【计算机概论】个人计算机架构与接口设备

时间：2015-02-20 19:45:49 阅读：216 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

两大主流x86开发商Intel AMD的CPU架构兵不兼容，而且设计理念也有所区别，所以两大主流CPU所需要的主板芯片组设计也就不太相同。

芯片组通常分为两个桥接器来控制各组件的通信，分别是：北桥负责链接速度较快的CPU，内存和显卡等组件；南桥负责连接速度较慢的周边接口包括硬盘，USB，网卡等。AMD与Intel不同的地方在于内存是直接与CPU通信而不通过北桥。AMD为了加速两者的通信，将内存控制组件集成到CPU当中，这是两种CPU架构上面最主要的区别

CPU

原本的单核CPU仅有一个运算单元，所谓的多核则是在一个CPU封装当中嵌入了两个以上的运算内核。

CPU的频率，简单地说就是CPU每秒钟可以进行的工作次数。(每次工作都可以进行少数的指令运行)

※不同的CPU之间不能单纯以频率来判断运算性能。每个CPU的微指令集不相同，架构也不一样，每次频率能够进行的工作指令数也不通，所以频率仅能用来比较同款CPU的速度。

外频与倍频

外频指的是CPU与外部组件进行数据传输，运算时的速度，倍频是CPU内部用来加速工作性能的一个倍数。两者相乘才是CPU的频率。

32位与64位

内存与CPU的通信速度靠的是外频。主板芯片组中北桥的主线称为系统总线，主要负责CPU与内存数据的传输(南桥的总线称为IO总线，用于联系硬盘USB网卡等)

北桥支持的频率称为“前端总线速度”，每次传送的位数称为总线宽度。目前常见的总线宽度有32/64位。
总线频宽 = 前端总线速度*总线宽度

与总线宽度相似，CPU每次能够处理的数据量称为字组大小。字组大小一句CPU的设计而又32位与64位。计算机是32位或64位主要是依据CPU解析的字组大小而来的。(32位CPU最多支持到4GB内存)
※字组大小和总线宽度可以不相同！

内存

个人计算机的主要组件为动态随机访问内存(DRAM)
也称为挥发性内存，因为断电之后即消失。
DDR是指新技术“双倍数据传送速度”(Double Data Rate)，它可以在一次工作周期中进行两次数据的传送。

通常，内存越大表示系统越快，这是因为系统不用常常释放一些内存内部的数据。
对服务器而言，内存的容量往往比CPU的速度还重要。

双通道设计

可以安插双数的内存条(主板中相同的颜色)且内存最好型号相同，以达到”总线宽度”增加的效果

CPU效率与内存的关系

理论上CPU与内存的外频应该要相同才好。

DRAM与SRAM

CPU第二层缓存(L2 Cache)集成到CPU内部以提高计算机性能，这也要求第二层缓存的频率要达到CPU的主频。DRAM是做不到这一点的。需要静态随机访问内存(SRAM)
SRAM在设计上使用的晶体管数量多，价格高，不易做成大容量。

只读存储器(ROM)

BIOS程序是写死到主板上面的一个内存芯片中，这个内存芯片在没有通电时也能够将数据记录下来，那就是只读存储器(ROM)
ROM是一种非挥发性内存。

显卡

显卡(VGA)对于图形影像的显示扮演相当关键的角色。显卡上面会有一个内存的容量，这个显卡内存容量将会影响到最终你的屏幕分辨率与色彩深度。
为了减轻CPU对3D运算的负担，显卡厂商直接在显卡上面嵌入一个3D加速的芯片，这就是GPU的由来。

目前的显卡接口为PCIe

硬盘与存储设备

硬盘的物理组成

桌面型硬盘3.5英寸，笔记本硬盘一般2.5英寸
硬盘是由许多盘片，机械手臂，磁头和主轴马达组成。实际的数据都是写在具有磁性物质的盘片。
实际运行时，主轴马达让盘片转动，然后机械手臂可伸展让读取头在盘片上面进行读写的操作。

盘片上的数据

盘片中心以放射状的方式分割出磁盘的最小存储单位，就是扇区(Sector)在物理组成方面，每个扇区大小为512bytes，这个值是不会变的。扇区组成一个圆称为磁道。所有盘片上面的同一个磁道称为柱面，柱面也是一般我们分隔硬盘时的最小单位了。
计算硬盘存储量：容量 = 柱面数×磁道数×扇区数×512B

硬盘制造商在显示硬盘的容量时大多是以十进制来编号，因此市售的500GB硬盘理论上仅会有460GB容量。

传输接口

IDE接口(已经淘汰)
SATA接口(SATA-2可以达到每秒300MB的传输速度)
SCSI接口(工作站等级以上的硬盘传输接口)

缓冲存储器

硬盘上面含有一个缓冲存储器。主流产品16MB。

转速

桌面型计算机一般7200转/分钟
笔记本计算机一般5400转/分钟

硬盘保养

由于硬盘内部机械手臂上的磁头与盘片的接触是很细微的空间，如果有抖动或者是脏污在磁头与硬盘之间，就会造成数据的损毁或者使硬盘整个损毁。所以，切忌有事没事”用力拍几下机壳”！

PCI适配卡

PCI接口提供给额外需要的功能卡。
目前主板已经集成了相当多的组件，包括声卡网卡 USB控制卡显卡磁盘阵列卡等。所以现在主板上面所安插的PCI适配卡就少很多。

主板

主板上面负责通信各个组件的就是芯片组。
北桥负责CPU/RAM/VGA等的连接，南桥负责PCI接口与速度较慢的IO设备。(北桥往往是一个可能散发高热量的组件)

芯片组功能

有的芯片组强调全功能，性能通常比较弱。
独立型芯片组需要自己外接设备。

设备I/O地址与IRQ中断信道

I/O地址类似每个设备的门牌号码，每个设备都有自己的地址
各设备可以通过IRQ中断信道来告知CPU该设备的工作情况，以方便CPU进行工作分配的任务。

CMOS与BIOS

CMOS主要的功能为记录主板上面的重要参数，包括系统时间 CPU电压与频率各项设备的I/O地址与IRQ等(由于这些数据的记录要花费电力因此主板上面才有电池)
BIOS为写入到主板上某一块闪存或EEPROM的程序，它在开机的时候执行，以加载CMOS当中的参数，并尝试条用存储设备中的开机程序，进一步进入操作系统。