2.3PC機的主機2.3.1

主板、芯片組與BIOS

2.3.2內存儲器2.3.3I/O總線和I/O接口

PC機的物理組成-機箱、顯示器、鍵盤、鼠標器等

機箱內包含-主板、硬盤、軟驅、光驅、電源、風扇等

主板上安裝

CPU、芯片組、內存條、總線插槽、I/O控制器、I/O端口、擴充卡等部件臺式機臺式PC機(立式)的主機箱擴展空間PC機的物理結構

鍵盤

鼠標器

打印機

顯示器

話筒音箱

網線

I/O總線

I/O接口硬盤，光驅

I/O設備

主板

I/O設備

I/O適配器

（擴充卡）

機箱插座

板卡插座

I/O控制器

PCI總線插槽

內存主板插槽

機箱

芯片組

IDE接口

CPU2.3.1

主板、芯片組與BIOS1、主板（母板）“Mainboard”或“Motherboard”，簡稱M/BPC機主板示意圖處理器

I/O接口軟驅、光驅、硬盤連接器存儲器插座電源連接器總線插槽/擴充卡插槽CPU插座芯片組1芯片組2ROMBIOSCMOS存儲器顯卡插槽華碩P4T主板實物照片超鏈內存條CMOS芯片

軟驅、硬盤IDE連接器PCI總線插槽CPU插座內存條插座

I/O端口

BIOSCMOS芯片

芯片組

芯片組

電池

AGP總線插槽電源連接器BIOS芯片擴充卡及其與主板的關系

擴充卡(適配器或控制器)

圖形卡聲音卡視頻卡等擴充卡與主板及外部設備連接通過主板上的總線插槽與主板相連，有端口用于連接顯示器等外部設備。許多擴充卡的功能可以部分或全部集成在主板上(例如，串行口、并行口、聲音、網卡等控制電路都可以集成在主板上)。顯示卡2、芯片組（Chipset）集中了主板上幾乎所有的控制功能，把以前復雜的控制電路和元件最大限度地集成在幾個芯片內，是構成主板電路的核心。一定意義上講，它決定了主板的級別和檔次。是PC機各組成部分相互連接和通信的樞紐。芯片組的作用yALU寄存器組CPU總線接口R6CPU(前端)總線I/O總線主板擴展槽PCI接口南橋芯片I/O總線寄存器組運算器中央處理器指令計數器指令寄存器控制器磁盤控制器以太網卡USB控制器和接口鼠標器鍵盤網線disk聲卡視頻卡光驅主存儲器0A北橋芯片y存儲器總線顯卡CPUCPU前端總線(400/533MHz)82865PMCH顯示卡接口雙通道82801EICHUSB2.0接口(x8)以太網接口PCI插槽(x6)PCI-E插槽(3.2GB/s~4.3GB/s)內存條(2.1GB/s)BIOS&CMOS硬盤接口(x2)6聲道音頻接口、電話ModemI/O總線(133MB/s)存儲器總線內存條千兆以太網接口（267MB/s）SuperI/O鍵盤、鼠標、軟驅、并口、串口等

電源管理、時鐘生成北橋芯片南橋芯片Intel865P芯片組邏輯結構北橋芯片南橋芯片芯片組的作用：是PC機各組成部分相互連接和通信的樞紐北橋芯片：

1.存儲器控制功能；

2.連接CPU、存儲器、顯卡、南橋芯片的樞紐南橋芯片：

1.多種I/O設備的控制功能；

2.I/O總線(PCI總線)功能；

3.提供了各種I/O接口。關于芯片組的一些說明芯片組與CPU芯片同步發展，有什么樣功能和速度的CPU，就有什么樣的芯片組與之配套CPU類型或參數不同時，需要配備不同的芯片組CPU的系統時鐘及各種與其同步的時鐘均由芯片組提供由于集成電路集成度越來越高，為降低系統成本，芯片組中集成了越來越多的功能，包括網卡、顯卡、聲卡等功能

