计算机硬件常识

1、计算机硬件常识上篇 计算机概说 计算机（Computer，电脑）是一种能接收和存储信息，并按照存储在其内部的程序（这些程序是人们意志的体现）对输入的信息进行加工、处理，然后把处理结果输出的高度自动化的电子设备。一、电子计算机的诞生 1、世界上第一台计算机ENIAC，1946年2月在美国诞生，它不具备现代计算机的主要原理特征-存储程序和程序控制。 2、世界上第一台按存储程序功能设计的计算机EDVAC，美国1946年开始设计，1950年研制完成。 3、世界上第一台实现存储程序功能的计算机EDSAC，英国1947开始设计，1949年5月投入运行。二、计算机的发展 电子计算机的发展按电子逻辑器件可划分

2、为4个阶段： 1、第一代计算机（从ENIAC问世20世纪50年代初期），电子管时代，用光屏管或汞延时电路作存储器，输入输出采用穿孔纸带或卡片。软件处于初始阶段，没有系统软件，语言只有机器语言或汇编语言。应用以科学计算为主。 2、第二代计算机（20世纪50年代中期20世纪60年代中期），晶体管时代，用磁芯和磁鼓做存储器，产生了高级程序设计语言和批量处理系统。应用领域扩大至数据处理和事务处理，并逐渐用于工业控制。 3、第三代计算机（20世纪60年代中期20世纪70年代初期），中小规模集成电路时代，主存储器开始采用半导体存储器，外存储器有磁盘和磁带，有了操作系统和标准化的程序设计语言和人机会话式的B

3、asic语言。不仅应用于科学计算，还应用于企业管理、自动控制、辅助设计和辅助制造等领域。 4、第四代计算机（20世纪70年代中期至今），大规模超大规模集成电路时代，计算机的应用涉及各个领域如办公自动化、数据库管理、图像识别、语音识别、专家系统，并且进入了家庭。三、计算机分类 计算机可按用途、规模或处理对象等多方面进行划分。 1、按用途划分 （1）通用机：适用解决多种一般问题，该类计算机使用领域广泛、通用性较强，在科学计算、数据处理和过程控制等多种用途中都能适应。 （2）专用机：用于解决某个特定方面的问题，配有为解决某问题的软件和硬件，如在生产过程自动化控制、工业智能仪表等专门应用。 2、按规模

4、划分 （1）巨型计算机：应用于国防尖端技术和现代科学计算中。巨型机的运算速度可达每秒百万亿次，研制巨型机是衡量一个国家经济实力和科学水平的重要标志。 （2）大/中型计算机：具有较高的运算速度，每秒可以执行几千万条指令，而且有较大的存储空间。往往用于科学计算、数据处理或作为网络服务器使用。 （3）小型计算机：规模较小、结构简单、运行环境要求较低，一般应用于工业自动控制、测量仪器、医疗设备中的数据采集等方面。小型机在用作巨型计算机系统的辅助机方面也起了重要作用。 （4）微型计算机：中央处理器（CPU）采用微处理器芯片，体积小巧轻便，广泛用于商业、服务业、工厂的自动控制、办公自动化以及大众化的信息处

5、理。 （5）工作站：以个人计算环境和分布式网络环境为前提的高机能计算机，工作站不单纯是进行数值计算和数据处理的工具，而且是支持人工智能作业的作业机，通过网络连接包含工作站在内的各种计算机可以互相进行信息的传送，资源、信息的共享，负载的分配。 （6）服务器：在网络环境下为多个用户提供服务的共享设备，一般分为文件服务器、打印服务器、计算服务器和通信服务器等。 3、按处理对象划分 （1）数字计算机：计算机处理时输入和输出的数值都是数字量。 （2）模拟计算机：处理的数据对象直接为连续的电压、温度、速度等模拟数据。 （3）数字模拟混合计算机：输入输出既可是数字也可是模拟数据。四、计算机的特点计算机是一种

6、高度自动化的信息处理设备。主要特点有处理速度快、计算精度高、记忆能力强、可靠的逻辑判断能力、可靠性高，通用性强。 1、处理速度快：计算机的运算速度用MIPS（每秒钟执行多少百万条指令）来衡量。 2、计算精度高：数的精度主要由表示这个数的二进制码的位数决定。 3、记忆能力强：存储器能存储大量的数据和计算机的程序。 4、可靠的逻辑判断能力：具有可靠的逻辑判断能力是计算机的一个重要特点，是计算机能实现信息处理自动化的重要原因。 5、可靠性高，通用性强。五、计算机的性能指标计算机的主要技术性能指标有主频、字长、内存容量、存取周期、运算速度及其他指标。 1、主频（时钟频率）：是指计算机CPU在单位时间内

7、输出的脉冲数。它在很大程度上决定了计算机的运行速度。单位MHz。 2、字长：是指计算机的运算部件能同时处理的二进制数据的位数。字长决定了计算机的运算精度。 3、内存容量：是指内存贮器中能存贮的信息总字节数。能常以8个二进制位(bit)作为一个字节（Byte）。 4、存取周期：存贮器连续二次独立的"读"或"写"操作所需的最短时间，单位来纳秒（ns,1ns=10-9s）。存储器完成一次"读"或"写"操作所需的时间称为存储器的访问时间（或读写时间）。 5、运算速度：是个综合性的指标，单位为MIPS（百万条指令/秒）。影响

