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【本实践旨在进一步学习计算机硬件系统，掌握计算机核心硬件以及重要接口的物理特性及性能参数】

计算机组装与维护（一）——计算机核心硬件及重要接口的再认识

- - - 【更新日志】
计算机硬件系统回顾
计算机核心硬件的再认识
- 中央处理器
- 内部存储器
- 显卡、网卡、声卡
- 主板
- 硬盘
计算机重要接口器件的再认识
- CPU插座
- 主板芯片组
- - 南桥北桥芯片
  - BIOS芯片和CMOS电池
- 扩展槽
- - 内存插槽
  - PCI-E插槽
  - PCI插槽
- SATA插槽
- 前置控制面板接口
- 电源接口

【更新日志】

计算机硬件系统回顾

世界上第一台电子数字计算机：ENIAC
计算机硬件系统：指构成计算机系统的电子线路和电子元件等物理设备的总称。硬件是构成计算机的物质基础，是计算机系统的核心
计算机硬件系统基本结构：冯·诺依曼体系
计算机硬件系统组成：运算器，控制器，存储器，输入设备、输出设备五大部分组成
计算机硬件系统五大部分工作基本原理：
1、首先由输入设备接受外界信息(程序和数据)，控制器发出指令将数据送入(内)存储器
2、然后向内存储器发出取指令命令。在取指令命令下，程序指令逐条送入控制器
3、控制器对指令进行译码，并根据指令的操作要求，向存储器和运算器发出存数、取数命令和运算命令，经过运算器计算并把计算结果存在存储器内
4、最后在控制器发出的取数和输出命令的作用下，通过输出设备输出计算结果

计算机核心硬件的再认识

中央处理器

概念： 中央处理器（CPU，Central Processing Unit）作为计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元
核心部分： 运算器、控制器
工作原理： 据冯诺依曼体系，CPU的工作分为5个阶段：取指令阶段、指令译码阶段、执行指令阶段、访存取数和结果写回
（引用自百度百科）

外形结构：经过封装的矩形陶瓷芯片，芯片上集成上亿个晶体管，在正面标识了CPU的生产厂商、产品编号、生产日期等信息

相关品牌：“龙芯”系列、Intel、AMD等

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“龙芯”系列：“龙芯”系列芯片是由中国科学院中科技术有限公司设计研制的，采用MIPS体系结构，具有自主知识产权，产品现包括龙芯1号小CPU、龙芯2号中CPU和龙芯3号大CPU三个系列，此外还包括龙芯7A1000桥片。

Intel公司： 英特尔是美国一家以研制CPU为主的公司，是全球最大的个人计算机零件和CPU制造商，它成立于1968年，具有52年产品创新和市场领导的历史。
根据Intel产品线规划，目前Intel九代酷睿有三种产品：i9/i7/i5，除了具有高性价比优势外，Intel九代酷睿还能够使笔记本电脑更具便携性、更好的无线网络连接能力、更快的数据传输速度。

AMD公司： 美国超威半导体公司，专门为计算机、通信和消费电子行业设计和制造各种创新的微处理器（CPU、GPU、主板芯片组、电视卡芯片等)，以及提供闪存和低功率处理器解决方案，公司成立于1969年。AMD致力为技术用户——从企业、政府机构到个人消费者——提供基于标准的、以客户为中心的解决方案。

CPU主要技术指标：

核心数：在一个CPU芯片内封装的物理内核的数量，核心数越高，CPU能够同时并行处理的任务越多，速度越快。目前主流CPU的核心数有两核、四核、六核、八核等
超线程技术：Intel的专利技术，在Intel的CPU种已经广泛使用。即利用特殊的硬件指令，把CPU内的一个物理内核模拟成两个逻辑芯片来提升处理器执行资源的使用率。使用这项技术，处理器的资源利用率理论上平均可以提升40%
主频：CPU的时钟频率，是CPU内核电路的实际工作频率，反映CPU的运算速率，单位是GHz
外频：是系统总线的工作频率（系统时钟频率），反映CPU与周边设备传输数据的频率，单位是MHz
倍频：CPU主频与外频的倍数，即主频 = 外频 x 倍频
内部Cache：为了减少 CPU 因等待内存或者低速设备的数据与指令所导致的延迟，提高系统的性能，在 CPU 芯片内部都集成了一定容量的 Cache，用于暂时存储 CPU 运算时需要的部分指令和数据

