第3章微型計(jì)算機(jī)硬件組成第一頁(yè)，共29頁(yè)。3.1.5輸入/輸出設(shè)備

I/O設(shè)備與處理器間的連接數(shù)據(jù)寄存器P0控制寄存器P1狀態(tài)寄存器P2I/O設(shè)備數(shù)據(jù)寄存器:用來(lái)存放主機(jī)與外設(shè)之間傳送的數(shù)據(jù)控制寄存器：用來(lái)存放處理器發(fā)給外設(shè)的命令信息狀態(tài)寄存器:用來(lái)保存外設(shè)及接口的狀態(tài)信息第二頁(yè)，共29頁(yè)。系統(tǒng)總線外部設(shè)備接口電路微處理器存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)總線控制總線地址總線微處理器、總線、存儲(chǔ)器、接口電路和外設(shè)邏輯關(guān)系

第三頁(yè)，共29頁(yè)。總線分類地址總線:傳輸?shù)刂沸畔蜗驍?shù)據(jù)總線:傳輸數(shù)據(jù)信息雙向控制總線:傳輸控制信息各向內(nèi)部總線：連接CPU的各個(gè)組成部件（芯片內(nèi)部）系統(tǒng)總線：連接計(jì)算機(jī)中各大部件外部總線：連接計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備連接對(duì)象傳輸對(duì)象并行總線:通信速度快、實(shí)時(shí)性好串行總線:簡(jiǎn)易、方便、靈活

通信方式

第四頁(yè)，共29頁(yè)。3.1.4總線與輸入/輸出接口電路處理器存儲(chǔ)子系統(tǒng)I/O子系統(tǒng)總線：微處理器與各部件和外圍設(shè)備共用的連接線路第五頁(yè)，共29頁(yè)。移動(dòng)存儲(chǔ)產(chǎn)品

磁光技術(shù)移動(dòng)存儲(chǔ)產(chǎn)品磁盤技術(shù)與光技術(shù)結(jié)合

Flash存儲(chǔ)設(shè)備閃存芯片為存儲(chǔ)介質(zhì)采用USB的接口可擦寫100萬(wàn)次以上

第六頁(yè)，共29頁(yè)。硬盤的磁道、扇區(qū)、柱面柱面扇區(qū)磁道硬盤片是由涂有磁性材料的鋁合金構(gòu)成讀寫硬盤時(shí)，磁性圓盤高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的托力使磁頭懸浮在盤面上而不接觸盤面硬盤容量視具體類型而定硬盤硬盤片讀寫磁頭第七頁(yè)，共29頁(yè)。（1）軟盤用表面涂有磁性材料柔軟的聚酯材料制成。讀寫軟盤時(shí)，磁頭直接接觸盤面。常用軟盤容量為1.44MB新型磁盤具有100MB~250MB容量（2）光盤衡量光盤驅(qū)動(dòng)器傳輸數(shù)據(jù)速率的指標(biāo)叫做倍速，一倍速率=150KB/s常用：只讀型光盤CD-ROM一次性可寫入光盤CD-R，需要光盤刻錄機(jī)完成數(shù)據(jù)的寫入后繼產(chǎn)品DVD-ROM，DVD-ROM一倍速率是1.3MB/s外部存儲(chǔ)器寫保護(hù)讀寫窗第八頁(yè)，共29頁(yè)。（1）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RandomAccessMemory，簡(jiǎn)稱RAM)RAM通常指計(jì)算機(jī)主存，使用動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，制作成內(nèi)存條形式出現(xiàn)。CPU對(duì)它們既可讀出又可寫入數(shù)據(jù)。（2）只讀存儲(chǔ)器(ReadonlyMemory，簡(jiǎn)稱ROM)CPU對(duì)它們只取不存，其信息用戶無(wú)法修改。斷電時(shí)信息不會(huì)丟失。ROM中一般存放計(jì)算機(jī)系統(tǒng)管理程序。（3）高速緩沖存儲(chǔ)器Cache是介于CPU和內(nèi)存之間的一種可高速存取信息的芯片，用于解決它們之間的速度沖突問(wèn)題。內(nèi)部存儲(chǔ)器CPUCacheRAM第九頁(yè)，共29頁(yè)。內(nèi)部存儲(chǔ)器訪問(wèn)速度快信息暫時(shí)性相對(duì)價(jià)格高外部存儲(chǔ)器訪問(wèn)速度慢信息永久性相對(duì)價(jià)格低3.1.3存儲(chǔ)器微型計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器分內(nèi)部存儲(chǔ)器和外部存儲(chǔ)器第十頁(yè)，共29頁(yè)。CPU?CPU字長(zhǎng)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)一次處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。?CPU外頻：CPU總線頻率