8、运算速度的因素，主要是主频和存取周期，字长和存储容量也有影响。计算机的其他指标： 1、机器的兼容性（包括数据和文件的兼容、程序兼容、系统兼容和设备兼容） 2、系统的可靠性（平均无故障工作时间MTBF） 3、系统的可维护性（平均修复时间MTTR） 4、机器允许配置的外部设备的最大数目 5、计算机系统的汉字处理能力 6、数据库管理系统 7、网络功能 8、性能价格比（简称性价比）是一项综合性评价计算机性能的指标。六、计算机的应用领域 计算机的应用范围，按其应用特点可分为科学计算、信息处理、过程控制、计算机辅助系统、多媒体技术、计算机通信、人工智能。 1、科学计算：指计算机应用于完成科学研究和工程技术

9、中所提出的数学问题（数值计算）。一般要求计算机速度快、精度高，存储容量相对大。科学计算是计算机最早的应用方面。 2、信息处理：信息处理主要是指非数值形式的数据处理，包括对数据资料的收集、存储、加工、分类、排序、检索和发布等一系列工作。信息处理包括办公自动化（OA）、企业管理、情报检索、报刊编排处理等。特点是要处理的原始数据量大，而算术运算较简单，有大量的逻辑运算与判断，结果要求以表格或文件形式存储、输出。要求计算机的存储容量大，速度则不怎么要求。信息处理目前应用最广，占所有应用的80左右。 3、过程控制：把计算机用于科学技术、军事领域、工业、农业等各个领域的过程控制。且计算机控制系统中，需有专

10、门的数字-模拟转换设备和模拟-数字转换设备（称为D/A转换和A/D转换）。由于过程控制一般都是实时控制，有时对计算机速度的要求不高，但要求可靠性高、响应及时。 4、计算机辅助系统：有计算机辅助教学（CAI）、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）、计算机集成制造（CIMS）等系统。 5、多媒体技术，：把数字、文字、声音、图形、图像和动画等多种媒体有机组合起来，利用计算机、通信和广播电视技术，使它们建立起逻辑联系，并能进行加工处理（包括对这些媒体的录入、压缩和解压缩、存储、显示和传输等）的技术。目前多媒体计算机技术的应用领域正在不断拓宽，除了知识学习、电子图

11、书、商业及家庭应用外，在远程医疗、视频会议中都得到了极大的推广。 6、计算机通信：是计算机技术与通信技术结合的产物，计算机网络技术的发展将处在不同地域的计算机用通讯线路连接起来，配以相应的软件，达到资源共享的目的。 7、人工智能：研究解释和模拟人类智能、智能行为及其规律的一门学科。其主要任务是建立智能信息处理理论，进而设计可以展现某些近似于人类智能行为的计算系统。人工智能学科包括：知识工程、机器学习、模式识别、自然语言处理、智能机器人和神经计算等多方面的研究。中篇 计算机硬件部件一、计算机硬件 计算机硬件是计算机系统中各种设备的总称。计算机硬件应包括5个基本部分，即运算器、控制器、存储器、输入

12、设备、输出设备，上述各基本部件的功能各异。 运算器应能进行加、减、乘、除等基本运算。 存储器不仅能存放数据，而且也能存放指令，计算机应能区分是数据还是指令。 控制器应能自动执行指令。 操作人员可以通过输人、输出设备与主机进行通信。 计算机内部采用二进制来表示指令和数据。操作人员将编好的程序和原始数据送人主存储器中，然后启动计算机工作，计算机应在不需干预的情况下启动完成逐条取出指令和执行指令的任务。二、计算机基本部件    计算机由硬件系统和软件系统组成。其中，硬件系统由输入设备、主机和输出设备组成。基本部件有：   

13、0;CPU：CPU即中央处理器，是电脑的核心，电脑处理数据的能力和速度主要取决于CPU。通常用主频评价CPU的能力和速度，如P800CPU，表示主频为800MHz。   主板：也称主机板，是安装在主机机箱内的一块矩形电路板，上面安装有电脑的主要电路系统。主板的类型和档次决定着整个微机系统的类型和档次，主板的性能影响着整个微机系统的性能。主板上安装有控制芯片组BIOS芯片和各种输入输出接口、键盘和面板控制开关接口、指示灯插件、扩充插槽及直流电源供电接插件等元件。CPU、内存条插接在主板的相应插槽中，驱动器、电源等硬件连接在主板上。主板上的接口扩充插槽用于插接各种接口卡，这些接口卡扩展了

14、电脑的功能。常见接口卡有显示卡、声卡、网卡等。    内存储器：简称内存，用于存放当前待处理的信息和常用信息的半导体芯片。内存的最大特点是关机或断电数据便会丢失。按内存条与主板的连接方式有30线、72线和168线之分。目前装机常用168线、刷新时间为10ns、容量为64M或128M的SDRAM内存条。内存越大的电脑，能同时处理的信息量越大。    显示卡：又称显示器适配卡，是连接主机与显示器的接口卡。其作用是将主机的输出信息转换成字符、图形和颜色等信息，传送到显示器上显示。显示卡插在主板的ISA、PCI、AGP扩展插槽中，ISA显示卡

