【计算机概论】个人计算机架构与接口设备

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。

连接接口设备

PS/2接口:老式的键盘鼠标接口 USB接口:即插即用 RJ-45接口:网线接口,内部有8根线。

电源能源转换率

电源本身也会吃掉一部分电力。如果主机需要300W那么最好挑选400W以上的电源。 输出的功率/输入的功率 = 能源转换率

链接接口

主板与电源的链接接口主要有20pin 24pin两种规格

选购须知

计算机速度的快慢与整体系统的最慢的那个设备有关。 系统不稳定的可能原因: ①超频 ②电源不稳 ③内存无法负荷 ④系统过热

微笑拥抱每一天,做像向日葵般温暖的女子。

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