x86体系结构

基本硬件知识和PC架构昭营科技西安公司简清舟[e-mail]2010/04/01X86Architecture是英代尔Intel首先开发制造的一种微处理器体系结构的泛称。包括Intel8086、80186、80286、80386以及80486，因此其架构被称为“x86”。从1978年推出intel8086中央处理器的第三年被IBMPC选用。由此X86架构便成为个人电脑的一个标准平台。X86Architecture主要的特点冯.诺依曼结构（普林斯顿）。CISC指令集。分别是真实模式，保护模式，系统管理模式以及虚拟V86模式IBMPCIBMPC想在家用电脑市场立足的产物。使用现成的、不同原始设备制造商的元件。他们决定使用开放结构，这样其它生产商可以生产和出售兼容的元件和软件。IBM还出售其《IBMPC技术参考资料》。IBMPCCompatible是指与IBM的PC机兼容的个人电脑。一般用于指80486及之前的PC机，之后渐渐代之以“标准PC”的说法。Motherboard（主板）主机板Motherboard或是Mainboard是计算机最主要的电路板CentralProcessingUnit(中央处理器单元)CPU主要组成：运算器：算术、逻辑（部件：算术逻辑单元、累加器、寄存器组、路径转换器、数据总线）控制器：复位、使能（部件：程序计数器、指令寄存器、指令解码器、状态寄存器、时钟发生器、微操作信号发生器）寄存器。CPU的运作原理可分为四个阶段：1.提取：从程序内存中检索指令。2.解码：指令被拆解为有意义的片断。3.执行：连接到各种能够进行所需运算的CPU部件，执行。4.写回：执行阶段的结果写回。主频——主频也叫时钟频率，单位是MHz（或GHz），用来表示CPU的运算、处理数据的速度,主频和实际的运算速度存在一定的关系，但目前还没有一个确定的公式能够定量两者的数值关系，因为CPU的运算速度还要看CPU的流水线的各方面的性能指标（缓存、指令集，CPU的位数等等）。外频——外频是CPU的基准频率，单位是MHz。CPU的外频决定着整块主板的运行速度。倍频系数——倍频系数是指CPU主频与外频之间的相对比例关系前端总线(FSB)频率——前端总线(FSB)频率(即总线频率)是直接影响CPU与内存直接数据交换速度。CPU的位和字长缓存——Cache指令集CISC指令集1.指令多。2.减少编译代码中的指令的数目。3.寻址方式比较复杂。4.取指令操作所需的内存访问数量达到最小化。5.编码长度可变。（1--15）字节。RISC指令集1.指令少。2.统一指令编码（编码长度固定），通常为4个字节。3.简单寻址方式。4.泛用寄存器。（寄存器数量多，算术逻辑运算指令的操作数都在通用寄存器中存取）。Endiannness(端序)大端序（英：big-endian）或称大尾序以0x0A0B0C0D为例：地址增长方向8bit为单位→……0x0A,0x0B,0x0C,0x0D……小端序（英：little-endian）或称小尾序。以0x0A0B0C0D为例：地址增长方向8bit为单位→……0x0D,0x0C,0x0B,0x0A……混合序（英：middle-endian）具有更复杂的顺序。以0x0A0B0C0D为例：地址增长方向8bit为单位→……0x0B,0x0A,0x0D,0x0C……SystemonChip(SOC片上系统)SOC——是指在单芯片上集成数字型号处理器、微控制器、存储器、数据转换器、接口电路等电路模块。追求最大包容的集成器件。RAM/ROMROM——只读存储器。其特点：1.烧入后无需外加电即可保存数据。2.速度慢。3.适用于长期保留不变的数据。分类：1.MaskROM(掩摸ROM)2.PROM（ProgrammableROM可编程ROM）。全0或全1，一次性编程写入。3.EPROM（ErasableProgrammableROM电可擦写ROM）：紫外线光的照射擦写。可重复烧录。4.EEPROM（E2PROM）：电可擦除可编程ROM，通过高压脉冲可以写入数据（+12VDC）。可重复烧录。5.FlashROM（闪存存储器）：适用（+5V）即可到EEPROM的功能。可重复烧录。RAM——随机存储器。特点：1.可以被读写存储器。2.速度快。3.断电不保存数据。种类：1.SRAM（StaticRAM,静态随机存储器）：没有刷新周期，由触发器构成基本单元。速度快，用于高速缓冲存储器。2.DRAM（DynamicRAM，动态随机存储器）：由一个晶体管和一个电容器件构成。需要有规律的定时的进行刷新来稳定数据，主要用于主存储。3.SDRAM（SynchronousDRAM）同步DRAM：将RAM于CPU以同样时钟频率进行控制，使RAM和CPU的外频同步，减少等待的时间。4.DDRAM（DoubleDataRateSDRAM，双倍速率随机存储器）：双倍预取技术，差分输入技术，低电压技术。BIOS（BasicInput/OutputSystem）基本输入输出系统1.开机自检：检查CPU和各个控制器的状态。2.初始化：针对内存，主板芯片组，显卡及其周边装置初始化。3.记录系统设定值：提供各元件的基本设置，如显示器，键盘，处理器，内存等。4.提供常驻程序库：提供操作系统或是应用程序回调的中断常驻程序。5.加载操作系统：从存储装置中加载操作系统到内存中。BUS（总线）BUS——就是一组通信线路。BUS分类有：并行总线，串行总线。地址总线，数据总线，控制总线。内部总线，外部总线。同步总线，异步总线。总线的性能：1.总线的带宽：单位时间内，总线的数据的最大传输量，一般用MBbye/s表示。2.总线的宽度：通信线路的数目的多少称为总线宽度。3.总线的单元时钟频率：对同步总线，采用统一的时钟脉冲作为总线定时基准。