15、现已基本淘汰。    声卡：多媒体电脑中用来处理声音的接口卡。声卡可以把来自话筒、收录音机、激光唱机等设备的语音、音乐等声音变成数字信号交给电脑处理，并以文件形式存盘，还可以把数字信号还原成为真实的声音输出。声卡尾部的接口从机箱后侧伸出，上面有连接麦克风、音箱、游戏杆和MIDI设备的接口。    硬盘：在构成计算机系统的积木当中，硬盘的地位可以说是干系重大，因为不论你的CPU或内存的速度有多快，它们的绝大多数的指令和数据都来源于硬盘。硬盘的另一个特殊的作用就是作为所有应用软件和数据的载体。硬盘一直是存储介质的中坚力量，虽然无

16、论是容量还是性能方面都有了翻天覆地的变化，但是现在它作为个人电脑的主要存储设备的地位依然不可动摇。    光盘驱动器：读取光盘信息的设备。是多媒体电脑不可缺少的硬件配置。光盘存储容量大，价格便宜，保存时间长，适宜保存大量的数据，如声音、图像、动画、视频信息、电影等多媒体信息。光盘驱动器主要有三种，CDROM、CDR和CDR W，CDROM是只读光盘驱动器；CDR只能写入一次，以后不能改写；CDR W 是可写、可读光盘驱动器。目前一些高档机型已配置DVD驱动器。DVD盘片的容量为4.7GB，相当于CDROM光盘的7倍。DVD盘片可分为：DVDROM、DVDR（可一次

17、写入）、DVDRAM（可多次写入）和DVDRW（读和重写）。 软盘驱动器：读取与写入软盘信息的设备。软盘存储容量小保存时间短，仅用于临时保存小量的数据，而且容易损坏，现在逐渐从计算机配置中消失。软盘驱动器有5英寸和3.5英寸两种规格，对应的软盘为5英寸和3.5英寸两种规格。 另外，还有：常用的输入设备键盘、鼠标、话筒和摄像头；常用的输出设备显示器、打印机、耳机和音箱。下面具体介绍主板、CPU、内存、硬盘、显卡、声卡、网卡、显示器和键盘鼠标。鉴于目前主板大多数已经集成了声卡和网卡，有的主板还集成了显卡，因此，一台计算机的基本部件通常包括主板、CPU、内存、硬盘、板卡、显示器和键盘鼠标八大部件。三

18、、硬件系统方框图 实际的基本硬件系统由：供电设备电源、控制设备主板、处理设备CPU、存储设备内存和硬盘、输入设备键盘鼠标和光驱软驱、输出设备显卡和显示器以及音箱、网络设备网卡等部分组成。 其中，CPU、内存条、网卡、显卡和声卡插在主板上，网卡、显卡和声卡有时并不独立，而是集成在了主板上。 RAM并行口 FDP游戏接口 AGPPCI1 I DE1 IDE2PCI2PCI3PCI4 BIOS电池BIOS芯片PCI5硬盘扩充硬盘光驱软驱显示器 北 桥计算机基本硬件方框图电源互联网 CPU USB口 串行口扩充光驱南桥计算机面板 显示器 键盘 音箱鼠标四、基本部件的连接 1、电源供电 主板供电 内部设

19、备供电 外部设备供电 2、插接件 CPU、内存条 网卡、显卡和声卡 3、连接件 硬盘、光驱、软驱、 键盘、鼠标、音箱、显示器五、扩充部件的连接 1、打印机的连接 2、闪存盘、移动硬盘和摄像头的连接 3、线路输入和话筒的连接思考讨论题 1、计算机最基本的硬件系统由哪些部件组成？为什么？ 计算机最基本的硬件系统可以由主板、CPU、内存条、硬盘、显示器以及键盘鼠标组成，因为这些部件已经包括了计算机硬件的5个基本部分，即运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备，其中主板和CPU承担运算器和控制器功能，内存条和硬盘承担存储器功能，键盘鼠标为输入设备，显示器为输出设备。 2、列举硬件系统常见的扩充部件有

20、哪些？分别属于哪个基本部分？ 输入设备：光驱、软驱、手写板、手写笔、游戏手柄、扫描仪、摄像头和话筒 输出设备：刻录机、打印机、绘图仪、雕刻机、音箱和耳机 存储器：光盘、软盘、闪存盘和移动硬盘下篇 硬件基础知识一、关于主板 主板就是计算机里那块矩形的大电路板。 我们常见的主板是ATX主板。它是采用印刷电路板（PCB）制造而成。是在一种绝缘材料上采用电子印刷工艺制造的。市场上主要有4层板与6层板二种。常见的都是4层板。用6层PCB板设计的主板不易变形，稳定性大大提高。如果你有幸买到了6层板，那可绝对超值啊！哈！在主板的每层都布满了电路，所以，如果PCB板烧坏，比较轻的凭借我们工程师高超的技术，可以

21、通过搭明线维修，比较严重的话，这片主板的生命也就到此结束了！ 主板上面的零件看起来眼花缭乱，可他们都是非常有条有理的排列着。主要包括一个CPU插座；北桥芯片、南桥芯片、BIOS芯片等三大芯片；前端系统总线FSB、内存总线、图形总线AGP、数据交换总线HUB、外设总线PCI等五大总线；软驱接口FDD、通用串行设备接口USB、集成驱动电子设备接口IDE等七大接口。A、主板上的主要芯片 1、 北桥芯片MCH在CPU插座的左方是一个内存控制芯片，也叫北桥芯片、一般上面有一铝质的散热片。北桥芯片的主要功能是数据传输与信号控制。它一方面通过前端总线与CPU交换信号，另一方面又要与内存、AGP、南桥交换信号