?CPU主頻：CPU內(nèi)核電路的實(shí)際工作頻率?生產(chǎn)工藝技術(shù)：通常用微米數(shù)字來(lái)描述

第十一頁(yè)，共29頁(yè)。PC99規(guī)范要求主板各接口必須采用有色識(shí)別標(biāo)識(shí)，方便識(shí)別3.1.2系統(tǒng)主板內(nèi)存總線插槽接口卡CPU串行接口USB接口芯片組優(yōu)化板上元件布局配合ATX電源，實(shí)現(xiàn)軟關(guān)機(jī)Modem遠(yuǎn)程遙控開(kāi)關(guān)機(jī)需要配合專門的ATX機(jī)箱使用主板：AT結(jié)構(gòu)和ATX結(jié)構(gòu)ATX新型主板結(jié)構(gòu)規(guī)范：第十二頁(yè)，共29頁(yè)。系統(tǒng)主板（又稱母板）CPU硬盤驅(qū)動(dòng)器DVD-ROM驅(qū)動(dòng)器軟盤驅(qū)動(dòng)器顯示器適配器內(nèi)存電源微型計(jì)算機(jī)主機(jī)構(gòu)成第十三頁(yè)，共29頁(yè)。微機(jī)基本結(jié)構(gòu)顯示器、鍵盤和主機(jī)第十四頁(yè)，共29頁(yè)。常見(jiàn)微機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)、電視、影音三模式

平板電腦

家庭網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)

移動(dòng)計(jì)算機(jī)

第十五頁(yè)，共29頁(yè)。3.1微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

3.1.1微型計(jì)算機(jī)概述

晶體管數(shù)10K100K1M10M100M197519801985199519902000單位時(shí)間執(zhí)行的指令數(shù)百萬(wàn)條/每秒0.111025500400480808088828683868486Pentium2000年的微處理器每2年芯片能力增長(zhǎng)一倍摩爾定律晶體管數(shù)目4004奔騰2,30042,000,00032年P(guān)43,500,000單位面積芯片上的晶體管數(shù)量大約每18個(gè)月增加一倍

1965年，英特爾的創(chuàng)始人GordonMoore提出；1975年，摩爾又修正了摩爾定律，他認(rèn)為，每隔24個(gè)月，晶體管的數(shù)量將翻番第十六頁(yè)，共29頁(yè)。第3章微型計(jì)算機(jī)硬件組成計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院丁政建第十七頁(yè)，共29頁(yè)。3.1微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

3.1.2主板與CPU1．主板控制芯片組CPU插座BIOS芯片內(nèi)存條插槽軟盤接口、硬盤接口并行接口、串行接口、USB（UniversalSerialBus，通用串行總線）接口AGP（AdvancedGraphicsPort，加速圖形接口）總線擴(kuò)展槽PCI（PeripheralComponentInterconnect）局部總線擴(kuò)展槽ISA（IndustryStandardArchitecture）總線擴(kuò)展槽鍵盤和鼠標(biāo)接口以及連接其它部件的接口等。第十八頁(yè)，共29頁(yè)。主板第十九頁(yè)，共29頁(yè)。NorthBridge第二十頁(yè)，共29頁(yè)。紅圈為北橋芯片，藍(lán)圈為南橋芯片

北橋芯片擔(dān)負(fù)CPU、內(nèi)存、AGP顯卡之間的數(shù)據(jù)、指令的交換、控制和傳輸任務(wù)，因此北橋芯片是主板上最接近CPU插座的芯片。而南橋芯片則負(fù)責(zé)外部存儲(chǔ)器（硬盤、光驅(qū)）以及其他硬件資源（USB、PCI、ISA等設(shè)備）的控制、調(diào)配及傳輸任務(wù)，因此南橋芯片遠(yuǎn)離CPU插座而接近外部存儲(chǔ)器接口。

第二十一頁(yè)，共29頁(yè)。第二十二頁(yè)，共29頁(yè)。3.1微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

3.1.2主板與CPU

主板根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)分為AT結(jié)構(gòu)和ATX結(jié)構(gòu)等。AT結(jié)構(gòu)的主板最初應(yīng)用于IBMPC/AT機(jī)上，并且因此而得名。Intel公司后來(lái)又提出了一種新型主板結(jié)構(gòu)規(guī)范，名為ATX（ATeXternal），它針對(duì)AT主板的缺點(diǎn)，對(duì)主板上的元件布局做了優(yōu)化，配合ATX電源，還可以實(shí)現(xiàn)軟關(guān)機(jī)（SoftShutDown，通過(guò)程序完成關(guān)機(jī)）和Modem遠(yuǎn)程遙控開(kāi)關(guān)機(jī)（Remoteon）等先進(jìn)功能。ATX主板需要配合專門的ATX機(jī)箱使用。1997年Intle公司又推出了Micro-ATX結(jié)構(gòu)，通過(guò)減少插槽的數(shù)量來(lái)縮小主板尺寸，使用了功率更小的電源。第二十三頁(yè)，共29頁(yè)。3.1微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