芯片組產品：

Intel芯片（如865、915、945、955、975系列等）

VIA（威盛，中國臺灣）

nVIDIA（美國）

ATI（加拿大）

AMD（美國）2.3.3I/O總線、I/O控制

與I/O接口I/O操作

輸入的任務：

將輸入設備輸入的信息送入主存儲器的指定區域輸出的任務：

將主存儲器指定區域的內容送出到輸出設備。

I/O操作也包括將外存儲器的內容傳輸到內存，或將內存中的內容傳輸到外存儲器I/O操作的特點：I/O操作與CPU的數據處理操作可并行進行多個I/O設備能同時進行工作配置的I/O設備數量、品種可經常增減和更新每類I/O設備都有各自的控制器，它們按照CPU的I/O操作命令，獨立地控制I/O操作的全過程I/O設備的種類繁多，性能各異，操作控制的復雜程度相差很大，與計算機主機連接的I/O接口也各不相同

I/O總線、I/O控制器、I/O接口與I/O設備的連接方式

鍵盤

鼠標器

打印機

顯示器

話筒音箱

網線

I/O總線I/O接口硬盤，光驅

主板

I/O設備I/O設備

）

機箱插座I/O適配器（擴充卡板卡插座

I/O控制器

PCI總線插槽內存主板插槽

機箱

芯片組

IDE接口

CPUI/O控制器：每個（類）I/O設備都有各自專用的控制器，接收

CPU啟動I/O操作的命令后，獨立地控制I/O操作的全過程，直到I/O操作完成，最后再通知CPU。

I/O控制器是一組電子線路，不同設備的I/O控制器結構、功能、復雜程度均不同。

I/O控制器

鍵盤、鼠標器等的I/O控制器較簡單，集成在主板的芯片內；音頻、視頻等設備的I/O控制器較復雜，制作成適配卡（擴充卡或控制卡），插在主板的PCI擴充槽內，如：顯卡等。I/O操作過程CPU執行I/O指令向I/O控制器發出啟動命令I/O控制器接受命令后負責對I/O設備進行全程控制I/O控制器向I/O設備發出操作命令并收到應答后就向DMA控制器（芯片組內部）發出數據傳輸的請求獲得DMA許可后，DMA啟動并控制I/O設備在內存儲器和I/O設備之間直接傳輸數據。所有數據傳輸完畢后，I/O控制器向CPU報告I/O操作完成。I/O操作過程（補充）I/O操作中若干控制部件的作用CPU

負責啟動I/O操作I/O控制器

負責在I/O操作期間對I/O設備進行全程控制DMA控制器（DirectMemoryAccess）

DMA:直接存儲器訪問負責實現I/O設備與主存儲器之間的直接數據傳輸的控制中斷控制器

負責向CPU報告I/O操作完成的情況，實現CPU處理與I/O操作之間的同步與通信I/O操作是由許多部件協同完成的關于總線總線的定義：用于在CPU、內存、外存和各種輸入輸出設備之間傳輸信息的一個共享的信息傳輸通路及其控制部件。總線的特點：