22、。北桥芯片坏了以后的现象多为不亮，有时亮后也不断死机。如果工程师判定你的北桥芯片坏了，再如果你的主板又比较老的话，基本上就没有什么维修的价值了 2、 南桥芯片ICH4南桥芯片主要负责外部设备的数据处理与传输。比ICH4早的有ICH1、ICH2、ICH3，但它不支持USB2.0。而ICH4支持USB2.0。区分它们也很简单：南桥芯片上有82801AB82801BB82801CB82801DB分别对应ICH1ICH2ICH3ICH4。南桥芯片坏后的现象也多为不亮，某些外围设备不能用，比如IDE口、FDD口等不能用，也可能是南桥坏了。因为南北桥芯片比较贵，焊接又比较特殊，取下它们需要专门的BGA仪，

23、所以一般的维修点无法修复南北桥。 3、 BIOS芯片FWH它是把一些直接的硬件信息固化在一个只读存储器内。是软件和硬件之间这重要接口。系统启动时首先从它这里调用一些硬件信息，它的性能直接影响着系统软件与硬件的兼容性。例如一些早期的主板不支持大于二十G的硬盘等问题，都可以通过升级BIOS来解决。我们日常便用时遇到的一些与新设备不兼容的问题也可以通过升级来解决。如果你的主板突然不亮了，而CPU风扇仍在转动，那么你首先应该考虑BIOS芯片是否损坏。 4、 系统时钟发生器CLK在主板的中间位置有个晶振元件，它会产生一系列高频脉冲波，这些原始的脉冲波再输入到时钟发生器芯片内，经过整形与分频，然后分配给计

24、算机需要的各种频率。 5、 超级输入输出接口芯片I/O 它一般位于主板的左下方或左上方，主要芯片有Winbond 与ITE，它负责把键盘、鼠标、串口进来的串行数据转化为并行数据。同时也对并口与软驱口的数据进行处理。在我们的维修现场，诸如键盘与鼠标口坏，打印口坏等一些外设不能用，多为I/O芯片坏，有时甚至造成不亮的现象。 6、 声卡芯片因为现在的主板多数都集成了声卡，而且集成的多为AC97声卡芯片。当然，也有CMI的8738声卡芯片等。如果你的集成声卡没有声音，这儿坏了的可能性最大。B、主板上主要的插座 1、CPU插座目前所有的主板都采用了socket系列零拔力插座。早期的P3采用的socket

25、370插座，现在的P4多采用socket478/775 插座，早期的P4也有采用socket423插座的，intel 的服务器CPU如：至强（Xeon）则采用了socket603插座。Intel对CPU封装格式的不断变化让我们这些fan 们给他送了不少钱啊！不过近日听说intel下一代CPU的封装格式还是采用socket478的格式，这对于不断追求性能的DIYer们来说可是一个好消息啊。 2、内存总线插座现在市场上我们能见到的内存有SDRAM、DDRSDRAM、RAMBUS三种。SDRAM内存由于DDR内存的价格下调已经逐渐淡出市场，它采用168线插座，中间与左边有两个防反插断口；DDRSDR

26、AM由于非常高的性价比已经成为市场的主流。它采用184线插座，在中间只有一个防反插断口；RAMBUS内存虽然性能好，但是价格一直高踞不下，加上intel已经放弃了对它的支持，所以它的前途至今还只是一个悬念！它的插座采用184线RIMM插座，是在中间有两个防反插断口。 有些客户多次反映在845主板上有时内存认不全的现象，这是因为Iintel 845系列主板只能支持4个Bank (一个Bank可以理解为内存条的一面)，在845系列主板上一般设有三个内存插槽，而第二个插槽与第三个插槽共享二个Bank。所以，如果你在第二个与第三个插槽插的内存条为双面的256M，那么就只能认到一个256M。 3、AGP

27、图形总线插座它位于CPU插座的左边，呈棕色。它的频率为64MHZ。从速度上分为AGP2X，现在的多为AGP4X,也有一些主板已经支持AGP8X。由于不同的速度所需要的电压不同，所以一些主板不亮主要是用户把老的AGP2X显卡插在的新的AGP2X主板上，从而把AGP插座烧坏！令人欣慰的是一些新的主板已经在主板上集成了电压自动调节装置，它可以自动识别显卡的电压。 4、PCI总线插座它呈现为白色，在AGP插座的旁边，因主板不同，多少不等。它的频率为32MHZ。多插网卡，声卡等其它一些外设。 5、IDE设备接口它一般位于主板的下面。有四十针八十线。两个IDE口并在一起，有时一个呈绿色，表示它为IDE1。

