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当前位置:首页 > 商业/管理/HR > 公司方案 > 第2章2.3 主板、内存和IO
2.3主板、内存和I/O2.3.1主板、芯片组与BIOS2.3.2内存储器2.3.3I/O总线和I/O接口22.3PC机的主机台式PC的物理组成台式机台式PC主机外部设备机箱、电源主板CPU内存条显示卡芯片组BIOSROMCMOSPCI插槽(I/O总线)网卡输入设备外存储器键盘鼠标器麦克风摄像头输出设备U盘、移动硬盘显示器打印机音箱/耳机声卡插头和插座(I/O接口)硬盘、软驱光盘驱动器32.3PC机的主机1音箱5CPU2调制解调器6键盘3麦克风7鼠标器4内存条8CD驱动器9软驱10硬盘驱动器11打印机12I/O接口13CRT显示器14扩展卡主板42.3PC机的主机2.3.1主板、芯片组与BIOS52.3PC机的主机台式PC机(立式)的主机箱扩展空间62.3PC机的主机(1)主板主板的作用:安装所有的电子器件、电路与连接件ROMBIOS:存放最基础的软件——基本输入/输出系统(BIOS)CMOS存储器:存放硬件配置信息和系统基本参数(日期、时间、口令等)内存条插座处理器USB、VGA、HDMI等I/O接口光驱及硬盘连接器电源连接器扩充卡插座(PCI)CPU插座芯片组BIOSCMOS存储器扩充卡插座(PCI-Ex1)显示卡插座(PCI-Ex16)72.3PC机的主机例:华硕P8B75-VCorei7/i5/i3独立显卡PCI插槽(3个)最大容量32GB(5个)PCI-Ex1插槽(2个)音频端口PS/2接口(4个)82.3PC机的主机安装了CPU和内存条的主板92.3PC机的主机(2)芯片组的作用芯片组是PC机各组成部分相互连接和通信的枢纽北桥芯片:1.存储器控制功能;2.连接CPU、存储器、显卡、南桥芯片的枢纽南桥芯片:1.多种I/O设备的控制功能;2.I/O总线(PCI总线)功能;3.提供了各种I/O接口CPU芯片CPU前端总线北桥MCH图形卡接口双通道南桥ICH5USB2.0接口(x8)以太网接口PCI插槽(≤6个)ROMBIOS硬盘接口(x2)音频CodecSuperI/O键盘,鼠标,软驱,并口,串口等电话ModemDDR2电源管理、时钟生成DDR2存储器102.3PC机的主机关于芯片组的一些说明芯片组与CPU芯片同步发展,有什么样功能和速度的CPU,就有什么样的芯片组与之配套由于集成电路集成度越来越高,为降低系统成本,芯片组中集成了越来越多的功能,包括网卡、显卡、声卡等功能由于CPU芯片越来越复杂,功能越来强大(如Corei3/i5/i7),有些已将北桥芯片的存储器控制器和图形控制器功能集成在CPU芯片之中,因此主板上北桥芯片已经消失,只需一块南桥芯片即可。112.3PC机的主机单芯片的芯片组DDR42133内存条DDR42133内存条10xSATA3.0Intel硬盘阵列技术IntelME固件与BIOS支持8x1通道PCI-E2.0IntelCorei75960xX99芯片组40GB/s17GB/s17GB/sDMI2.0Intel高清晰音频2x16通道PCI-E3.01x8通道PCI-E3.0Intel集成以太网10/100/1000MAC千兆以太网连接支持3个显示器8xUSB2.06xUSB3.0PCI-Ex1SMbus(独立显卡接口)DDR42133内存条DDR42133内存条17GB/s17GB/s5Gb/s4GB/s6Gb/s122.3PC机的主机(3)BIOS什么是BIOS(BasicInput/OutputSystem)?