1、2.3 PC机的主机机的主机2.3.1 主板、芯片组与主板、芯片组与BIOS 2.3.2 内存储器内存储器2.3.3 I/O总线和总线和I/O接口接口22.3 PC机的主机机的主机2.3.1 主板、芯片组与主板、芯片组与BIOS32.3 PC机的主机机的主机台式台式PC机机(立式立式)的主机箱的主机箱扩展扩展空间空间42.3 PC机的主机机的主机(1)主板主板n主板的作用：安装所有的电子器件、电路与连接件主板的作用：安装所有的电子器件、电路与连接件n主板安装内容：见上图主板安装内容：见上图nROM BIOS：存放最基础的软件：存放最基础的软件基本输入基本输入/输出系统输出系统(BIOS)nCM
2、OS存储器：存放系统的基本参数（日期、时间、口令等）存储器：存放系统的基本参数（日期、时间、口令等）存储器插座存储器插座 处理器处理器插槽插槽外部设备插口外部设备插口(I/O接口接口)软驱及硬盘的软驱及硬盘的IDE连接器连接器电源连接器电源连接器 PCI总线槽总线槽 CPU插座插座显示卡的显示卡的插槽插槽南桥南桥芯片芯片 ROM BIOS CMOS 存储器存储器北桥北桥芯片芯片52.3 PC机的主机机的主机例：华硕例：华硕P4T主板照片主板照片CPUCPU插座插座内存条插座内存条插座软驱、硬盘软驱、硬盘IDEIDE连接器连接器电源连接器电源连接器PCIPCI总线插槽总线插槽 芯片组芯片组 I/
3、OI/O端口端口显卡插槽显卡插槽62.3 PC机的主机机的主机(2)芯片组的作用芯片组的作用yALU寄存器组寄存器组CPU总线接口总线接口R6CPU(前端前端)总线总线I/O 总线总线主板扩展槽主板扩展槽PCI接口接口南桥芯片南桥芯片I/O 总线总线寄寄存存器器组组运运算算器器中央处理器中央处理器指令计数器指令计数器指令寄存器指令寄存器控制器磁盘控制器磁盘控制器以太网卡以太网卡USB控制器和接口控制器和接口鼠标器鼠标器键盘键盘网线网线disk声卡声卡视频卡视频卡光驱光驱主存储器主存储器0A北桥芯片北桥芯片y存储器总线存储器总线显卡72.3 PC机的主机机的主机芯片组举例芯片组举例n芯片组的作用
4、：芯片组的作用：n是是PC机各组成部分相互连接和通信的枢纽机各组成部分相互连接和通信的枢纽n北桥芯片：北桥芯片：1.存储器控制功能；存储器控制功能；2.连接连接CPU、存储器、显卡、南桥芯片的枢纽、存储器、显卡、南桥芯片的枢纽n南桥芯片：南桥芯片：1.多种多种I/O设备的控制功能；设备的控制功能；2.I/O总线总线(PCI总线总线)功能；功能；3.提供了各种提供了各种I/O接口接口Pentium 4CPU前端总线前端总线北桥北桥MCH图形卡接口图形卡接口双通道双通道南桥南桥ICH5USB 2.0接口接口(x8)以太网接口以太网接口PCI 插槽插槽(6个个)ROM BIOS硬盘接口硬盘接口(x2