28、因为系统首先检测IDE1，所以IDE1应该接系统引导硬盘。现在的主板多已支持ATA100，有得支持ATA133，但更高端的主板已经支持串行ATA，它是在并行传输速率无法进一步提高的情况下出现的一种新的、具有更高传输速度的技术，也将是下一代的主流技术。思考讨论题1.主板集成的网卡要千兆的才好吗？ 不一定。那要看你的用途和网络接入带宽。一般来说，网络入户的时候带宽有10M就不错了，一般主板带的百兆网卡都能满足需求，当然如果是服务器的话，数据吞吐量较大，需要千兆的网卡。打个比方，水流本来就不大，那么水龙头开得再大，水流也不会增大。2.主板北桥芯片名称后缀的P、G等字母代表什么意思？ 在Intel芯片

29、这方面，带G的都有集成显卡，但GL、GV没有AGP扩展槽。带P就是除集成显卡以外完整的主板布置，后缀加E是对产品的改进、增强版本。3.我该买什么品牌的主板？ 主板不同于其他配件，是系统的基础部分，大厂和小厂产品之间的差异很大，因此选购合适的品牌非常重要。就目前市场观察的情况来看，单从品质而言，大致的品牌排序如下：Intel：华硕（ASUS）  技嘉（GIGABYTE）  微星（MSI）  英特尔（Intel）  磐正（EPOX）AMD：磐正（EPOX）  华硕（ASUS）  

30、升技（Abit）  MSI（微星）  硕泰克（SOLTEK）品质只是一方面，加上价格等等的因素，具体要哪款要靠用户自己选择。4.华硕的东西没有性价比吗？ 不要认为我是在这儿做广告，我只是在陈述事实。性价比这个概念不光取决于价格，并非价格贵的东西就没有性价比了。没错，华硕的东西贵是贵了，但是它的高性能和稳定性无可挑剔。这个问题其实普遍存在于市场，例如IBM的笔记本等等。二、关于CPU 凡是懂得点电脑的朋友，都应该对“频率”两个字熟悉透了吧！作为机器的核心CPU的频率当然是非常重要的，因为它能直接影响机器的性能。那么，您是否对CPU频率方面的问题了解得很透彻

31、呢？现介绍CPU 的基本参数和结构性能如下： 1、主频 所谓主频，也就是CPU正常工作时的时钟频率，从理论上讲CPU的主频越高，它的速度也就越快，因为频率越高，单位时钟周期内完成的指令就越多，从而速度也就越快了。但是由于各种CPU内部结构的差异（如缓存、指令集），并不是时钟频率相同速度就相同，比如PIII和赛扬，雷鸟和DURON，赛扬和DURON，PIII与雷鸟，在相同主频下性能都不同程度的存在着差异。 主频也叫时钟频率，单位是MHz，用来表示CPU的运算速度。CPU的主频外频×倍频系数。很多人认为主频就决定着CPU的运行速度，这不仅是个片面的，而且对于服务器来讲，这个认识也出现了偏

32、差。至今，没有一条确定的公式能够实现主频和实际的运算速度两者之间的数值关系，即使是两大处理器厂家Intel和AMD，在这点上也存在着很大的争议，我们从Intel的产品的发展趋势，可以看出Intel很注重加强自身主频的发展。像其他的处理器厂家，有人曾经拿过一快1G的全美达来做比较，它的运行效率相当于2G的Intel处理器。  所以，CPU的主频与CPU实际的运算能力是没有直接关系的，主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度。在Intel的处理器产品中，我们也可以看到这样的例子：1 GHz Itanium芯片能够表现得差不多跟2.66 GHz Xe

33、on/Opteron一样快，或是1.5 GHz Itanium 2大约跟4 GHz Xeon/Opteron一样快。CPU的运算速度还要看CPU的流水线的各方面的性能指标。当然，主频和实际的运算速度是有关的，只能说主频仅仅是CPU性能表现的一个方面，而不代表CPU的整体性能。  2、外频外频是CPU的基准频率，单位也是MHz。CPU的外频决定着整块主板的运行速度。说白了，在台式机中，我们所说的超频，都是超CPU的外频（当然一般情况下，CPU的倍频都是被锁住的）相信这点是很好理解的。但对于服务器CPU来讲，超频是绝对不允许的。前面说到C

34、PU决定着主板的运行速度，两者是同步运行的，如果把服务器CPU超频了，改变了外频，会产生异步运行，（台式机很多主板都支持异步运行）这样会造成整个服务器系统的不稳定。 由于外频不断提高，渐渐地提高到其他设备无法承受了，因此出现了分频技术（其实这是主板北桥芯片的功能）。分频技术就是通过主板的北桥芯片将CPU外频降低，然后再提供给各插卡、硬盘等设备。早期的66MHz外频时代是PCI设备2分频，AGP设备不分频；后来的100MHz外频时代则是PCI设备3分频，AGP设备2/3分频（有些100MHz的北桥芯片也支持PCI设备4分频）；目前的北桥芯片一般都支持133MHz外频，即PCI设备4分频、AGP设

35、备2分频。总之，在标准外频（66MHz、100MHz、133MHz）下北桥芯片必须使PCI设备工作在33MHz，AGP设备工作在66MHz，才能说该芯片能正式支持该种外频。 CPU超频其实就是通过提高外频或者倍频的手段来提高CPU主频从而提升整个系统的性能。超频的历史已经很久远（其实也就几年），但是真正为大家所喜爱则是从赛扬系列的出产而开始的，其中赛扬300A超450、366超550直到今天还为人们所津津乐道。而它们就是通过将赛扬CPU的66MHz外频提升到100MHz从而提升了CPU的主频。而早期的DURON超频则与赛扬不同，它是通过破解倍频锁然后提升倍频的方式来提高频率。总的看来，超倍频比