“基本输入/输出系统”,存放在主板上只读存储器(ROM)芯片中的一组机器语言程序(固件)功能:诊断计算机故障启动计算机工作在启动阶段控制基本外设的输入输出操作(键盘、鼠标、磁盘读写、屏幕显示等)BIOS芯片保存BIOS的只读存储器(ROM)芯片132.3PC机的主机BIOS芯片中包含的程序加电自检程序程序(POST)(PowerOnSelfTest)用于检测计算机硬件故障系统自举程序(Boot)启动计算机工作,加载并进入操作系统运行状态CMOS设置程序设置系统参数:日期、时间、口令、配置参数等常用外部设备的驱动程序(Driver)在计算机启动阶段实现对键盘、显示器、软驱和硬盘等常用外部设备输入输出操作的控制142.3PC机的主机2.3.2内存储器152.3PC机的主机复习:内存与辅存的关系及比较内存储器(简称内存或主存)存取速度快,成本高、容量相对较小按字节编址和存取直接与CPU连接,CPU(指令)可以对内存中的指令及数据进行读、写操作大多属于易失性存储器(volatile),用于临时存放正在运行的程序和数据内存储器辅助存储器CPU指令1指令2指令k指令n程序数据1数据2数据m数据①任务启动时,执行该任务的程序和数据将从辅存成批传送到内存②CPU从内存中逐条读取该程序的指令及相关的数据④将指令的运算处理结果送回内存保存⑤任务完成后,将处理得到的全部结果成批传送到辅存以长久保存③逐条执行指令,按指令要求完成对数据的运算和处理辅助存储器(俗称外存,简称辅存)存取速度慢,成本低、容量很大按数据块编址和存取不与CPU直接连接,计算机运行程序时,外存中的程序及相关数据必须先传送到内存,然后才能被CPU使用。属于非易失性存储器(Nonvolatile),用于长久存放系统中几乎所有的信息162.3PC机的主机半导体存储器的分类及应用半导体存储器有多种类型:半导体存储器非易失性存储器易失性存储器(RAM)静态随机存取存储器SRAM动态随机存取存储器DRAMEEPROM闪速存储器(FlashMemory)(用作Cache存储器)(用作主存储器)•每个存储单元(cell)由6个晶体管组成•只要加上电,信息就能一直保持•对电器干扰相对不很敏感•比DRAM更快,也更贵•每个存储单元由1个电容和1个晶体管组成.•每10-100ms必须刷新一次•对电器干扰比较敏感•比SRAM慢,但便宜可用于存储BIOS等固件用作辅存:U盘、固态硬盘NOR型NAND型速度较慢、容量不大,价格便宜,在低端产品中用得较多智能手机/平板电脑的辅助存储器:NAND型闪速存储器172.3PC机的主机主存储器(RAM)的功能与原理主存是CPU可直接访问的存储器,用于存放供CPU处理的指令和数据特点:以字节为单位进行连续编址,每个存储单元为1个字节(8个二进位)存储容量:主存储器中所包含的存储单元的总数(单位:MB或GB)存取时间:从CPU送出内存单元的地址码开始,到主存读出数据并送到CPU(或者是把CPU数据写入主存)所需要的时间(单位:ns,1ns=10-9s)·····0110100110101010存储内容00001000000001000011001001111011111·······存储单元地址地址码存储单元地址寄存器地址译码器地址线读写控制电路数据线控制线读/写的数据读/写控制信号(64位)(36位)182.3PC机的主机PC机主存储器的物理结构主存储器由1~4个内存条组成内存条的组成:把若干片DRAM芯片焊装在一小条印制电路板上制成内存条必须插在主板上的内存条插槽中才能使用目前流行的是DDR3和DDR4内存条:均采用双列直插式,其触点分布在内存条的两面PC机主板中一般都配备有2个或4个内存条插槽4个内存条插槽192.3PC机的主机教学参考:DDR内存条的类型、速率及相关参数时钟频率=100MHz总线频率=200MHz传输频率=400MHz存储单元阵列x4数据总线时钟频率=100MHz总线频率=100MHz传输频率=200MHz存储单元阵列x2数据总线缓冲器缓冲器DDRDDR2存储器时钟频率数据总线频率100MHz400MHz存储单元阵列存储单元阵列存储单元阵列x8读/写缓冲器(预取8位)数据总线数据传输次数800MT/s读/写缓冲器(预取16位)存储单元阵列存储单元阵列存储单元阵列x16存储单元阵列x16存储单元阵列x16存储器时钟频率数据总线频率100MHz800MHz数据总线