5、)音频音频CodecSuper I/O键盘键盘,鼠标鼠标,软驱软驱,并口并口,串口等串口等电话电话ModemDDR 2电源管理、时钟生成电源管理、时钟生成DDR 2存储器存储器CPU82.3 PC机的主机机的主机(3)BIOSn什么是什么是BIOS（Basic Input/Output System）？n中文名为中文名为“基本输入基本输入/输出系统输出系统”，它是存放在主板上它是存放在主板上只读存储器只读存储器（ROM）芯片中的芯片中的一组机器语言程序一组机器语言程序n功能：功能：n诊断计算机故障诊断计算机故障n启动计算机工作启动计算机工作n控制基本的输入输出操作控制基本的输入输出操作(键盘、
6、鼠标、磁盘读写、屏键盘、鼠标、磁盘读写、屏幕显示等幕显示等)nBIOS 芯片芯片n保存保存BIOS的只读存储器的只读存储器(ROM)芯片芯片92.3 PC机的主机机的主机BIOS 芯片中包含的程序芯片中包含的程序n加电自检程序加电自检程序程序程序（POST）(Power On Self Test)用于用于检测计算机硬件故障检测计算机硬件故障n系统自举程序系统自举程序（Boot）启动计算机工作，加载并进入操作系统运行状态启动计算机工作，加载并进入操作系统运行状态nCMOS设置程序设置程序 设置系统参数：日期、时间、口令、配置参数等设置系统参数：日期、时间、口令、配置参数等n常用外部设备的驱动程序
7、常用外部设备的驱动程序（Driver）实现对键盘、显示器、软驱和硬盘等常用外部设备输实现对键盘、显示器、软驱和硬盘等常用外部设备输入输出操作的控制入输出操作的控制102.3 PC机的主机机的主机PC机的启动工作过程机的启动工作过程1.接通电源时接通电源时CPU自动执行自动执行BIOS中的加电自检程序中的加电自检程序1.1 按按CMOS中的内容来识别硬件的配置中的内容来识别硬件的配置,测试各部件的工作测试各部件的工作状态状态(发现错误则报错发现错误则报错)1.2 初始化初始化CPU、内存、内存、ROM、主板、主板、CMOS、显示卡、键、显示卡、键盘、软驱和硬盘等设备盘、软驱和硬盘等设备2.CPU
8、自动执行自动执行自举程序自举程序 按照按照CMOS中预先设定的启动顺序，搜寻外存储器（软、中预先设定的启动顺序，搜寻外存储器（软、硬盘或光盘）硬盘或光盘）3.从外存储器读入引导程序，然后由引导程序读出操作从外存储器读入引导程序，然后由引导程序读出操作系统并装入内存系统并装入内存4.最后，将控制权交给操作系统，整个计算机由操作系最后，将控制权交给操作系统，整个计算机由操作系统所控制统所控制112.3 PC机的主机机的主机关于关于CMOS 芯片芯片n这是一个容量很小的这是一个容量很小的RAM存储器，由电池供电存储器，由电池供电，即使计，即使计算机关机后也不会丢失所存储的信息算机关机后也不会丢失所存
9、储的信息n作用：作用：n存放计算机硬件的参数（称为存放计算机硬件的参数（称为“配置信息配置信息”），包括日期），包括日期和时间、口令、和时间、口令、软盘软盘/硬盘硬盘/光盘驱动器的数目、类型及参数、光盘驱动器的数目、类型及参数、显卡类型、显卡类型、cache使用状况、启动机器时访问外存的顺序等，使用状况、启动机器时访问外存的顺序等，供供BIOS程序使用程序使用n设置和修改设置和修改CMOS参数的方法：参数的方法：n在开机启动在开机启动BIOS工作时，按下工作时，按下Del键键(或或F2或或F8健健)，即可进，即可进入入BIOS中的中的CMOS设置程序设置程序122.3 PC机的主机机的主机2.
