第3章微型计算机硬件组成

第3章微型计算机硬件组成第一页，共29页。3.1.5输入/输出设备

I/O设备与处理器间的连接数据寄存器P0控制寄存器P1状态寄存器P2I/O设备数据寄存器:用来存放主机与外设之间传送的数据控制寄存器：用来存放处理器发给外设的命令信息状态寄存器:用来保存外设及接口的状态信息第二页，共29页。系统总线外部设备接口电路微处理器存储器数据总线控制总线地址总线微处理器、总线、存储器、接口电路和外设逻辑关系

第三页，共29页。总线分类地址总线:传输地址信息单向数据总线:传输数据信息双向控制总线:传输控制信息各向内部总线：连接CPU的各个组成部件（芯片内部）系统总线：连接计算机中各大部件外部总线：连接计算机和外部设备连接对象传输对象并行总线:通信速度快、实时性好串行总线:简易、方便、灵活

通信方式

第四页，共29页。3.1.4总线与输入/输出接口电路处理器存储子系统I/O子系统总线：微处理器与各部件和外围设备共用的连接线路第五页，共29页。移动存储产品

磁光技术移动存储产品磁盘技术与光技术结合

Flash存储设备闪存芯片为存储介质采用USB的接口可擦写100万次以上

第六页，共29页。硬盘的磁道、扇区、柱面柱面扇区磁道硬盘片是由涂有磁性材料的铝合金构成读写硬盘时，磁性圆盘高速旋转产生的托力使磁头悬浮在盘面上而不接触盘面硬盘容量视具体类型而定硬盘硬盘片读写磁头第七页，共29页。（1）软盘用表面涂有磁性材料柔软的聚酯材料制成。读写软盘时，磁头直接接触盘面。常用软盘容量为1.44MB新型磁盘具有100MB~250MB容量（2）光盘衡量光盘驱动器传输数据速率的指标叫做倍速，一倍速率=150KB/s常用：只读型光盘CD-ROM一次性可写入光盘CD-R，需要光盘刻录机完成数据的写入后继产品DVD-ROM，DVD-ROM一倍速率是1.3MB/s外部存储器写保护读写窗第八页，共29页。（1）随机存取存储器(RandomAccessMemory，简称RAM)RAM通常指计算机主存，使用动态随机存储器，制作成内存条形式出现。CPU对它们既可读出又可写入数据。（2）只读存储器(ReadonlyMemory，简称ROM)CPU对它们只取不存，其信息用户无法修改。断电时信息不会丢失。ROM中一般存放计算机系统管理程序。（3）高速缓冲存储器Cache是介于CPU和内存之间的一种可高速存取信息的芯片，用于解决它们之间的速度冲突问题。内部存储器CPUCacheRAM第九页，共29页。内部存储器访问速度快信息暂时性相对价格高外部存储器访问速度慢信息永久性相对价格低3.1.3存储器微型计算机存储器分内部存储器和外部存储器第十页，共29页。CPU•CPU字长：单位时间内一次处理的二进制数的位数。•CPU外频：CPU总线频率

•CPU主频：CPU内核电路的实际工作频率•生产工艺技术：通常用微米数字来描述

第十一页，共29页。PC99规范要求主板各接口必须采用有色识别标识，方便识别3.1.2系统主板内存总线插槽接口卡CPU串行接口USB接口芯片组优化板上元件布局配合ATX电源，实现软关机Modem远程遥控开关机需要配合专门的ATX机箱使用主板：AT结构和ATX结构ATX新型主板结构规范：第十二页，共29页。系统主板（又称母板）CPU硬盘驱动器DVD-ROM驱动器软盘驱动器显示器适配器内存电源微型计算机主机构成第十三页，共29页。微机基本结构显示器、键盘和主机第十四页，共29页。常见微机系统计算机、电视、影音三模式

平板电脑

家庭网络计算机

移动计算机

第十五页，共29页。3.1微型计算机硬件系统

3.1.1微型计算机概述

晶体管数10K100K1M10M100M197519801985199519902000单位时间执行的指令数百万条/每秒0.111025500400480808088828683868486Pentium2000年的微处理器每2年芯片能力增长一倍摩尔定律晶体管数目4004奔腾2,30042,000,00032年P43,500,000单位面积芯片上的晶体管数量大约每18个月增加一倍

1965年，英特尔的创始人GordonMoore提出；1975年，摩尔又修正了摩尔定律，他认为，每隔24个月，晶体管的数量将翻番第十六页，共29页。第3章微型计算机硬件组成计算机与通信学院丁政建第十七页，共29页。3.1微型计算机硬件系统