数据传输次数1600MT/sDDR3DDR4202.3PC主机的组成存储器与CPU速度差距愈来愈大DRAM,硬盘与CPU之间的速度差距愈来愈大:01101001,00010,000100,0001,000,00010,000,000100,000,000198019851990199520002005YearnsDiskseektimeDRAMaccesstimeSRAMaccesstimeCPUcycletime01101001,00010,000100,0001,000,00010,000,000100,000,000198019851990199520002005YearnsDiskseektimeDRAMaccesstimeSRAMaccesstimeCPUcycletime问题:由于CPU工作速度很快,内存速度比较慢(差1~2个数量级),从内存取数或向内存写数时,CPU往往需要等待212.3PC主机的组成解决方案——高速缓存(cache)cache是一种小容量高速缓冲存储器,它由SRAM组成cache直接制作在CPU芯片内,速度几乎与CPU一样快程序运行时,CPU使用的一部分数据/指令会预先成批复制在cache中,cache的内容是主存储器中部分内容的映象当CPU需要从内存读(写)数据或指令时,先检查cache中有没有,若有,就直接从cache中读取,而不用访问主存储器012345678910111213141589143444101010主存中的部分信息复制在cache存储器中cache主存储器CPUCPU芯片222.3PC主机的组成教学参考:如何提高cache的命中率?增大cache容量采用多级cache技术(2级或3级等)cache中采用快速的查找算法,判定是否命中不能命中时,采用有效的算法将读入的内容替换cache中暂时不使用的内容编译器优化目标程序程序员写出cache-friendly的程序232.3PC主机的组成小结:计算机存储器的层次结构cache存储器主存储器(RAM和ROM)辅助存储器(硬盘、光盘、闪速存储器)后备存储器(磁带库、光盘库)内存储器辅助存储器寄存器典型容量1KB几个MB几个GB100GB-1TB10TB-100TB典型存取时间1ns2ns10ns10ms10s•分析:速度越快,成本较高。为了获得好的性能/价格比,计算机中各种存储器组成一个层状的塔式结构,取长补短,协调工作•工作过程:1)CPU运行时,需要的操作数大部分来自寄存器2)如需要从(向)存储器中取(存)数据时,先访问cache,如在,取自cache3)如操作数不在cache,则访问RAM,如在RAM中,则取自RAM4)如操作数不在RAM,则访问硬盘,操作数从硬盘中读出→RAM→cache242.3PC主机的组成2.3.3I/O控制与I/O接口252.3PC主机的组成输入的任务:将输入设备输入的信息送到内存储器的指定区域输出的任务:将内存储器指定区域的内容送出到输出设备(I/O操作也包括辅存与内存之间的数据传输)I/O操作的特点:I/O操作与CPU的运算可同时进行多个I/O设备的操作也可同时进行工作每类I/O设备都有各自的控制器,它们按照CPU的I/O操作命令,独立地控制I/O操作的全过程!I/O操作的任务与特点262.3PC主机的组成关于计算机中的总线总线的定义:用于在CPU、内存、外存和各种输入输出设备之间传输信息的一个共享的信息传输通路及其控制部件。总线的特点:1共享;2高速总线的类型:CPU总线(前端总线FSB);存储器总线I/O总线(目前使用的是PCI和PCI-E两种)总线的带宽:单位时间内可传输的最大数据量I/O总线:第1代:ISA总线、EISA总线第2代:PCI总线、PCI-X总线第3代:PCI-Express(简称PCI-E或PCIe)总线对应主板上的两种扩充插槽:•PCI
本文标题:第2章2.3 主板、内存和IO
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