10、3.2 内存储器内存储器132.3 PC机的主机机的主机复习：内存与外存的关系及比较复习：内存与外存的关系及比较n内存储器内存储器(简称内存或主存简称内存或主存)n存取速度快存取速度快n成本高、容量相对较小成本高、容量相对较小n直接与直接与CPU连接，连接，CPU(指令指令)可以可以对对内存中的指令及数据进行读、写内存中的指令及数据进行读、写操作操作n属于挥发性存储器属于挥发性存储器(volatile)，用于，用于临时存放正在运行的程序和数据临时存放正在运行的程序和数据内存储器内存储器外存储器外存储器CPU指令指令1指令指令2指令指令k指令指令n程序程序数据数据1数据数据2数据数据m数据数据任
11、务启动时，执行任务启动时，执行该任务的程序和数据该任务的程序和数据将从外存成批传送到将从外存成批传送到内存内存CPU从内存中逐条从内存中逐条读取该程序的指令及读取该程序的指令及相关的数据相关的数据将指令的运算处理将指令的运算处理结果送回内存保存结果送回内存保存任务完成后，将处任务完成后，将处理得到的全部结果成理得到的全部结果成批传送到外存以长久批传送到外存以长久保存保存 逐 条 执 行 逐 条 执 行指 令，按 指指 令，按 指令 要 求 完 成令 要 求 完 成对 数 据 的 运对 数 据 的 运算和处理算和处理n外存储器外存储器(简称简称外存外存或辅存或辅存)n存取速度慢存取速度慢n成本低
12、、容量很大成本低、容量很大n不与不与CPU直接连接，直接连接，计算机运行程序计算机运行程序时，外存中的程序及相关数据必须先时，外存中的程序及相关数据必须先传送到内存，然后才能被传送到内存，然后才能被CPU使用。使用。n属于不挥发性存储器属于不挥发性存储器(Nonvolatile)，用于长久存放系统中几乎所有的信息用于长久存放系统中几乎所有的信息142.3 PC机的主机机的主机计算机中存储器的层次结构计算机中存储器的层次结构cache存储器存储器主存储器主存储器(RAM和和ROM)外存储器（软盘、硬盘、光盘）外存储器（软盘、硬盘、光盘）后备存储器（磁带库、光盘库）后备存储器（磁带库、光盘库）内存
13、储器内存储器外存储器外存储器寄存器寄存器典型容量典型容量1KB1MB256MB-1GB40GB-200GB10TB-100TB典型存取时间典型存取时间1 ns2 ns10 ns10 ms10 s 分析：速度越快，成本较高。分析：速度越快，成本较高。为了获得好的为了获得好的性能性能/价格比价格比，计算机中各，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：工作过程：1）CPU运行时，需要的操作数大部分来自寄存器运行时，需要的操作数大部分来自寄存器2）如需要从）如需要从(向向)存储器中取存储器中取(存存)数据时，先访问数据时
14、，先访问cache，如在，取自，如在，取自cache3）如操作数不在）如操作数不在cache，则访问，则访问RAM，如在，如在RAM中，则取自中，则取自RAM4）如操作数不在）如操作数不在RAM，则访问硬盘，操作数从硬盘中读出，则访问硬盘，操作数从硬盘中读出RAM cache152.3 PC机的主机机的主机内存储器的分类及应用内存储器的分类及应用n内存由半导体存储器芯片组成，芯片有多种类型：内存由半导体存储器芯片组成，芯片有多种类型：半导体半导体存储器存储器只只 读读存储器存储器(ROM)随机存取随机存取存储器存储器(RAM)静态随机存取存储器静态随机存取存储器SRAM动态随机存取存储器动态随
15、机存取存储器DRAM 不可在线改写内容的不可在线改写内容的ROM快擦除存储器（快擦除存储器（Flash ROM）（用作（用作Cache存储器存储器）（用作（用作主存储器）主存储器）每个存储单元每个存储单元(cell)由由6个晶体管组成个晶体管组成 只要加上电源，信息就能一直保持只要加上电源，信息就能一直保持 对电器干扰相对不很敏感对电器干扰相对不很敏感 比比DRAM更快，也更贵更快，也更贵 每个存储单元由每个存储单元由1个电容和个电容和1个晶体管组成个晶体管组成.每每10-100 ms必须刷新一次必须刷新一次 对电器干扰比较敏感对电器干扰比较敏感 比比SRAM慢，但便宜慢，但便宜（用作（用作B
