身并不会被电池的状况影响。当IBM率先引入了PC，在二十世纪八十年代，仿制是非常常见的（组成主板的物理零件很容易得到）。然而，这些仿制从没有成功过，直到IBM ROM BIOS合法的被复制。为了理解为什么复制BIOS是一个如此重要的步骤，要考虑BIOS包括重要的指令来和外设交互。如果没有这些BIOS上的软件指令，PC就不能正常的运行。（在现代计算机操作系统上，BIOS忽略大部分的硬件特性，但是在八十年代，BIOS提供很多重要的底层特性）所以当康柏计算机公司花费一百万美元，使用反工程来仿制IBM BIOS，他们成为了仿制IBM PC的计算机制造商的精英。凤凰科技马上作为他们的对手开始专卖BIOS给其他仿制者。很著名地，微软非常高兴的授权操作系统（DOS），IBM也非常高兴的起诉那些侵犯了他们BIOS著作权的公司2。但是因为引用和公开了BIOS反工程，康柏和凤凰合法的和IBM使用他们自己的著作权进行竞争。一旦计算机外设引导完成，BIOS将通常把控制权转到另一个可引导的存贮区。通常需要引导的计算机设备：l 软驱l 网络控制l CD-ROM驱动器l DVD-ROM驱动器l SCSI硬件驱动器l IDE/EIDE或者SATA硬件驱动器l 外部USB存贮设备以上任何设备可以被存入机器码指令，来读入一个操作系统或程序。形式因素母板被制造为各种大小和形状（“形式因素”）。其中一些对于一些计算机制造商是特殊的。然而，在IBM兼容机中使用的母板被规范化来符合不同的大小尺寸。在2007年，大部分桌面计算机母板使用标准中的一种形式因素，即使像MACINTOSH或者sun计算机这样在传统上并不是由零件制造的计算机。笔记本计算机通常使用高集成度，微型化定做的母板。这是笔记本计算机很难升级和维修费用昂贵的一个原因。经常笔记本电脑的零件故障需要整个主板的更换，这通常比桌面计算机主板贵，因为上面集成了大量组件。B部分 多核处理器多核CPU（或者称作芯片级多处理器CMP）联合两个或多个独立的核心在单个集成电路上，被称为模具，或者包装为一个模具。双核处理器包括两个核心，四核处理器包括四个核心。一个多核微处理器实现了在单独的物理包上多核处理。所有的核心都在一个单独的模具上的微处理器被称为单片处理器。多核设备的核心可能分享一个单连续的cache在最高的对设备cache级（比如Intel Core 2的L2）上，或者拥有独立的cache（比如现在的AMD双核处理器）。处理器也分享同样的对其余系统的连接。每一个核心独立的实现比如超标量结构执行、流水线以及多线程处理的最优化。多核系统当他同时执行多个线程时非常有效。最重要的多核应用是个人计算机（大部分是Intel 和AMD）以及游戏控制台(比如PS3中的8核处理器Cell和Xbox360中的三核Xenon处理器)。在前文中，多核表示小数量的处理核心。然而，这个技术被广泛的应用在其他技术领域，尤其是嵌入式处理器，比如网络处理核、数字信号处理器和GPU。多核处理器的性能表现受问题解决和算法的制约，也受安装软件的制约(阿姆达尔定律)。对于被称为“密集并行难题”的问题，一个具有两个核心和2GHz主频的多核处理器可以表现的和一个4GHz的单核处理器十分相似。其他问题虽然可能不会产生如此多的提速。这是在假定无论如何软件都被设计为可以利用平行计算的优势时的数据。如果没有，任何的加速都不会存在。然而，处理器将会更好的处理多重任务，因为两个程序可以在两个核心中同时运行。术语有一些差异的语义，其中包括多核心和双核心的定义。最常见的是用来指某种中央处理单元（CPU），但是有些情况他也指数据信号处理器（DSP）和系统芯片（SoC）。此外，一些使用这个表述来代表在制造时使用同样的综合电路芯片的多核微型处理器。这些人一般指的是单独的微处理器电路在同一个的包中的另一个名称，比如多芯片模块，双核，或者双核心。本文使用的术语“多核心”和“双核心”来定义制造在相同的电路板上的微电子CPU，除非当使用其他方法提示。