PS：前端总线频率
即FSB频率，是CPU与主板北桥芯片间的数据传输的速率。CPU 通过 FSB连接到北桥芯片，再通过北桥芯片和内存交换数据，其频率高低直接影响 CPU 访问内存的速率。FSB越大，CPU与北桥芯片之间的数据传输能力越大，越能充分发挥 CPU 的功能。目前，主流 CPU 的 FSB频率有1600MHz、2000MHz、2400MHZ 等多种
为了进一步提高 CPU 和内存交换数据的速率，充分发挥 CPU的性能，在 INTEL 最新的 CPU 中，将内存控制器集成到 CPU中，取消了主板中负责在 CPU 和内存之间交换数据的北桥芯片，所以 FSB 频率将不再成为 CPU 的一项技术指标

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内部存储器

概念： 一般指内存（也称主存储器），是计算机的重要部件之一。它是外存与CPU进行沟通的桥梁，计算机中所有程序的运行都在内存中进行。内存性能的强弱影响计算机整体发挥的水平
分类： 广义上半导体存储器按工作原理分类可分为只读存储器（ROM）、随机存储器（RAM）、高速缓冲存储器（Cache）

外形结构：内部存储器主要是由半导体器件构成，将多个半导体器件封装在一起构成一个内存芯片，在实际使用中，一个内存芯片在容量上无法满足计算机系统的需要，由若干个芯片组成的模块做成电路插件板，称为内存条
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目前广泛使用的内存是双倍速率同步动态随机存储器，简称为 DDR，该规格的内存已经有三代产品，分别称为 DDR1、DDR2 和 DDR3，其中 DDR3 是目前的主流产品。

不同规格的内存缺口的位置不一样，不同规格的内存其核心电压不一样，原则上不能混合使用，一般由 CPU 和主板的类型来决定使用的内存的种类
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内部存储器主要性能指标：

存储容量：内存条所能存放的信息总量
数据传输频率：表示内存稳定运行的最大数据传输速度，如 DDR3 1333、DDR3 1600 等，它们分别表示对应的内存能以 1333MHz 和 1600MHz 的频率稳定的进行数据传送。数据传输频率越大，内存的数据吞吐量越大，单位时间能够传送的信息量越大。目前主流内存的数据传输速率是 1600MHZ 和 2000MHZ
等待时间：CAS Latency，简写CL，内存存取数据所需的延迟时间，即内存接到CPU指令后的反应速度

显卡、网卡、声卡

显卡： 个人计算机基础的组成部分之一，将计算机系统需要的显示信息进行转换驱动显示器，并向显示器提供逐行或隔行扫描信号，控制显示器的正确显示，是连接显示器和个人计算机主板的重要组件，是“人机”的重要设备之一，其内置的并行计算能力现阶段也用于深度学习等运算
主流显卡芯片： NVIDIA（英伟达）、AMD（超微半导体）
显卡的主要处理单元： 显示芯片，也称为图形处理器（GPU），使显卡减少了对CPU 的依赖，并完成部分原本属于CPU的工作
显卡分类： 集成显卡、独立显卡、核芯显卡

显卡的结构：

电容：影响显卡电路的质量
显存：负责存储显示芯片需要处理的各种数据，其容量大小、性能高低直接影响着电脑的显示效果。新显卡均采用DDR6/DDR5的显存
GPU及风扇：GPU即显卡芯片，负责显卡绝大部分的计算工作，相当于CPU在电脑中的作用。GPU风扇用于给GPU散热
显卡接口：通常被叫做金手指，主流显卡采用PCI Express
外设接口：担负显卡的输出任务，新显卡包括一个传统VGA模拟接口和一个或多个数字接口（DVI、HDMI、DP）
桥接接口：中高端显卡可支持多块同时工作，它们之间就是通过桥接器连接桥接口

显卡的主要性能指标：

显卡频率：核心频率与显存频率
显示存储器：也称帧缓存，暂时储存显示芯片处理过或即将提取的渲染数据
显存类型：即显卡存储器采用的存储技术类型，主流的显卡大都采用了GDDR3的显存类型
显存位宽：一次可以读入的数据量，即表示显存与显示芯片直接交换数据的速度。位宽越大，显存与显示芯片之间数据的交换就越顺畅
流处理器单元：动态分配进行顶点运算和像素运算的流处理器数量，达到资源的充分利用

网卡： 一块被设计用来允许计算机在计算机网络上进行通讯的计算机硬件。由于其拥有MAC地址，因此属于OSI模型的第2层。它使得用户可以通过电缆或无线相互连接。每一个网卡都有一个被称为MAC地址的独一无二的48位串行号，它被写在卡上的一块ROM中
网卡主要功能： 数据的封装与解封、链路管理、数据编码与译码

声卡： 是计算机多媒体系统中最基本的组成部分，是实现声波/数字信号相互转换的一种硬件。声卡的基本功能是把来自话筒、磁带、光盘的原始声音信号加以转换，输出到耳机、扬声器、扩音机、录音机等声响设备，或通过音乐设备数字接口(MIDI)发出合成乐器的声音