16、IOS存储器）存储器）(图形卡、硬盘控制器图形卡、硬盘控制器)162.3 PC机的主机机的主机主存储器主存储器(RAM)的功能与原理的功能与原理n主存是主存是CPU可直接访问的可直接访问的存储器，用于存放供存储器，用于存放供CPU处理的指令和数据处理的指令和数据n特点：特点：n以字节为单位进行以字节为单位进行连续编址连续编址，每个存储单元为，每个存储单元为1个字节（个字节（8个二进位）个二进位）n存储容量：存储容量：主存储器中所包含的存储单元的总数（单位：主存储器中所包含的存储单元的总数（单位：MB或或GB）n存取时间：从存取时间：从CPU送出内存单元的地址码开始，到主存读出数据并送到送出内存
17、单元的地址码开始，到主存读出数据并送到CPU（或者是把（或者是把CPU数据写入主存）所需要的时间（单位：数据写入主存）所需要的时间（单位：ns，1 ns=10-9 s）0110100110101010存存储储内内容容00001000000001000011001001111011111存储存储单元单元地址地址地址码地址码存储单元地址寄存器地址译码器读写控制电路读读/写的数据写的数据读读/写控制信号写控制信号(64位)(36位)172.3 PC机的主机机的主机2.3.3 I/O控制与控制与I/O接口接口182.3 PC机的主机机的主机n 输入的任务：输入的任务：n将输入设备输入的信息送到内存储器
18、的指定区将输入设备输入的信息送到内存储器的指定区域域n 输出的任务：输出的任务：n将内存储器指定区域的内容送出到输出设备将内存储器指定区域的内容送出到输出设备n I/O操作也包括将外存储器的内容传输到内操作也包括将外存储器的内容传输到内存，或将内存中的内容传输到外存储器存，或将内存中的内容传输到外存储器 I/O操作的任务操作的任务192.3 PC机的主机机的主机I/O 操作操作的特点的特点nI/O操作与操作与CPU的运算可并行进行的运算可并行进行n多个多个I/O设备可同时进行工作设备可同时进行工作n配置的配置的I/O设备数量和品种可经常增减或变换设备数量和品种可经常增减或变换n每类每类I/O设
19、备都有各自的控制器，它们按照设备都有各自的控制器，它们按照CPU的的I/O操作命令，独立地控制操作命令，独立地控制I/O操作的操作的全过程全过程 202.3 PC机的主机机的主机关于总线关于总线n总线的定义：总线的定义：n用于在用于在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。共享的信息传输通路及其控制部件。n总线的特点：总线的特点：1 共享共享；2 高速高速 n总线的性能：数据通路宽度；总线工作频率；传输次数总线的性能：数据通路宽度；总线工作频率；传输次数n总线带宽总线带宽(数据通路宽度数据通路宽度/8)
20、x 总线工作频率总线工作频率 x 传输次数传输次数n总线的类型：总线的类型：nCPU总线总线n存储器总线存储器总线nI/O总线总线212.3 PC机的主机机的主机关于关于I/O总线总线nI/O总线总线是各类是各类I/O控制器与控制器与CPU、内存之间传输数据的、内存之间传输数据的一组公用信号线，这些信号线在物理上与主板扩展槽中一组公用信号线，这些信号线在物理上与主板扩展槽中插入的扩展卡（插入的扩展卡（I/O控制器）直接连接。控制器）直接连接。n目前目前PC机使用的机使用的I/O总线总线nPCI总线总线nPCI-Express(高速高速PCI总线总线)nI/O总线的带宽总线的带宽n总线的数据传输
21、速率总线的数据传输速率(MB/s)=数据线位数数据线位数/8总线工作频率总线工作频率（MHz）每个总线周期的传输次数每个总线周期的传输次数222.3 PC机的主机机的主机背景：什么是背景：什么是PCI-E？n由英特尔提出，原名为由英特尔提出，原名为“3GIO”，改名为，改名为“PCI-Express”（PCI-E 或或 PCIe）。目标是全面取代现行的）。目标是全面取代现行的PCI和和AGP，实现总线接口的统一，实现总线接口的统一n采用高速串行传输，以点对点的方式与主机进行通信采用高速串行传输，以点对点的方式与主机进行通信232.3 PC机的主机机的主机背景：背景：PCI-E的优点的优点n传输