36、超外频更稳定，因为超倍频没有改变外频，也就不会影响到其他设备的正常运作；但是如果超外频，就可能遇到非标准外频如75MHz、83MHz、112MHz等，这些情况下由于分频技术的限制，致使其他设备都不能工作在正常的频率下，从而可能造成系统的不稳定，甚至出现硬盘数据丢失、严重的可能损坏。因此，在这里告诫大家：超频虽有好处，但是也十分危险，所以请大家慎重超频！ 目前的绝大部分电脑系统中外频也是内存与主板之间的同步运行的速度，在这种方式下，可以理解为CPU的外频直接与内存相连通，实现两者间的同步运行状态。外频与前端总线(FSB)频率很容易被混为一谈，下面的前端总线介绍我们谈谈两者的区别。 3、前端总线(

37、FSB)频率前端总线(FSB)频率(即总线频率)是直接影响CPU与内存直接数据交换速度。有一条公式可以计算，即数据带宽(总线频率×数据带宽)/8，数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率。比方，现在的支持64位的至强Nocona，前端总线是800MHz，按照公式，它的数据传输最大带宽是6.4GB/秒。 外频与前端总线(FSB)频率的区别：前端总线的速度指的是数据传输的速度，外频是CPU与主板之间同步运行的速度。也就是说，100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一千万次；而100MHz前端总线指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是100MHz×64bit&

38、#247;8Byte/bit=800MB/s。 其实现在“HyperTransport”构架的出现，让这种实际意义上的前端总线(FSB)频率发生了变化。之前我们知道IA-32架构必须有三大重要的构件：内存控制器Hub (MCH) ,I/O控制器Hub和PCI Hub，像Intel很典型的芯片组 Intel 7501、Intel7505芯片组，为双至强处理器量身定做的，它们所包含的MCH为CPU提供了频率为533MHz的前端总线，配合DDR内存，前端总线带宽可达到4.3GB/秒。但随着处理器性能不断提高同时给系统架构带来了很多问题。而“Hyper

39、Transport”构架不但解决了问题，而且更有效地提高了总线带宽，比方AMD Opteron处理器，灵活的HyperTransport I/O总线体系结构让它整合了内存控制器，使处理器不通过系统总线传给芯片组而直接和内存交换数据。这样的话，前端总线(FSB)频率在AMD Opteron处理器就不知道从何谈起了。 4、CPU的位和字长位：在数字电路和电脑技术中采用二进制，代码只有“0”和“1”，其中无论是 “0”或是“1”在CPU中都是 一“位”。字长：电脑技术中对CPU在单位时间内(同一时间)能一次处理的二进制数的位数叫字长。所以能处理字长为

40、8位数据的CPU通常就叫8位的CPU。同理32位的CPU就能在单位时间内处理字长为32位的二进制数据。字节和字长的区别：由于常用的英文字符用8位二进制就可以表示，所以通常就将8位称为一个字节。字长的长度是不固定的，对于不同的CPU、字长的长度也不一样。8位的CPU一次只能处理一个字节，而32位的CPU一次就能处理4个字节，同理字长为64位的CPU一次可以处理8个字节。 5、倍频系数倍频系数是指CPU主频与外频之间的相对比例关系。在相同的外频下，倍频越高CPU的频率也越高。但实际上，在相同外频的前提下，高倍频的CPU本身意义并不大。这是因为CPU与系统之间数据传输速度是有限的，一味追求高倍频而得

41、到高主频的CPU就会出现明显的“瓶颈”效应CPU从系统中得到数据的极限速度不能够满足CPU运算的速度。一般除了工程样版的Intel的CPU都是锁了倍频的，而AMD之前都没有锁。 6、缓存缓存大小也是CPU的重要指标之一，而且缓存的结构和大小对CPU速度的影响非常大，CPU内缓存的运行频率极高，一般是和处理器同频运作，工作效率远远大于系统内存和硬盘。实际工作时，CPU往往需要重复读取同样的数据块，而缓存容量的增大，可以大幅度提升CPU内部读取数据的命中率，而不用再到内存或者硬盘上寻找，以此提高系统性能。但是由于CPU芯片面积和成本的因素来考虑，缓存都很小。 L1Cache(一级缓存)是CPU第一

42、层高速缓存，分为数据缓存和指令缓存。内置的L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大，不过高速缓冲存储器均由静态RAM组成，结构较复杂，在CPU管芯面积不能太大的情况下，L1级高速缓存的容量不可能做得太大。一般服务器CPU的L1缓存的容量通常在32256KB。L2Cache(二级缓存)是CPU的第二层高速缓存，分内部和外部两种芯片。内部的芯片二级缓存运行速度与主频相同，而外部的二级缓存则只有主频的一半。L2高速缓存容量也会影响CPU的性能，原则是越大越好，现在家庭用CPU容量最大的是512KB，而服务器和工作站上用CPU的L2高速缓存更高达256-1MB，有的高达2MB或者3MB。 L3C