对比多核系统，多核CPU表示多个单独的物理处理单元（经常包括特殊的电路来促进多核间的通讯）。优势在同一个电路版上的临近的多核CPU允许缓存一致性电路系统在一个更高的时钟频率下操作。结合等效的CPU在一个单裸片上显著提高了性能的缓存窥探操作。简而言之，这意味着，不同的处理器之间的信号传送路程更短，并且这些信号退化较少。这些更高质量的信号，让更多的数据传送在某一时间段，因为单独的信号可以缩短并且不需要被经常重复。假设电路可以安装在包中，在物理上，多核CPU设计比多芯片SMP需要更少的印刷电路空间。另外，双核心处理器使用略低于两个耦合在一起的单核心处理器的功率，主要原因是减少的功率需要驱动外部信号到到电路版上，因为较小的硅芯片工艺在几何上允许核心运行在较低的电压上，这样就减少了传输时间。此外，多核心共享电路系统，比如L2级高速缓存和前端总线接口。从竞争性技术的提供硅片方面，多核心的设计可以来证明，生产的CPU产品比设计一个新的更广泛的核心设计拥有风险较低的设计错误。并且增加更多的高速缓存受到收益递减。缺点除了操作系统支持，对于存在软件的调整需要最大限度地利用计算资源提供的多核心处理器。并且，多核心处理器的应用性能提高的能力依赖于在应用程序中对多线程的使用。这种情形正在改善。一体化的一个多核心芯片驱动产量下降并且他们比低密度单片设计更困难的管理散热。Intel已经部分的解决了这个问题，使用四核设计，把两个双核结合在一个使用统一高速缓存的单片上，因此任何两个正在工作的双核可以被使用，相对的要制造四个核心在同一个电路上需要四个同时工作来制造一个四核。从架构的角度来看，最后单核CPU设计可能比多核处理核心更好的利用了硅片表面地区。所以对于这种架构的发展承诺可能带来退化的风险。最后，未加工的处理能量并不是仅有的对系统性能的约束。两个核心共享同样的系统总线和内存带宽，限制了实际应用的表现优势。如果单核的能力和内存带宽限制很接近，那么双核可能只能带来30%到70%的改进。如果内存带宽不是一个问题，那么性能改善的期望值是90%. 有可能一个应用程序使用两个CPU来运行的比单核更快。如果两个CPU之间的通讯是限制因素，可能被视为超过100%的改进。硬件趋势处理器发展的一般趋势已经从多核发展成了超多核，从双核、四核、八核芯片到拥有10个甚至上百个核心。并且，多核芯片混合了并发多线程、内存芯片和特种的“多像的”核心，预示着更好的表现型能和高效收益，尤其在处理多媒体、识别和网络应用上。现在有提高能源效率的趋势，使用聚焦在每瓦性能和高级细粒度或者极端细化的电源管理和动态电压和频率缩放，这特别地使移动计算感兴趣（比如笔记本和可移动媒体播放器）。软件影响软件受益于可以平行执行的多核架构。在大部分普通操作系统中这需要代码执行单独的线程或进程。 每个应用程序运行于一个系统的自己的进程之上，所以多个应用程序可以受益于多核架构。每个应用程序可能也有多线程，但是在大部分情况下，程序必须特殊的编码来利用多线程。操作系统软件也趋于把运行多个线程当做自己的常用操作。运行虚拟机将收益于采用多核架构，因为每个虚拟机单独地运行并且可以平行执行。大部分应用软件并没有设计为可以集中地使用多并发线程，因为这样做很有挑战性。在多线程序设计中，一个常用的模式是在单线程进行紧张的工作，而让其他线程做很少的工作。比如，一个病毒扫描程序可能为扫描进程创建一个新线程，而此时GUI线程等待用户命令。在这种情况下，多核架构对于这个程序几乎没有益处，因为单线程进行了所有重量级工作，而且这些工作无法被多核平衡。真正的多线程编码常常需要复杂的对进程的统筹，并且可以很容易引入细微且难以找到的漏洞，因为不同线程数据间的交错（线程安全）。所以，这样的代码在中断时比单线程代码更难调试。现在有一种缺乏编写用户级线程应用的感觉，因为用户级多核硬件相对很稀有。尽管多线程应用在单核机器上担负很少的性能开销，额外的开发支出很难被证明，因为单核机器的数量优势。