15计算机系统组成

计算机系统组成硬件系统软件系统图1-3计算机系统组成计算机硬件主机（中央处理器和内存）外设（I/O设备和外存储设备）裸机的概念：不装备任何软件的计算机成为裸机。一般意义上的主机。微机的性能指标一、字长字长是计算机内部一次可以处理的二进制数的位数。一般计算机的字长取决于它的通用寄存器、内存储器、ALU的位数和数据总线的宽度。微型计算机字长有4位、8位、16位，高档微机字长为32位或64位。二、主频主频是指微型计算机中CPU的时钟频率(CPUClockSpeed)，也就是CPU运算时的工作频率。一般来说，主频越高，一个时钟周期里完成的指令数也越多，当然CPU的速度就越快。三、存储容量存储容量是衡量微型计算机中存储能力的一个指标，它包括内存容量和外存容量。内存容量以字节为单位，分最大容量和装机容量。最大容量由CPU的地址总线的位数决定，而装机容量按所使用软件环境来定。外存容量是指磁盘机和光盘机等容量，应根据实际应用的需要来配置。四、外设扩展能力一台微型计算机可配置外部设备的数量以及配置外部设备的类型，对整个系统的性能有重大影响。如显示器的分辨率、多媒体接口功能和打印机型号等，都是外部设备选择中要考虑的问题。五、软件配置情况软件配置情况直接影响微型计算机系统的使用和性能的发挥。通常应配置的软件有：操作系统、计算机语言以及工具软件等，另外还可配置数据库管理系统和各种应用软件。CPU（中央处理单元）重要性：CPU是计算机的心脏。由运算器和控制器组成。运算器负责对数据进行处理。控制器负责分析各项指令，并统一协调各部件的工作。CPU的类型决定了主机的类型。微处理器（CPU）的发展1971年1月，世界上第一只微处理器，即芯片4004问世。它的发明人是年仅34岁的霍夫，他因此被英国《经济学家》杂志列为“第二次世界大战以来最有影响的七位科学家之一”。这种处理器一次可对4个二进制数进行运算，它的功能相当于一台“埃尼阿克”计算机，与1950年时像房子那样大的电路板功能差不多。4004芯片上集成了2250个晶体管。人们首次实现了这样一种设想：仅用一块芯片来承担中央处理器的全部功能。英特尔公司把这种4004芯片，与一块随机存取存储器芯片，一块只读存储器芯片和一块寄存器芯片，组合在一起，制成一个4位微型计算机MCS—4。这是世界上第一台微型电子计算机，它在1971年问世，从此揭开了微型计算机发展的序幕。1977年，超大规模集成电路工艺取得突破性进展，一块硅片上已经可以容纳一万个以上的晶体管。于是从1978年起，各大公司便推出了可与过去中档小型机比拟的16位微处理器。如英特尔公司的8086，摩托罗位公司的Mc6800等。1981年，IBM公司开发了16位机，进入微型机的高级机时代。以后，美国的许多电子公司和科学实验室纷纷投入资金和人力，研制开发32位微型机。摩托罗拉公司的68020微处理器，cyrix公司的Z8000微处理器，以及英特尔公司在1985年10月推出的80386微处理器，它们都是32位的CPU芯片，用以制造超级微型机。其中，80386芯片最具有代表性，因为使用这种微处理器的CPU，可使主机装上40兆内存，如加上虚拟存储，可达64兆。日本的第四代微机发展迅速，除了IBM公司在日本的子公司—日本IBM之外，主要的计算机生产厂家有富士通，日立，日本电气（NEC），东芝及三菱。它们分别集中人力物力，研制与美国国际商用机器公司（IBM）生产的370系列相媲美的计算机，取得了较好的成绩。1989年，英特尔公司又研制出了一种新型的个人计算机芯片80486。它使芯片的集成度从30万个晶体管一跃超过了100万个晶体管。80486能极大地加快计算机的运算速度。一块80486芯片能完成以前的三种芯片（两块芯片用于数据处理和存储常用数据指令的记忆装置，另一块用于中央处理器），这样就减少了三块芯片之间联系所需的时间，极大地提高了运算速度。