第3章微型計算機硬件組成第一頁，共29頁。3.1.5輸入/輸出設備

I/O設備與處理器間的連接數據寄存器P0控制寄存器P1狀態寄存器P2I/O設備數據寄存器:用來存放主機與外設之間傳送的數據控制寄存器：用來存放處理器發給外設的命令信息狀態寄存器:用來保存外設及接口的狀態信息第二頁，共29頁。系統總線外部設備接口電路微處理器存儲器數據總線控制總線地址總線微處理器、總線、存儲器、接口電路和外設邏輯關系

第三頁，共29頁?？偩€分類地址總線:傳輸地址信息單向數據總線:傳輸數據信息雙向控制總線:傳輸控制信息各向內部總線：連接CPU的各個組成部件（芯片內部）系統總線：連接計算機中各大部件外部總線：連接計算機和外部設備連接對象傳輸對象并行總線:通信速度快、實時性好串行總線:簡易、方便、靈活

通信方式

第四頁，共29頁。3.1.4總線與輸入/輸出接口電路處理器存儲子系統I/O子系統總線：微處理器與各部件和外圍設備共用的連接線路第五頁，共29頁。移動存儲產品

磁光技術移動存儲產品磁盤技術與光技術結合

Flash存儲設備閃存芯片為存儲介質采用USB的接口可擦寫100萬次以上

第六頁，共29頁。硬盤的磁道、扇區、柱面柱面扇區磁道硬盤片是由涂有磁性材料的鋁合金構成讀寫硬盤時，磁性圓盤高速旋轉產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，共29頁。（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，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）光盤衡量光盤驅動器傳輸數據速率的指標叫做倍速，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，需要光盤刻錄機完成數據的寫入后繼產品DVD-ROM，DVD-ROM一倍速率是1.3MB/s外部存儲器寫保護讀寫窗第八頁，共29頁。（1）隨機存取存儲器(RandomAccessMemory，簡稱RAM)RAM通常指計算機主存，使用動態隨機存儲器，制作成內存條形式出現。CPU對它們既可讀出又可寫入數據。（2）只讀存儲器(ReadonlyMemory，簡稱ROM)CPU對它們只取不存，其信息用戶無法修改。斷電時信息不會丟失。ROM中一般存放計算機系統管理程序。（3）高速緩沖存儲器Cache是介于CPU和內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題。內部存儲器CPUCacheRAM第九頁，共29頁。內部存儲器訪問速度快信息暫時性相對價格高外部存儲器訪問速度慢信息永久性相對價格低3.1.3存儲器微型計算機存儲器分內部存儲器和外部存儲器第十頁，共29頁。CPU?CPU字長：單位時間內一次處理的二進制數的位數。?CPU外頻：CPU總線頻率

?CPU主頻：CPU內核電路的實際工作頻率?生產工藝技術：通常用微米數字來描述

第十一頁，共29頁。PC99規范要求主板各接口必須采用有色識別標識，方便識別3.1.2系統主板內存總線插槽接口卡CPU串行接口USB接口芯片組優化板上元件布局配合ATX電源，實現軟關機Modem遠程遙控開關機需要配合專門的ATX機箱使用主板：AT結構和ATX結構ATX新型主板結構規范：第十二頁，共29頁。系統主板（又稱母板）CPU硬盤驅動器DVD-ROM驅動器軟盤驅動器顯示器適配器內存電源微型計算機主機構成第十三頁，共29頁。微機基本結構顯示器、鍵盤和主機第十四頁，共29頁。常見微機系統計算機、電視、影音三模式

平板電腦

家庭網絡計算機

移動計算機

第十五頁，共29頁。3.1微型計算機硬件系統

3.1.1微型計算機概述

晶體管數10K100K1M10M100M197519801985199519902000單位時間執行的指令數百萬條/每秒0.111025500400480808088828683868486Pentium2000年的微處理器每2年芯片能力增長一倍摩爾定律晶體管數目4004奔騰2,30042,000,00032年P43,500,000單位面積芯片上的晶體管數量大約每18個月增加一倍

1965年，英特爾的創始人GordonMoore提出；1975年，摩爾又修正了摩爾定律，他認為，每隔24個月，晶體管的數量將翻番第十六頁，共29頁。第3章微型計算機硬件組成計算機與通信學院丁政建第十七頁，共29頁。3.1微型計算機硬件系統