在2006年9月，由于典型的大众市场应用程序的混合，对于普通用户多核CPU主要的益处将改善多任务表现，这可能比预想得到更广发的应用。普通用户已经运行着很多线程，操作系统利用多线程，比如反病毒软件和其他后台进程包括声音图像控制等。最大的性能提高将是在运行CPU集中进程中改善的响应时间，比如反病毒扫描、碎片整理、烧录多媒体，或者搜索文件。举例来说，如果当电影正在播放的时候，自动病毒扫描开始运行，电影将不会卡住，因为反病毒程序将被分派到另一个不运行播放器的处理器上。鉴于现在越来越重视多内核芯片设计，热量的逆行和能量消耗问题的困扰，以及以后的重要的处理器时钟尺度增长，软件可以多流来使用这些新芯片的优势。在未来这将成为最大的计算机性能表现约束。如果开发者不能设计出可以完全利用多核提供的资源的软件，那么他们将最终达到一个难以克服的性能上线。电信市场最早需要新的平行数据路径包处理设计，因为很快的为数据路径和控制水平采纳了多核处理器。 这些MPU将会替代传统的安装在微型芯片上的网络处理器。6WIND是最早的为这些应用程序提供嵌入式软件的公司。平行编程技术可以直接有益于多核技术。一些已经存在的平行编程模块，比如Clilk+OpenMPMPI可以在多核平台使用。Intel为C平行编程介绍了一种新的抽象方法，称为TBB。其他研究成就包括Codeplay Sieve System, Cray的 Chapel, Sun的 Fortress, 和IBM的 X10。另一方面，在服务器方面，多核处理器是非常理想的，因为他允许多用户同时连接一个站点，并且拥有独立的执行线程。这允许网络服务器和应用程序服务器拥有更好的生产量。许可证特别地，私有企业服务器软件是按照处理器数量来发放许可证的。在过去一个CPU就是一个处理器，并且大部分计算机只有一个CPU，所以这没有歧义。现在这种可能性存在，就是把处理器核心当做一个处理器，这样就可以把多核CPU收取多个许可证的费用。然而，似乎双核处理器是被计算为一个处理器的，因为微软、intel、AMD都支持这样的观点。微软宣称他们将把一个多核CPU当做单核对待。Oracle把AMD或者Intel多核CPU当做一个处理器，但是对于其他的类型计数方法不一样，尤其是具有两个核心以上的处理器。IBM和HP把多核芯片组当做多处理器。如果把多芯片组当做一个处理器计算，CPU制造者就会有制造大型昂贵的多芯片组的动机，这样他们的顾客就可以在软件授权上节省费用。所以看上去整个产业正在慢慢的朝向计算每一个模型为一个处理器，而不管这个模具上有几个核心 因为它只需要一个插槽。现在对于如何抽选Paxville芯片还不清楚。这是一个未解决并且棘手的话题，对于软件公司和私有软件的顾客来说。很多人考虑用开源软件来替代。第二部分 模拟写作:通知一、简介通知是一种书面的新闻、通知或信息。写通知的原因有很多种。无论您需要写哪种类型的通知，以下的贴士和格式都将十分有用。记得根据通知的具体情况来使用贴士并熟练掌握之。二、写好通知的小贴士l 语句直接且简洁。这样你的读者才能够迅速理解这些信息，并轻松做出反应。 l 当你分享的好消息时写一条短的、友好的通知要注意一点。即要用合适的语调，一张通知可以透露要与商业或个人结交友好关系的意愿。它同时也可以建立在积极的感觉上，像信任，忠诚和乐于助人。l 在你的通知里承认别人的成就，并激励你的读者达到类似的目标。l 以平和完整的方式表达你的信息，让你的读者立即心领神会（并且不会事后提问）。 l 如果你宣布的是坏消息，用直接的语句表达即可。并在通知中以尊重的语气添加一条理解和乐观的信息，三、格式写通知时接下来的几点必须记住：l 通知必须写在方框内l 学校/组织名称加粗。 l 公告必须有标题。 l 日期，时间，地点和活动必须正确书写。 l 作者的姓名和他的职位应该在通知结尾标明。 l 通知正文必须简明四、范例通知周年庆典2007.9.14 同学们注意了！