1993年，美国英特尔公司推出“奔腾”（PENTIUM）芯片，这是一种速度更快的微处理器，被称为586或P5。它含有310万个晶体管。速度达60兆赫。以后又陆续推出75兆赫，90兆赫，100兆赫，120兆赫及133兆赫的芯片。“奔腾”芯片广泛地运用于各种个人电脑和多媒体电脑上，使个人电脑拥有更为强大的功能，可运行更为强劲有力的软件。由于“奔腾”芯片的问世和价格的不断降低，装备了“奔腾”CPU的电脑已逐渐占领了个人电脑的市场，使486芯片迅速退出市场。1995年11月，美国英特尔公司推出“新奔腾”（PENTIUMPRO）微处理器，这是自从1979年以来英特尔公司的芯片家族的第六代。这种“新奔腾”微处理器首先被用在商业用的高性能计算机上，但是最终这种芯片将使家用个人计算机有更好的性能来处理多媒体和功能更强的软件。“新奔腾”的代号为P6，它有550万个晶体管，第一批芯片运行的速度为150—200兆赫，最终将达到266兆赫。这种新芯片的功能比它的前身P5要多，“新奔腾”不仅快而且具有智能，它能预计就作好了计算，以便节省时间。它将决定最有效的指令以便执行多种指令。而P5是按照发出指令的次序执行的。几家个人计算机制造公司，其中包括国际商用机器公司（IBM），康柏，惠普和德尔，都争相推出使用这种芯片的新型计算机。“新奔腾”P6芯片将使个人计算机获得工作站的性能。CPU的性能指标主频外频与前端总线倍频工作电压数据总线宽度高速缓存主频表示cpu内部数字脉冲信号震荡的速度，从根本上讲与cpu的实际运算能力是没有直接关系的，主频越高只能说明cpu能够承受更高的运算速度。因此我们说主频与实际运算速度有关，但是目前还没有一个确定的公式能够实现二者的数值关系。在一定情况下，很可能出现主频高但是运行速度低的现象，如intel的奔41.4G性能远远赶不上AMD的Athlon1.2G，为此AMD目前宣传一个真实性能标准：频率不是一切，性能才是关键。外频是由主板提供的系统总线频率，是cpu与主板之间同步运行的速度。由于内存速度与主板速度远低于cpu，为了能够与内存、主板速度保持一致，就要降低cpu频率，即数据一出cpu就降到与主板相同的速度，66、100、133，早期的intel处理器一般为100MHZ，AMD为133MHZ。前端总线（FSB，frontsidebus）是AMD推出的概念，一直被误认为是外频的另一个称呼，实际上外频指cpu与主板连接的速度，是建立在信号震荡速度上的，而FSB指的是数据的传输速度。由于目前各种主板上FSB与内存总线频率相同，所以也是cpu与内存交换数据的的工作时钟。目前媒体一些外频可达到400，533，实际上是将外频与前端总线混为一谈了，外频仍然不变，只是采用特殊技术，使前端总线能够在一个时钟周期内完成多次传输。倍频指cpu运行频率与整个系统外频之间的倍数，即降低cpu主频的倍数（主频=外频×倍频），由于外频的提高，其他设备无法承受，出现了分频技术，目前北桥芯片一般都支持133M外频，即PCI设备4分频，AGP设备2分频，在标准外频下北桥芯片必须是PCI设备工作在33MHZ，AGP工作在66M，根据公式，要提高主频，可以提高倍频系数，即是所谓的“超频”。工作电压是cpu工作所需的电压，低电压以为着低功耗，低发热量，目前呈逐步下降趋势。数据总线负责整个系统的数据流量，而其宽度决定了cpu与L2cache与内存、I/O设备之间一次传输的数据量，目前一般都为64位。高速缓存比主存速度更快，为减少cpu等待低速内存所造成的延迟，起到缓冲作用。Cache技术直接关系到cpu整体性能，不过也不是越大越好，当达到一定水平后，如果不即使更新cache算法，cpu性能将没有本质提高。一般分为L1和L2，L1一般建立在cpu内部，L2一般集成在其中。CPU的选购在CPU高速发展的今天，其速度已经不是整机性能的决定因素，内存大小，硬盘速度，显卡速度，主板等部分，对整个性能都起着作用，盲目追求高频率并不可取。