1、共享；2、高速總線的性能：數據線寬度；總線工作頻率；傳輸次數總線帶寬＝(數據線寬度/8)×

總線工作頻率×

每個總線周期的傳輸次數總線的類型：CPU總線存儲器總線I/O總線關于I/O總線I/O總線是各類I/O控制器與CPU、內存之間傳輸數據的一組公用信號線，這些信號線在物理上與主板擴展槽中插入的擴展卡（I/O控制器）直接連接。目前PC機使用的I/O總線PCI總線AGP總線PCI-Express(高速PCI總線)PCI總線擴展槽AGP總線擴展槽I/O總線的標準總線名稱推出時間工作頻率（MHz）傳輸率（MB/S）數據寬度（位）帶外設能力特點PCI199133133/26632/6410PCI總線獨立于CPU，支持Intel80X86及PowerPC，為新一代標準，并行總線AGP1996662.1GB/S32隨三維圖形的應用而發展起來在圖形卡與內存間提供了一條直接的訪問途徑,并行總線PCI-E1998400/700250(x2)2.5GB/S1~32PCI-Exprress,串行總線（圖形顯卡接口），采用上行與下行雙向傳輸PC總線19814.7718PC機擴充總線，CPU與總線時鐘頻率同步，速度低，已淘汰ISA198588168CPU與總線時鐘分離，用于IBM-AT機主板，已被淘汰MCA19871040328CPU總線寬度為16/32EISA198883316/326與ISA兼容，CPU與內存數據寬度為32，與外設寬度為16VESA19923313216/323數據傳輸速度快，總線局限于Intel386、486系列PCI-E包括x1、x4、x8、x16規格，分別包含1、4、8、16個傳輸通道每個通道的數據傳輸速率為250MB/S2.0版本為500MB/S，3.0版本將達到1GB/SPCI-E支持高級電源管理和熱插拔大多數芯片組生產廠商在北橋芯片中添加了對PCI-Ex16的支持，在南橋芯片中添加了對PCI-Ex1的支持I/O總線上的信號類別數據信號、地址信號、控制信號I/O總線上線路類別數據線、地址線、控制線總線控制器包含在主板的芯片組內，協調與管理I/O總線操作I/O接口I/O設備與I/O控制器之間的連接器包括：插頭/插座的形式、通訊規程和電氣特性等

不同的設備對應不同的接口

I/O接口分類從數據傳輸方式來分：

串行（一次只傳輸1位）：COM1,COM2并行（8位、16位、32位一起進行傳輸）：LTP1從數據傳輸速率來分：

高速低速從是否能連接多個設備來分：

總線式（可連接多個設備，被多個設備共享）獨占式（只能連接1個設備）從是否符合標準來分：

標準接口（通用），例如USB專用接口（專用），例如VIDEO視頻口串行端口并行端口視頻口麥克風音箱鍵盤接口并行口USB網絡接口串行口鼠標接口串行口9針并行口視頻口鍵盤接口網絡接口PS/2接口鍵盤/鼠標串行口25針臺式PC機箱背板照片鍵盤接口鼠標接口串行接口電源接口打印機(并行)接口(游戲)操縱桿接口顯示器接口揚聲器接口麥克風接口電話線/MODEM接口常用I/O接口名稱數據傳輸方式數據傳輸速率標準插頭/插座形式可連接的設備數目通常連接的設備串行口串行,雙向50～19200b/sEIA-232或EIA-422DB25F或DB9F1鼠標器，MODEM并行口(增強式)并行,雙向1.5MB/sIEEE1284DB25M1打印機，掃描儀USB（1.1）串行,雙向1.5MB/s

USBA最多127鼠標器，數碼相機，移動盤，掃描儀等USB（2.0）串行,雙向60MB/s

USBA最多127外接硬盤，數字視頻設備等高速設備IEEE1394aIEEE1394b串行,雙向12.5,25,50MB/s最高400MB/sFireWire(i.Link)

最多63數字視頻設備SATA

串行,雙向150MB/s300MB/sSATA1.0SATA2.07針插頭座1硬盤顯示器輸出接口并行,單向

VGAHDB151顯示器IDE并行雙向

66MB/s,100MB/s,133MB/sUltraATA/66

E-IDE1~4硬盤、光驅、軟驅PS/2接口串行,單向

1鍵盤或鼠標器紅外線接口(IrDA)串行,雙向

紅外線數據協會不需要1鍵盤，鼠標器，打印機等200~500MB/sSCSI5,10,20,40,80或160MB/sSCSI-2SCSI-3UltraSCSIC50F最多7或15硬盤，掃描儀，光驅，磁帶機并行,雙向常用I/O接口——VGA關于USB接口通用串行總線式接口（UniversalSerialBus）高速、可連接多個設備、串行傳輸傳輸速率：