在此通知大家，我校将在07年10月16日上午10：30在学校礼堂举行学校周年庆典。活动将由州教育部长主持。想参加的同学可以在一周内报名。Kelly Zhang学生会代表第三部分 听力和对话对话：到微软开发者网站或在线论坛寻求帮助(今天是星期一。Henry和Mark在去教室的路上碰到了同样要去教室的Sophie。)Henry & Mark: 早上好，Sophie。Sophie: 早上好，Henry、Mark.Henry: 你周末过得怎样，Sophie?Sophie: 我觉得很累。Mark: 怎么了？Sophie: 我在我的 1C+ 作业中碰到了一些让我很困惑的麻烦。Henry: 我们能帮你什么吗？Sophie: 我只知道班上C+的资料库，我不知道怎样正确的利用资料库去在我的应用中完成具体的功能。Henry: 也许你能在网上找到些有价值的信息。Sophie: 在哪能找到相关的信息？Mark: 你可以在 2Microsoft Developer Network上找到答案, 简称是MSDN, 一个微软为软件开发者提供资源的网站。地址是: /.Henry: 尤其这个 MSDN 资料库，是一个对用微软工具、产品、技术和服务的开发者必不可少的资源。MSDN 资料库包括了帮助和参考文件，样本密码，技术文章等等。你可以浏览内容表或者用搜索引擎找你需要的内容。Mark: 此外，我建议你访问一些第三方提供的软件开发资源网站，它们提供了大量的实际情况和相应的解决方案。Henry: 没错！例如，3 代码项目是一个网站，里面文章的读者主要是微软电脑程序员。文章有关于总体规划，界面设计，算法或合作的。大多数文章是访问者上传的，并且不是从外部资源提取。几乎每一篇文章都附有可以独立下载的源代码和范例。该代码项目包含了许多文章和与各种编程语言有关的代码：如C/C+ ， C#，Visual Basic，ASP，AJAX，SQL，等等。Mark: 是的，一旦你在代码项目中注册一个用户帐户，你可以上传自己的文章和代码供其他访问者浏览。Sophie：当我有一个没有得到合理解决的问题时，我能不能通过这些网站问其他开发者呢？ Mark: 可以的。网上有许多软件开发者的论坛和社区，你可以在那里同别人分享你庞大的资源和经验。Henry: 你可以访问和参加一些开发商论坛的网站，如“源伪造”和“专家交流”。该代码项目也有相当活跃的论坛，是一个相当不错的解决软件开发问题的资源。Sophie: 你们帮了我这么大的忙真是太感谢你们了！Henry & Mark: 这是我的荣幸。练习结对工作，并用以下材料进行一个类似的谈话情景：到Java开发者网站或在线论坛寻求帮助1 Java2 Sun Developer Network (SDN) 是一个Sun 开发者的社区，这是一个又大又多样化的充满在线和离线的资源的社区，它可以帮助你处理和解决你日常面对的技术问题。Sun开发者的核心竞争力在于能够连接发展的同行和供应及时服务，以支持整个开发生命周期。网址：/ 3 JavaWorld是自1996年起创办的原始、独立的资源，为Java开发商，建筑师，和管理人员提供服务。它以内容的高质量和每月多达100万的忠实游客而享有盛誉，JavaWorld的任务是通过出版实用、及时、并吸引人的以解决方案为导向的内容来指导和启发读者。听力理解：Intel英特尔公司是全球领先的半导体芯片制造商，其产品被应用于绝大多数的个人电脑。英特尔公司成立于1968年，总部设在加利福尼亚州圣克拉拉市，由早期半导体工业的两位巨头Gordon E. Moore和Robert N. Noyce以综合电子公司的名称创立。Moore先生因为其著名的摩尔定律而众所周知，定律声称，IC上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。Noyce先生是集成电路的共同发明者之一。英特尔公司第三位雇员是Andrew S. Grov