3.1.2主板與CPU

芯片組

是主板的靈魂，它決定了主板的結(jié)構(gòu)及CPU的使用。芯片組就像人體的中樞神經(jīng)一樣，控制著整個(gè)主板的運(yùn)作。芯片組外觀就是集成塊，根據(jù)芯片的功能，有時(shí)把它們叫做“南橋”和“北橋”。北橋芯片擔(dān)負(fù)CPU、內(nèi)存、AGP顯卡之間的數(shù)據(jù)、指令的交換、控制和傳輸任務(wù)，因此北橋芯片是主板上最接近CPU插座的芯片。而南橋芯片則負(fù)責(zé)外部存儲(chǔ)器（硬盤、光驅(qū)）以及其他硬件資源（USB、PCI、ISA等設(shè)備）的控制、調(diào)配及傳輸任務(wù)，因此南橋芯片遠(yuǎn)離CPU插座而接近外部存儲(chǔ)器接口。

第二十四頁(yè)，共29頁(yè)。3.1微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

3.1.2主板與CPU

芯片組

在主板芯片的開(kāi)發(fā)研究方面，Intel公司居龍頭老大地位，其設(shè)計(jì)的芯片組市場(chǎng)占有量超過(guò)90%，此外，還有SIS、VIA、Nvidia等廠商生產(chǎn)的芯片。目前的主流芯片組是845系列，2003年5月，Intel揭開(kāi)了微型計(jì)算機(jī)最新的一頁(yè)，正式推出開(kāi)發(fā)代號(hào)為Springdale的865G/PE/P系列芯片組，全方位解決原有平臺(tái)的瓶頸問(wèn)題。主要具備以下技術(shù)特點(diǎn)：支持雙通道DDR400內(nèi)存規(guī)格；865系列分為865G,865P/PE,875系列有875P,它們將支持800MHz的FSB頻率,雙通道DDR400超線程技術(shù),千兆以太網(wǎng)接口，提供對(duì)AGP8X的支持,使AGP帶寬從1.06GB/s提升至2.1GB/s,SerialATA等新標(biāo)準(zhǔn)。915P以上芯片組。第二十五頁(yè)，共29頁(yè)。3.1微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

3.1.2主板與CPU

CPU

超線程

64位

多核：AMDAthlon64X23800+；Intel雙核PD820；Sun公司開(kāi)發(fā)出了8個(gè)內(nèi)核的NiagaraCPU芯片第二十六頁(yè)，共29頁(yè)。

CPU的執(zhí)行單元都沒(méi)有被充分使用

。如果CPU不能正常讀取數(shù)據(jù)(總線/內(nèi)存的瓶頸)，其執(zhí)行單元利用率會(huì)明顯下降。另外就是目前大多數(shù)執(zhí)行線程缺乏ILP(Instruction-LevelParallelism，多種指令同時(shí)執(zhí)行)支持。這些都造成了目前CPU的性能沒(méi)有得到全部的發(fā)揮。因此，Intel則采用另一個(gè)思路去提高CPU的性能，讓CPU可以同時(shí)執(zhí)行多重線程，就能夠讓CPU發(fā)揮更大效率，即所謂“超線程(Hyper-Threading，簡(jiǎn)稱“HT”)”技術(shù)。超線程技術(shù)就是利用特殊的硬件指令，把兩個(gè)邏輯內(nèi)核模擬成兩個(gè)物理芯片，讓單個(gè)處理器都能使用線程級(jí)并行計(jì)算，進(jìn)而兼容多線程操作系統(tǒng)和軟件，減少了CPU的閑置時(shí)間，提高的CPU的運(yùn)行效率。

超線程第二十七頁(yè)，共29頁(yè)。

采用超線程及時(shí)可在同一時(shí)間里，應(yīng)用程序可以使用芯片的不同部分。雖然單線程芯片每秒鐘能夠處理成千上萬(wàn)條指令，但是在任一時(shí)刻只能夠?qū)σ粭l指令進(jìn)行操作。而超線程技術(shù)可以使芯片同時(shí)進(jìn)行多線程處理，使芯片性能得到提升。超線程技術(shù)是在一顆CPU同時(shí)執(zhí)行多個(gè)程序而共同分享一顆CPU內(nèi)的資源，理論上要像兩顆CPU一樣在同一時(shí)間執(zhí)行兩個(gè)線程，P4處理器需要多加入一個(gè)LogicalCPUPointer(邏輯處理單元)。因此新一代的P4HT