4.总线的负载能力：总线上可以连接模块的最大数目。ISA（IndustryStandardAcrchitecture）工业标准构架体系8位ISA总线：IBMPCXT采用8位的机器，扩充槽是62脚。带宽：8bit兼容：8bitisa针脚：62工作电压：+5V,-5V,+12,-12V时钟频率：4.77MHz16位ISA总线：IBMPCAT采用16位的机器，扩充槽是62+36脚。带宽：16bit兼容：8bitisa，16bitisa针脚：98工作电压：+5V,-5V,+12,-12V时钟频率：8.33MHzEISAEISA是为配合32位CPU而设计的总线扩展标准带宽：32bit兼容：8bitisa，16bitisa，32bitEISA针脚：98+100工作电压：+5V,-5V,+12,-12V时钟频率：8.33MHzPCI（PeripheralComponentInterconnect）外部设备互连总线Intel推出的局部总线。地址和数据数据线分时复用。采用同步传送方式式和集中式总线总裁策略。有自动配置能力，（支持PNP）中断共享。PCI总线类型总线宽度（bit）总线速度（Mhz）总线带宽（MB/s）PCI33MHZ3233133PCI66MHZ3266266PCI64bit6433133PCI66MHZ/64bit6466533PCI-X641331066PCI-E(PCI-Express)点对点串行连接(传输通道)双工连接使用多层协议AGP(AcceleratedGraphicsPort)加速图像处理端口1997年由Intel提出。从PCI标准上建立起来的。一种高速点对点传输通道。是供显卡专用接口，主要应用在三维计算机图形的加速上。为了消除PCI在处理3D图形时的速度瓶颈。阔度66针每接口最多连接1个设备带宽最高达2133MB/s并行不支持热插拔标准版本VESALocalBus（VideoElectronicsStandardsAssociationLocalBus）扩充ISA局部总线是一个扩充标准工业插槽（ISA）的总线。负责掌控装置的内存映射I/O和直接内存存取（DMA）的内存高速管道。VLB插槽本身就是现存ISA插槽的延伸，伸长的部份通常被涂成棕色，和一般黑色ISA插槽分别。VideoCard（显卡）显卡的用途是将计算机系统所需要的显示信息进行转换驱动显示器。向显示器提供行扫描信号。是“人机对话”的重要设备之一。显卡主要元件：显示芯片BIOS（基本输出的固件程序）显存输出接口显卡按接口分类：ISA显卡PCI显卡AGP显卡VESA显卡PCI-Express显卡USB显卡GraphicProcessingUnit(图形处理器)计算机中处理图形输出的显示芯片。NVIDIA公司在发布GeForce256绘图处理芯片时首先提出的概念GPU使显卡减少了对CPU的依赖并分担了部分原本是由CPU所担当的工作USB（UniversalSerialBus）通用串口总线1994年底Intel、Microsoft、康柏、IBM等公司倡导的串口总线标准。可以热插拔，即插即用。工作在5V电压。100mA~500mA，USB设备可以采用自供电方式。支持同步和异步传输。设备和主机由管道pipe（逻辑通道）联系在一起。半双工的差分信号并协同工作。携带方便（USB设备大多以“小、轻、薄”见长）。标准统一（USB硬盘、USB鼠标、USB打印机）。可以连接多个设备（127个）。第一代：USB1.0/1.1的最大传输速率为12Mbps。1996年推出。第二代：USB2.0的最大传输速率高达480Mbps。USB1.0/1.1与USB2.0的接口是相互兼容的。第三代：USB3.0最大传输速率5Gbps,向下兼容USB1.0/1.1/2.0，支持全双工。现标准中将USB统一为USB2.0高速：传输速率25Mbps－400Mbps（最大480Mbps）全速：传输速率500Kbps－10Mbps（最大12Mbps）低速：传输速率10Kbps－100Kbps（最大1.5Mbps）接触点功能颜色1VBUS(4.75－5.25V)红2D-白3D+绿4接地黑控制传输（Control）——一般用于短的、简单的对设备的命令和状态反馈，例如用于总线控制的0号管道。同步传输（Isochronous）——按照有保障的速度（可能但不必然是尽快地）传输，可能有数据丢失，例如实时的音频、视频。中断传输（Interrupt）——用于必须保证尽快反应的设备（有限延迟），例如鼠标、键盘。批量传输（Bulk）——使用余下的带宽大量地（但是没有对于延迟、连续性、带宽和速度的保证）传输数据，例如普通的文件传输。FireWire(IEEE1394火线接口)IEEE1394接口是苹果公司领导开发的高速串行工业总线标准。支持即插即用，热插拔。支持两种传输方式同步传输和异步传输。支持点对点通信模式。支持较远的距离，普通线缆可以达到4.5m，高级线缆可以达到15m，1394b可以使用多种介质，玻璃光缆或是5类双绞线传输可以达到100m。使用8~40V的直流电。IEEE1394理论上可以将63台设备串接在同一网络上。IEEE1394继承了成熟的SCSI指令体系，因此传输的稳定度和效率都相当地高。和USB2.0相比，对于CPU的负担也较低。IEEE1394a-2000（FireWire400）：6Pin接口，最高速为400MbpsIEEE1394b-2002（FireWire800）：接头的形状从IEEE1394a的6Pin变成9Pin，理论最高速为800Mbps。IEEE1394c-2006（FireWireS800T）：新的接头规格和RJ45相同，并使用CAT-5（5类双绞线）和相同的自动协议，可以使用相同的端口来连接任何IEEE1394设备或IEEE802.3