USB的1.0版：1.5Mb/s（慢速）

USB的1.1版：1.5MB/s（全速）

USB的2.0版：高達480Mb/s（60MB/s）USB是總線?是接口?使用4線連接器，體積小，符合即插即用規范（Plug&Play,即PnP），支持熱插拔；使用“USB集線器”擴展機器的USB接口，最多連接127個設備；可通過USB接口由主機向外設提供電源（＋5V，100～500mA）。關于USB接口關于USB接口黑地GND4綠數據＋＋DATA3白數據－－DATA2紅電源VCC1導線顏色名稱信號引腳USB接口的3種類型接口類型A,通常在PC上出現接口類型B,通常在USB設備上出現Mini-USB,數碼相機、移動硬盤等設備經常使用關于USB接口USBHUBUSB-PS/2轉接器關于IEEE-1394接口又稱為1394,i.link(sony)或FireWire(Apple)連接高速傳輸大量數據的音頻和視頻設備;傳輸速度：50MB/s~100MB/s支持即插即用和熱插拔此接口的連接器共6線(電源,地,2對傳輸線，不需額外供電）接口以級聯方式連接外設,一個接口可接63個設備目前應用于PC機發展方向:USB與1394不僅代替傳統的IO接口,

也正代替SCSI（smallcomputersysteminterface）接口關于IEEE-1394接口關于SCSI接口

smallcomputersysteminterface小型計算機系統接口，是一種用于連接大容量磁盤驅動器、掃描儀等外圍設備的專門的高速并行接口。SCSI接口可以同時傳送的數據達到32位。全部七個SCSI設備以菊花鏈的形式連接在一起，第一個SCSI設備連接到計算機，第二個SCSI設備連接到第一個SCSI設備，其它依此類推。

SCSI硬盤主要應用于中、高端服務器和高檔工作站中。具有應用范圍廣、多任務、帶寬大、CPU占用率低、熱插拔等優點，價格較高。68針SCSI接口關于硬盤的SATA接口PC機前幾年大多使用IDE(ATA)接口

UltraATA/100或UltraATA/133接口，傳輸速率分別為100MB/s和133MB/s

這兩年開始大量采用SATA接口(150～300MB/s)

工作頻率高(1.5GHz—3GHz)內嵌時鐘信號功耗更低結構簡單，支持熱插拔低電平差分信號,具有較強的抗干擾能力

插頭插座體積縮小,有利于縮減機箱內的線纜，有利散熱

一次傳輸一位數據，較少接口的針腳數目，使連接電纜數目減少，效率較高SATA接口SATA接口SATA電源轉接頭sata、pata接口數據傳輸線小結主機與外設之間不能直接進行信息交換，必須通過I/O接口才能完成信息傳送。

I/O接口所起的作用是：數據緩沖：解決高速主機與低速外設間的矛盾；信號格式配合：處理外設與CPU之間不同的信息格式，如

A/D、D/A轉換，串/并、并/串轉換；電平和驅動能力配合：使外設和主機的信號電平一致，并提高CPU信號的驅動能力；時序配合：使主機與外設協調工作；設備選擇：每臺外設都有設備地址；

鍵盤

鼠標器

打印機

顯示器

話筒音箱

網線

I/O總線

I/O接口硬盤，光驅

I/O設備

主板

I/O設備

I/O適配器

（擴充卡）

機箱插座

板卡插座

I/O控制器

PCI總線插槽

內存主板插槽

機箱

芯片組

IDE接口

CPU小結小結1：

I/O總線,I/O控制器,I/O接口與I/O設備的關系I/O設備通常都是物理上相互獨立的設備，它們一般通過I/O接口與I/O控制器(或I/O總線)連接I/O控制器通過擴展卡或者南橋芯片與I/O總線連接I/O總線經過北橋芯片與內存、CPU連接小結2：

I/O總線,I/O控制器,I/O接口與I/O設備的關系yALU寄存器組CPU總線接口R6CPU(前端)總線I/O總線主板擴展槽PCI接口南橋芯片I/O總線磁盤控制器以太網卡USB控制器和接口鼠標器鍵盤網線disk聲卡視頻卡光驅主存儲器0A北橋芯片y存儲器總線顯卡3、BIOS（BasicInput/OutputSystem）