43、ache(三级缓存)，分为两种，早期的是外置，现在的都是内置的。而它的实际作用即是，L3缓存的应用可以进一步降低内存延迟，同时提升大数据量计算时处理器的性能。降低内存延迟和提升大数据量计算能力对游戏都很有帮助。而在服务器领域增加L3缓存在性能方面仍然有显著的提升。比方具有较大L3缓存的配置利用物理内存会更有效，故它比较慢的磁盘I/O子系统可以处理更多的数据请求。具有较大L3缓存的处理器提供更有效的文件系统缓存行为及较短消息和处理器队列长度。 其实最早的L3缓存被应用在AMD发布的K6-III处理器上，当时的L3缓存受限于制造工艺，并没有被集成进芯片内部，而是集成在主板上。在只能够和系统总线频率

44、同步的L3缓存同主内存其实差不了多少。后来使用L3缓存的是英特尔为服务器市场所推出的Itanium处理器。接着就是P4EE和至强MP。Intel还打算推出一款9MB L3缓存的Itanium2处理器，和以后24MB L3缓存的双核心Itanium2处理器。 但基本上L3缓存对处理器的性能提高显得不是很重要，比方配备1MB L3缓存的Xeon MP处理器却仍然不是Opteron的对手，由此可见前端总线的增加，要比缓存增加带来更有效的性能提升。 7、CPU扩展指令集CPU依靠指令来计算和控制系统，每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。

45、指令的强弱也是CPU的重要指标，指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。从现阶段的主流体系结构讲，指令集可分为复杂指令集和精简指令集两部分，而从具体的运用来看，如生产制造CPU的Intel公司采用的MMX（Multi Media Extended）、SSE、 SSE2（Streaming-Single instruction multiple data-Extensions 2）、SEE3和AMD的3DNow!等都是CPU的扩展指令集，分别增强了CPU的多媒体、图形图象和Internet等的处理能力。我们通常会把CPU的扩

46、展指令集称为"CPU的指令集"。SSE3指令集也是目前规模最小的指令集，此前MMX包含有57条命令，SSE包含有50条命令，SSE2包含有144条命令，SSE3包含有13条命令。目前SSE3也是最先进的指令集，英特尔Prescott处理器已经支持SSE3指令集，AMD会在未来双核心处理器当中加入对SSE3指令集的支持，全美达的处理器也将支持这一指令集。 8、CPU内核和I/O工作电压从586CPU开始，CPU的工作电压分为内核电压和I/O电压两种，通常CPU的核心电压小于等于I/O电压。其中内核电压的大小是根据CPU的生产工艺而定，一般制作工艺越小，内核工作电压越低；I/O

47、电压一般都在1.65V。低电压能解决耗电过大和发热过高的问题。 9、制造工艺制造工艺的微米是指IC内电路与电路之间的距离。制造工艺的趋势是向密集度愈高的方向发展。密度愈高的IC电路设计，意味着在同样大小面积的IC中，可以拥有密度更高、功能更复杂的电路设计。现在主要的180nm、130nm、90nm。最近官方已经表示有65nm的制造工艺了。10、指令集（1）CISC指令集CISC指令集，也称为复杂指令集，英文名是CISC，（Complex Instruction Set Computer的缩写）。在CISC微处理器中，程序的各条指令是按顺序串行执行的，每条指令中的各

48、个操作也是按顺序串行执行的。顺序执行的优点是控制简单，但计算机各部分的利用率不高，执行速度慢。其实它是英特尔生产的x86系列（也就是IA-32架构）CPU及其兼容CPU，如AMD、VIA的。即使是现在新起的X86-64（也被成AMD64）都是属于CISC的范畴。 要知道什么是指令集还要从当今的X86架构的CPU说起。X86指令集是Intel为其第一块16位CPU(i8086)专门开发的，IBM1981年推出的世界第一台PC机中的CPUi8088(i8086简化版)使用的也是X86指令，同时电脑中为提高浮点数据处理能力而增加了X87芯片，以后就将X86指令集和X87指令集统称为X86指令集。虽然

49、随着CPU技术的不断发展，Intel陆续研制出更新型的i80386、i80486直到过去的PII至强、PIII至强、Pentium 3，最后到今天的Pentium 4系列、至强（不包括至强Nocona），但为了保证电脑能继续运行以往开发的各类应用程序以保护和继承丰富的软件资源，所以Intel公司所生产的所有CPU仍然继续使用X86指令集，所以它的CPU仍属于X86系列。由于Intel X86系列及其兼容CPU（如AMD Athlon MP、）都使用X86指令集，所以就形成了今天庞大的X86系列及兼容CPU阵容。x86CPU目前主要有intel的

50、服务器CPU和AMD的服务器CPU两类。（2）RISC指令集RISC是英文“Reduced Instruction Set Computing ” 的缩写，中文意思是“精简指令集”。它是在CISC指令系统基础上发展起来的，有人对CISC机进行测试表明，各种指令的使用频度相当悬殊，最常使用的是一些比较简单的指令，它们仅占指令总数的20，但在程序中出现的频度却占80。复杂的指令系统必然增加微处理器的复杂性，使处理器的研制时间长，成本高。并且复杂指令需要复杂的操作，必然会降低计算机的速度。基于上述原因，20世纪80年代RISC型CPU诞生了，相对于C