主板

概念： 主板，又叫主机板（mainboard）、系统板（systemboard）、或母板（motherboard）。它安装在机箱内，是微机最基本的也是最重要的部件之一。主板一般为矩形电路板，上面安装了组成计算机的主要电路系统，一般有BIOS芯片、I/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指示灯插接件、扩充插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件等元件
工作原理：

在电路板下面，是错落有致的电路布线；在上面，则为分工明确的各个部件：插槽、芯片、电阻、电容等
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接口以及主板边缘的串口、并口、PS/2接口等
随后主板会根据BIOS（基本输入输出系统）来识别硬件，并进入操作系统发挥出支撑系统平台工作的功能

主板布局：

芯片组：主板的核心，决定了主板的规格、性能和大致功能，常见的有Intel的865芯片组
扩展槽：又称“总线插槽”，是主机通过系统总线与外部设备联系的通道，用作外设接口电路的适配卡都插在扩展槽内
主要接口：主要有硬盘接口、软驱接口、COM接口（连接鼠标Modem等外设）、PS/2接口（连接键盘鼠标等外设）、USB接口、LPT接口（连接打印机扫描仪等外设）、MIDI接口、SATA接口等

常见主板结构：ATX结构，Intel公司于1995年制定的主板规格，成为较新计算机系统默认的主板规格
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硬盘

概念： 硬盘驱动器（Hard Disc Drive 简称 HDD）是电脑主要的存储媒介之一。目前的硬盘都是采用温彻斯特（Winchester）技术，即盘片与磁头密封在盘壳内，镀磁盘片固定在轴上，并高速旋转，磁头沿盘片径向移动且悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片接触。故又称为温彻斯特式硬盘。硬盘的特点是存储容量大，当前，微型计算机中硬盘的容量已达 2T 以上

技术参数：

容量
转速：硬盘内电机主轴的旋转速度，转速越快，寻找文件的速度也越快，相对的硬盘传输速度也就得到了提高
访问时间：平均访问时间指磁头从起始位置到达目标磁道位置并从目标磁道上找到要读写的数据山区所需的时间，体现了硬盘的读写速度。平均访问时间 = 平均寻道时间 + 平均等待时间
传输速率：硬盘读写数据的速度
缓存：硬盘内部存储和外界接口之间的缓冲器

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计算机重要接口器件的再认识

CPU插座

概念： 用来安装CPU的接口，使CPU得以正常工作

分类： 主要分为Socket、Slot两种

接口方式： 有引脚式、卡式、触点式、针脚式等，应用广泛的CPU接口一般为针脚式接口。CPU接口类型不同，在插孔数、体积、形状都有变化，所以不能互相接插

目前Intel公司的CPU主要使用GA 1155、LGA 1156 和 LGA1150 接口标准的插座
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主板芯片组

南桥北桥芯片

主板芯片组又称为控制芯片，根据芯片作用的不同，芯片可分为北桥芯片和南桥芯片。

一般来说，主板上横跨 PCI-E 显卡插槽左右两边的两块芯片就是北桥芯片和南桥芯片。北桥芯片在 CPU 插槽旁边，由于其发热量比较大，通常有一个散热片覆盖；南桥芯片在 PCI 插槽下面。它们是一个主板的中枢，对主板的性能起决定性的作用

芯片组的名称常以北桥芯片的名称来命名的，北桥被用来处理高速信号，通常处理CPU（处理器），RAM（内存），AGP端口或PCI Express,和南桥芯片之间的通信。南桥芯片负责I/O总线之间的通信，如PCI总线、USB、LAN、ATA、SATA、音频控制器、键盘控制器、实时时钟控制器、高级电源管理等
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INTEL 公司的 Core i 系列 CPU 产品已将显卡核心和内存控制器都集成在 CPU 内，北桥芯片已经取消了，以后主流的芯片组很有可能都变成南北桥合一的单芯片形式

BIOS芯片和CMOS电池

BIOS 是 Basic Input Output System 的缩写，即基本输入输出系统。BIOS 芯片是一块方块状的存储器，它里面有与主板搭配的输入／输出程序、开机自检程序、计算机在加电启动时，识别各种硬件，对计算机的硬件进行初始化，目前常用的 BIOS 主要有AWARD BIOS 和 AMI BIOS

通过 BIOS 中的 CMOS 设置程序，可将当前系统中的硬件配置信息保存在 CMOS RAM 芯片中以备下次启动机器时完成硬件自检。由于 CMOS RAM 芯片具有掉电后存储内容丢失的特点，目前的主板在关机之后一般采用锂电池为其供电，通常 CMOS 电池在 BIOS 芯片旁边
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