基本輸入/輸出系統，是操作系統的最底層部分的可執行程序代碼（機器語言程序）。BIOS存放在只讀存儲器芯片（ROM）中，一般稱為BIOS芯片。

功能：

診斷計算機故障啟動計算機工作控制基本的輸入輸出操作(鍵盤、鼠標、磁盤讀寫、屏幕顯示等)主板示意圖

BIOS主要包含4部分程序,一般情況下是不能被修改的POST程序(PowerOnSelfTest，加電自檢)檢測計算機硬件故障

系統自舉（裝入）程序(Boot)

啟動計算機，加載并進入操作系統運行狀態

CMOS設置程序設置系統參數：日期、時間、口令、配置參數等

基本外圍設備的驅動程序

實現對鍵盤、顯示器、軟驅和硬盤等常用外部設備輸入輸出操作的控制程序PC機的啟動工作過程1、接通電源時CPU自動執行BIOS中的加電自檢程序1）按CMOS中的內容來識別硬件的配置,測試各部件的工作狀態(發現錯誤則報錯)2）初始化CPU、內存、ROM、主板、CMOS、顯示卡、鍵盤、軟驅和硬盤等設備2、CPU自動執行自舉程序按照CMOS中預先設定的啟動順序，搜尋外存儲器（軟、硬盤或光盤）3、從外存儲器讀入引導程序，然后由引導程序讀出操作系統并裝入內存4、最后，將控制權交給操作系統，整個計算機由操作系統所控制CMOS芯片

（互補金屬氧化物半導體存儲器）

存放用戶對計算機硬件所設置的一些參數（稱為“配置信息”），包括系統的日期和時間，系統的口令，軟盤、硬盤、光盤驅動器的數目、類型及參數，顯卡的類型等。

CMOS是一種半導體存儲器芯片（易失性存儲器）,必須使用電池供電，只要電池供電正常，即使計算機關機后它也不會丟失所存儲的信息以及時鐘停走。BIOS與CMOS的區別BIOS中存放的是CMOS設置程序，CMOSRAM中存放的是這個程序所設置的數據；BIOS是主板上一塊EPROM或FlashROM芯片，CMOS是主板上的一塊可讀寫的RAM芯片，靠后備電池供電，即使系統掉電后信息也不會丟失。因此我們說：“通過BIOS設置程序對CMOS參數進行設置。”如何進入CMOS設置程序？何時需設置？CMOS在啟動BIOS過程中，若按下Del鍵（或其他鍵），就進入CMOS

設置程序，允許用戶修改系統硬件的部分配置信息。一般來說，下列情況需要啟動CMOS設置程序對系統進行設置：PC機組裝好之后第一次加電系統增加、減少或更換硬件或I/O設備CMOS芯片因掉電、病毒侵害、放電等原因造成其內容丟失或被錯誤修改用戶希望更改或設置系統的口令系統因某種需要而調整某些設置參數CMOS設置CMOS設置2.3.2內存儲器內存儲器(使用半導體存儲器芯片)Cache存儲器主存儲器（RAM和ROM）外存儲器（軟盤、硬盤、光盤）后備存儲器（磁帶、光盤）外存儲器寄存器典型容量40GB~200GB256MB~1GB10TB~100TB1MB<1KB典型存取時間1ns2ns10ns10ms10s存儲器的層次結構計算機中存儲器的層次結構分析：速度越快，成本較高。為了獲得好的性能/價格比，計算機中各種存儲器組成一個層狀的塔式結構，取長補短，協調工作。工作過程：1）CPU運行時，需要的操作數大部分來自寄存器2）如需要從(向)存儲器中取(存)數據時，先訪問cache，如在，取自

cache3）如操作數不在cache，則訪問RAM，如在RAM中，則取自RAM4）如操作數不在RAM，則訪問硬盤，操作數從硬盤中讀出→RAM→cache內存又稱主存，分為ROM和RAMROM（ReadOnlyMemory，只讀存儲器）非易失性（斷電后，信息保留）。