购买时要明确购机目的，在整个计算机系统中，CPU是最先选购的配件，只有决定cpu后才能选购主板，AMD和Intel平台没有任何区别。内存泛指计算机系统中存放数据与指令的半导体存储单元，包括RAM（随机存储器，随机存取存储器）按内存的工作原来分类按内存的工作原理可分为只读存储器ROM（只读记忆）和随机存储器（随机存储器）。1.只读存储器（ROM）是计算机厂商用特殊的装置把内容写在芯片中，只能读取，不能随意该变内容的一种储存器，如基本输入输出系统（1）EPROM它与一般ROM不同点在与，EPROM可以用特殊的装置擦除和重写的内容如早期主板上的基本输入输出系统。（2）闪电存储器（闪光记忆）使用闪速存储器的主要特点是在不加电的情况下能长期存储的信息。2，随机存储器（RAM）RAM就是平常所说的内存，系统运行时，将所需的指令和数据从外部存储器调入内存中，CPU再从内存中读取指令或数据进行运算，并将运算结果存入内存中，根据其制造原理不同，现在的RAM多为MOS型半导体电路，它分为静态和动态两种。（1）静态存储器（SRAM）SRAM的一个存储单元的基本结构是一个双稳态电路，读写速度很快这样一方面降低了SRAM的集成度，另一方面也增加了生产成本。（2）动态RAM（DRAM）一个DRAM单元由一个晶体管和一个小电容组成，所以DRAM中存储的数据需要不断的刷新。根据DRAM不同的标准又可分为多种类型的DRAM，如SDRAM（同时的DRAM,同步动态随机存储器）DDRSDRAM（两倍数据比率SDRAM,双倍数据速度SDRAM）RDRAM（RambusDRAM），早期还有一种RDR内存，发热量比较大，两面都有散热片，并且必须要插满插槽。内存内存条的主要性能指标1、内存速度所谓内存的速度是指内存芯片中数据的输入输出的速度。2、ECC在比教高级的内存上，会看到所谓ECC的功能，即表示这个内存具备错误的功能，他使得内存在传输数据的同时，在每次传送的数据上增加一个检查位，若有错误发生，还可以将他以修正并继续传输，这样不至于因为错误而中断，这类具有ECC功能的内存通常使用在服务器上。3、时钟周期tCK内存时钟周期代表着内存标称运行的最大工作频率，一般在内存上标示为“-X“。4、存取时间他代表读取数据所延迟的时间。5、延迟时间CLCL即所谓的内存预备充电时间。若内存上的标示为CL=3，代表系统自DRAM读取第一笔数据时所需要的准备时间为3个系统时钟周期6、综合性能的评价关于总延迟时间计算的一般公式：总延迟时间=系统时钟周期*CL模式数+存取时间。内存的选购目前市场上内存条分为有品牌和无品牌两种，品牌内存一般都有外包装，如：金士顿（kingmax）。无品牌内存多为散装，只依内存条上的内存芯片的品牌命名，如：现代（HY）。在选购内存时，还要注意它的兼容性，某些品牌的内存在有些主板上会造成无法开机、运行时死机、不稳定等现象。内存条的安装内存条的安装，拆御非常简单（1）首先，分清自己的内存的类型，找到主板上的内存条安装位置。（2）对准内存条上金手指出的缺口与DIMM剿上的对应的隔断位置。（3）将内存条垂直的用劲插到底。2内存条的拆御如果要卸下内存条，只需向外搬两个卡齿，内存即会自动从DIMM剿中脱出主板主板是微机最基本也是最重要的部件之一，是整个微机内部结构的基础，一切设备都要靠主板来协调工作，如果将cpu看成微机的大脑，那么主板就是身躯。主板实际上是一块电路板，安装了各式各样的电子零件并布满了电子线路，当微机工作时由输入设备输入数据，由cpu完成运算，再由主板负责组织运输到各个设备，最后经输出设备反映到我们的感官。主板的平面是一块PCB(印刷电路板)，一般采用四层板或六层板。相对而言，为节省成本，低档主板多为四层板：主信号层、接地层、电源层、次信号层，而六层板则增加了辅助电源层和中信号层，因此，六层PCB的主板抗电磁干扰能力更强，主板也更加稳定。当主机加电时，电流会在瞬间通过CPU、南北桥芯片、内存插槽、AGP插槽、PCI插槽、IDE接