51、ISC型CPU ,RISC型CPU不仅精简了指令系统，还采用了一种叫做“超标量和超流水线结构”，大大增加了并行处理能力。RISC指令集是高性能CPU的发展方向。它与传统的CISC(复杂指令集)相对。相比而言，RISC的指令格式统一，种类比较少，寻址方式也比复杂指令集少。当然处理速度就提高很多了。目前在中高档服务器中普遍采用这一指令系统的CPU，特别是高档服务器全都采用RISC指令系统的CPU。RISC指令系统更加适合高档服务器的操作系统UNIX，现在Linux也属于类似UNIX的操作系统。RISC型CPU与Intel和AMD的CPU在软件和硬件上都不兼容。 目前，在中高档服务器中采用

52、RISC指令的CPU主要有以下几类：PowerPC处理器、SPARC处理器、PA-RISC处理器、MIPS处理器、Alpha处理器。（3）IA-64 EPIC（Explicitly Parallel Instruction Computers，精确并行指令计算机）是否是RISC和CISC体系的继承者的争论已经有很多，单以EPIC体系来说，它更像Intel的处理器迈向RISC体系的重要步骤。从理论上说，EPIC体系设计的CPU，在相同的主机配置下，处理Windows的应用软件比基于Unix下的应用软件要好得多。 Intel采用EPIC技术的服务器CPU是安腾Itan

53、ium（开发代号即Merced）。它是64位处理器，也是IA64系列中的第一款。微软也已开发了代号为Win64的操作系统，在软件上加以支持。在Intel采用了X86指令集之后，它又转而寻求更先进的64-bit微处理器，Intel这样做的原因是，它们想摆脱容量巨大的x86架构,从而引入精力充沛而又功能强大的指令集，于是采用EPIC指令集的IA-64架构便诞生了。IA-64 在很多方面来说，都比x86有了长足的进步。突破了传统IA32架构的许多限制，在数据的处理能力，系统的稳定性、安全性、可用性、可观理性等方面获得了突破性的提高。 IA-64微处理器最大的缺陷是它们缺乏与x86的兼容，而

54、Intel为了IA-64处理器能够更好地运行两个朝代的软件，它在IA-64处理器上（Itanium、Itanium2 ）引入了x86-to-IA-64的解码器，这样就能够把x86指令翻译为IA-64指令。这个解码器并不是最有效率的解码器，也不是运行x86代码的最好途径（最好的途径是直接在x86处理器上运行x86代码），因此Itanium 和Itanium2在运行x86应用程序时候的性能非常糟糕。这也成为X86-64产生的根本原因。（4）X86-64 （AMD64 / EM64T） AMD公司设计，可以在同一时间内处理64位的整数运算，并兼容于X

55、86-32架构。其中支持64位逻辑定址，同时提供转换为32位定址选项；但数据操作指令默认为32位和8位，提供转换成64位和16位的选项；支持常规用途寄存器，如果是32位运算操作，就要将结果扩展成完整的64位。这样，指令中有“直接执行”和“转换执行”的区别，其指令字段是8位或32位，可以避免字段过长。 x86-64（也叫AMD64）的产生也并非空穴来风，x86处理器的32bit寻址空间限制在4GB内存，而IA-64的处理器又不能兼容x86。AMD充分考虑顾客的需求，加强x86指令集的功能，使这套指令集可同时支持64位的运算模式，因此AMD把它们的结构称之为x86-64。在技术上AMD在x86-6

56、4架构中为了进行64位运算，AMD为其引入了新增了R8-R15通用寄存器作为原有X86处理器寄存器的扩充，但在而在32位环境下并不完全使用到这些寄存器。原来的寄存器诸如EAX、EBX也由32位扩张至64位。在SSE单元中新加入了8个新寄存器以提供对SSE2的支持。寄存器数量的增加将带来性能的提升。与此同时，为了同时支持32和64位代码及寄存器，x86-64架构允许处理器工作在以下两种模式：Long Mode(长模式)和Legacy Mode(遗传模式)，Long模式又分为两种子模式(64bit模式和Compatibility mode兼容模式)。该标准已经被引进在

57、AMD服务器处理器中的Opteron处理器。 而今年也推出了支持64位的EM64T技术，再还没被正式命为EM64T之前是IA32E，这是英特尔64位扩展技术的名字,用来区别X86指令集。Intel的EM64T支持64位sub-mode，和AMD的X86-64技术类似，采用64位的线性平面寻址，加入8个新的通用寄存器（GPRs），还增加8个寄存器支持SSE指令。与AMD相类似，Intel的64位技术将兼容IA32和IA32E，只有在运行64位操作系统下的时候，才将会采用IA32E。IA32E将由2个sub-mode组成：64位sub-mode和32位sub-mode，同AMD64一样是向下兼容的

58、。Intel的EM64T将完全兼容AMD的X86-64技术。现在Nocona处理器已经加入了一些64位技术，Intel的Pentium 4E处理器也支持64位技术。 应该说，这两者都是兼容x86指令集的64位微处理器架构，但EM64T与AMD64还是有一些不一样的地方，AMD64处理器中的NX位在Intel的处理器中将没有提供。11、超流水线与超标量在解释超流水线与超标量前，先了解流水线(pipeline)。流水线是Intel首次在486芯片中开始使用的。流水线的工作方式就象工业生产上的装配流水线。在CPU中由56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X86指令分成56步后再由这些电路单元分别执行，这样就能实现在一个CPU时钟