不可在線改寫內容的ROM-MaskROM（掩膜ROM）、PROM

：不能改寫；

-EPROM：用專用裝置改寫

FlashROM（快擦除ROM、閃存）用于BIOS，U盤，數碼相機中。

RAM(RandomAccessMemory，隨機存取存儲器)多采用MOS(金屬氧化物半導體)型半導體集成電路芯片制成。易失性（斷電后，信息丟失）

-DRAM：動態RAM。特點：電路簡單，集成度高，功耗低，成本低，速度較慢。用做一般主存；

-SRAM：靜態RAM。特點：電路較復雜，集成度低，功耗較大，成本高，速度很快。用做cache。主存儲器(RAM)的功能與原理主存是CPU可直接訪問的存儲器，用于存放供CPU處理的指令和數據特點：以字節為單位進行連續編址，每個存儲單元為1個字節存儲容量：主存儲器中所包含的存儲單元的總數（單位：MB或GB）存取時間：從CPU送出內存單元的地址碼開始，到主存讀出數據并送到CPU（或者是把CPU數據寫入主存）所需要的時間（單位：ns，1ns=10-9s）00000000

00000001存儲單元（8位）地址寄存器地址譯碼器地址總線讀寫控制電路數據總線控制總線10110111Read/Write信號內存主存儲器的結構與工作原理10110111PC機主存儲器的物理結構主存儲器由若干個內存條組成內存條的組成：把若干片DRAM芯片焊裝在一小條印制電路板上制成內存條必須插在主板上的內存條插槽中才能使用DDRSDRAM內存條防誤插缺口

CPU速度越來越高，必須提高相對較慢的DRAM芯片組成的主存儲器的存取速度：改進存儲器芯片的電路和工藝改進DRAM的存儲控制技術，生產出許多新品種:EDODRAM、SDRAM（單速率同步DRAM）、雙通道RDRAMDDRSDRAM（雙倍速率同步DRAM）

DDR2SDRAM（DDR2擁有兩倍于DDR的預讀取數據的能力）

DDR3SDRAM目前流行的是DDR2和DDR3內存條：均采用雙列直插式，其觸點分布在內存條的兩面DDR2和DDR3均有240個引腳，但不可互換使用PC機主板中一般都配備有2個或4個DIMM插槽

Rambus內存條模塊，簡稱RIMM內存條,高頻率DDR存儲器的類型、速率及相關參數時鐘頻率=100MHz內部頻率=200MHz傳輸頻率=400MHz存儲單元陣列數據總線時鐘頻率=100MHz內部頻率=100MHz傳輸頻率=200MHz存儲單元陣列數據總線緩沖器緩沖器DDRDDR2DDR存儲器的類型、速率及相關參數存儲器時鐘頻率存儲器芯片名稱存儲器內部頻率內存條名稱每秒傳輸次數最大傳輸速率100MHzDDR-200100MHzPC-1600200M1.6GB/sDDR2-400200MHzPC2-3200400M3.2GB/sDDR3-800400MHzPC3-6400800M6.4GB/s133MHzDDR-266133MHzPC-2100266M2.1GB/sDDR2-533266MHzPC2-4200533M4.2GB/sDDR3-1066533MHzPC3-85001066M8.5GB/s167MHzDDR-333167MHzPC-2700333M2.7GB/sDDR2-667333MHzPC2-5300667M5.3GB/sDDR3-1333667MHzPC3-106001333M10.6GB/s200MHzDDR400200MHzPC-3200400M3.2GB/sDDR2-800400MHzPC2-6400800M6.4GB/sDDR3-1600800MHzPC3-128001600M12.8GB/s半導體存儲器芯片的類別半導體存儲器只讀存儲器ROM隨機存取存儲器RAM靜態隨機存儲器SRAM（高速）動態隨機存儲器DRAM（低速）掩膜ROM（MaskROM）可編程ROM（PROM）可擦除PROM（EPROM）快擦除存儲器（FlashROM）（用于Cache）（用于主存儲器）（BIOS存儲器）例題右圖是PC機主板的示意圖，其中(1)(2)(3)分別是：CI/O端口、AGP插槽、IDE接口IDE接口、CPU插槽、AGP接口I/O端口、CPU插槽、PCI接口I/O端口、IDE接口、PCI接口根據存儲器芯片的功能及物理特性，目前用做優盤存儲器芯片的是：