3.1.2主板与CPU1．主板控制芯片组CPU插座BIOS芯片内存条插槽软盘接口、硬盘接口并行接口、串行接口、USB（UniversalSerialBus，通用串行总线）接口AGP（AdvancedGraphicsPort，加速图形接口）总线扩展槽PCI（PeripheralComponentInterconnect）局部总线扩展槽ISA（IndustryStandardArchitecture）总线扩展槽键盘和鼠标接口以及连接其它部件的接口等。第十八页，共29页。主板第十九页，共29页。NorthBridge第二十页，共29页。红圈为北桥芯片，蓝圈为南桥芯片

北桥芯片担负CPU、内存、AGP显卡之间的数据、指令的交换、控制和传输任务，因此北桥芯片是主板上最接近CPU插座的芯片。而南桥芯片则负责外部存储器（硬盘、光驱）以及其他硬件资源（USB、PCI、ISA等设备）的控制、调配及传输任务，因此南桥芯片远离CPU插座而接近外部存储器接口。

第二十一页，共29页。第二十二页，共29页。3.1微型计算机硬件系统

3.1.2主板与CPU

主板根据标准分为AT结构和ATX结构等。AT结构的主板最初应用于IBMPC/AT机上，并且因此而得名。Intel公司后来又提出了一种新型主板结构规范，名为ATX（ATeXternal），它针对AT主板的缺点，对主板上的元件布局做了优化，配合ATX电源，还可以实现软关机（SoftShutDown，通过程序完成关机）和Modem远程遥控开关机（Remoteon）等先进功能。ATX主板需要配合专门的ATX机箱使用。1997年Intle公司又推出了Micro-ATX结构，通过减少插槽的数量来缩小主板尺寸，使用了功率更小的电源。第二十三页，共29页。3.1微型计算机硬件系统

3.1.2主板与CPU

芯片组

是主板的灵魂，它决定了主板的结构及CPU的使用。芯片组就像人体的中枢神经一样，控制着整个主板的运作。芯片组外观就是集成块，根据芯片的功能，有时把它们叫做“南桥”和“北桥”。北桥芯片担负CPU、内存、AGP显卡之间的数据、指令的交换、控制和传输任务，因此北桥芯片是主板上最接近CPU插座的芯片。而南桥芯片则负责外部存储器（硬盘、光驱）以及其他硬件资源（USB、PCI、ISA等设备）的控制、调配及传输任务，因此南桥芯片远离CPU插座而接近外部存储器接口。

第二十四页，共29页。3.1微型计算机硬件系统

3.1.2主板与CPU

芯片组

在主板芯片的开发研究方面，Intel公司居龙头老大地位，其设计的芯片组市场占有量超过90%，此外，还有SIS、VIA、Nvidia等厂商生产的芯片。目前的主流芯片组是845系列，2003年5月，Intel揭开了微型计算机最新的一页，正式推出开发代号为Springdale的865G/PE/P系列芯片组，全方位解决原有平台的瓶颈问题。主要具备以下技术特点：支持双通道DDR400内存规格；865系列分为865G,865P/PE,875系列有875P,它们将支持800MHz的FSB频率,双通道DDR400超线程技术,千兆以太网接口，提供对AGP8X的支持,使AGP带宽从1.06GB/s提升至2.1GB/s,SerialATA等新标准。915P以上芯片组。第二十五页，共29页。3.1微型计算机硬件系统

3.1.2主板与CPU

CPU

超线程

64位

多核：AMDAthlon64X23800+；Intel双核PD820；Sun公司开发出了8个内核的NiagaraCPU芯片第二十六页，共29页。

CPU的执行单元都没有被充分使用

。如果CPU不能正常读取数据(总线/内存的瓶颈)，其执行单元利用率会明显下降。另外就是目前大多数执行线程缺乏ILP(Instruction-LevelParallelism，多种指令同时执行)支持。这些都造成了目前CPU的性能没有得到全部的发挥。因此，Intel则采用另一个思路去提高CPU的性能，让CPU可以同时执行多重线程，就能够让CPU发挥更大效率，即所谓“超线程(Hyper-Threading，简称“HT”)”技术。超线程技术就是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，让单个处理器都能使用线程级并行计算，进而兼容多线程操作系统和软件，减少了CPU的闲置时间，提高的CPU的运行效率。

超线程第二十七页，共29页。

采用超线程及时可在同一时间里，应用程序可以使用芯片的不同部分。虽然单线程芯片每秒钟能够处理成千上万条指令，但是在任一时刻只能够对一条指令进行操作。而超线程技术可以使芯片同时进行多线程处理，使芯片性能得到提升。超线程技术是在一颗CPU同时执行多个程序而共同分享一颗CPU内的资源，理论上要像两颗CPU一样在同一时间执行两个线程，P4处理器需要多加入一个LogicalCPUPointer(逻辑处理单元)。因此新一代的P4HT