3.1.2主板與CPU1．主板控制芯片組CPU插座BIOS芯片內存條插槽軟盤接口、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）總線擴展槽PCI（PeripheralComponentInterconnect）局部總線擴展槽ISA（IndustryStandardArchitecture）總線擴展槽鍵盤和鼠標接口以及連接其它部件的接口等。第十八頁，共29頁。主板第十九頁，共29頁。NorthBridge第二十頁，共29頁。紅圈為北橋芯片，藍圈為南橋芯片

北橋芯片擔負CPU、內存、AGP顯卡之間的數據、指令的交換、控制和傳輸任務，因此北橋芯片是主板上最接近CPU插座的芯片。而南橋芯片則負責外部存儲器（硬盤、光驅）以及其他硬件資源（USB、PCI、ISA等設備）的控制、調配及傳輸任務，因此南橋芯片遠離CPU插座而接近外部存儲器接口。

第二十一頁，共29頁。第二十二頁，共29頁。3.1微型計算機硬件系統

3.1.2主板與CPU

主板根據標準分為AT結構和ATX結構等。AT結構的主板最初應用于IBMPC/AT機上，并且因此而得名。Intel公司后來又提出了一種新型主板結構規范，名為ATX（ATeXternal），它針對AT主板的缺點，對主板上的元件布局做了優化，配合ATX電源，還可以實現軟關機（SoftShutDown，通過程序完成關機）和Modem遠程遙控開關機（Remoteon）等先進功能。ATX主板需要配合專門的ATX機箱使用。1997年Intle公司又推出了Micro-ATX結構，通過減少插槽的數量來縮小主板尺寸，使用了功率更小的電源。第二十三頁，共29頁。3.1微型計算機硬件系統

3.1.2主板與CPU

芯片組

是主板的靈魂，它決定了主板的結構及CPU的使用。芯片組就像人體的中樞神經一樣，控制著整個主板的運作。芯片組外觀就是集成塊，根據芯片的功能，有時把它們叫做“南橋”和“北橋”。北橋芯片擔負CPU、內存、AGP顯卡之間的數據、指令的交換、控制和傳輸任務，因此北橋芯片是主板上最接近CPU插座的芯片。而南橋芯片則負責外部存儲器（硬盤、光驅）以及其他硬件資源（USB、PCI、ISA等設備）的控制、調配及傳輸任務，因此南橋芯片遠離CPU插座而接近外部存儲器接口。

第二十四頁，共29頁。3.1微型計算機硬件系統

3.1.2主板與CPU

芯片組

在主板芯片的開發研究方面，Intel公司居龍頭老大地位，其設計的芯片組市場占有量超過90%，此外，還有SIS、VIA、Nvidia等廠商生產的芯片。目前的主流芯片組是845系列，2003年5月，Intel揭開了微型計算機最新的一頁，正式推出開發代號為Springdale的865G/PE/P系列芯片組，全方位解決原有平臺的瓶頸問題。主要具備以下技術特點：支持雙通道DDR400內存規格；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,千兆以太網接口，提供對AGP8X的支持,使AGP帶寬從1.06GB/s提升至2.1GB/s,SerialATA等新標準。915P以上芯片組。第二十五頁，共29頁。3.1微型計算機硬件系統

3.1.2主板與CPU

CPU

超線程

64位

多核：AMDAthlon64X23800+；Intel雙核PD820；Sun公司開發出了8個內核的NiagaraCPU芯片第二十六頁，共29頁。

CPU的執行單元都沒有被充分使用

。如果CPU不能正常讀取數據(總線/內存的瓶頸)，其執行單元利用率會明顯下降。另外就是目前大多數執行線程缺乏ILP(Instruction-LevelParallelism，多種指令同時執行)支持。這些都造成了目前CPU的性能沒有得到全部的發揮。因此，Intel則采用另一個思路去提高CPU的性能，讓CPU可以同時執行多重線程，就能夠讓CPU發揮更大效率，即所謂“超線程(Hyper-Threading，簡稱“HT”)”技術。超線程技術就是利用特殊的硬件指令，把兩個邏輯內核模擬成兩個物理芯片，讓單個處理器都能使用線程級并行計算，進而兼容多線程操作系統和軟件，減少了CPU的閑置時間，提高的CPU的運行效率。

超線程第二十七頁，共29頁。

采用超線程及時可在同一時間里，應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條指令，但是在任一時刻只能夠對一條指令進行操作。而超線程技術可以使芯片同時進行多線程處理，使芯片性能得到提升。超線程技術是在一顆CPU同時執行多個程序而共同分享一顆CPU內的資源，理論上要像兩顆CPU一樣在同一時間執行兩個線程，P4處理器需要多加入一個LogicalCPUPointer(邏輯處理單元)。因此新一代的P4HT