22、速率高：传输速率高：x1速率可达速率可达250MB/s，x16速率可达速率可达4GB/s（2.0版速率提高为版速率提高为2倍倍,3.0版为版为4倍）倍）n适应性好：包括适应性好：包括x1、x4、x8 及及x16，242.3 PC机的主机机的主机关于关于I/O接口接口nI/O接口：接口：I/O设备与设备与I/O控制器之间的连接器控制器之间的连接器包括：插头包括：插头/插座的形式、通讯规程和电器特性等插座的形式、通讯规程和电器特性等n分类：分类：n从数据传输方式来分：从数据传输方式来分：n串行（一次只传输串行（一次只传输1位）位）n并行（多位一起进行传输）并行（多位一起进行传输）n从是否能连接多个
23、设备来分：从是否能连接多个设备来分：n总线式（可连接多个设备）总线式（可连接多个设备）n独占式（只能连接独占式（只能连接1个设备）个设备）n从是否符合标准来分：从是否符合标准来分：n标准接口标准接口（通用接口）（通用接口）n专用接口专用接口（专用接口）（专用接口）252.3 PC机的主机机的主机常用的常用的I/O接口及其性能参数接口及其性能参数名名 称称数据传数据传输方式输方式数据传输速率数据传输速率标标 准准插头插头/插座插座形式形式可连接的可连接的设备数目设备数目通常连接的设备通常连接的设备串行口串行口串行串行,双向双向5019200 b/sEIA-232或或EIA-422DB25F或或D
24、B9F1鼠标器，鼠标器，MODEM并行口并行口(增强式增强式)并行并行,双向双向1.5MB/sIEEE 1284DB25M1打印机，扫描仪打印机，扫描仪USB(1.0)USB(1.1)串行串行,双向双向1.5Mb/s(慢速慢速)1.5MB/s(全速全速)USB-IFA型，型，B型型最多最多127键盘，鼠标器，数码键盘，鼠标器，数码相机，移动盘等相机，移动盘等USB(2.0)串行串行,双向双向60MB/s(高速高速)USB-IFA型，型，B型，型，Mini型型最多最多127外接硬盘，数字视频外接硬盘，数字视频设备，扫描仪等设备，扫描仪等IEEE 1394aIEEE 1394b 串行串行,双向双向
25、50MB/s,100MB/s,200MB/sFireWire(i.Link)最多最多63数字视频设备数字视频设备IDE并行并行,双向双向66MB/s100MB/s133MB/sUltra ATA/66 Ultra ATA/100Ultra ATA/133(E-IDE)14硬盘，光驱，软驱硬盘，光驱，软驱SATA串行串行,双向双向150MB/s300MB/sSATA1.0SATA2.07针插头针插头/插插座座1硬盘硬盘显示器输出显示器输出接口接口并行并行,单向单向200500MB/sVGAHDB151显示器显示器PS/2接口接口串行串行,双向双向低速低速IBM1键盘或鼠标器键盘或鼠标器红外线接口
26、红外线接口(IrDA)串行串行,双向双向115,000 bps 或或 4 Mbps红外线数据协会红外线数据协会不需要不需要1键盘，鼠标器，打印键盘，鼠标器，打印机等机等262.3 PC机的主机机的主机关于关于USB接口接口n通用串行总线式接口通用串行总线式接口（Universal Serial Bus）n高速、可连接多个设备、串行传输高速、可连接多个设备、串行传输n传输速率：传输速率：nUSB的的1.1版：版：1.5 Mb/s和和12 Mb/snUSB2.0版：高达版：高达480Mb/s（60MB/s）n使用使用4线连接器，体积小，符合即插即用规范（线连接器，体积小，符合即插即用规范（Plug
27、&Play,即即PnP）n使用使用“USB集线器集线器”扩展机器的扩展机器的USB接口，最多连接接口，最多连接127个设备个设备n可通过可通过USB接口由主机向外设提供电源（接口由主机向外设提供电源（5V，100500 mA）。）。272.3 PC机的主机机的主机USB接口的接口的3种类型种类型接口类型接口类型A,通常通常在在PC上出现上出现接口类型接口类型B,通常在通常在USB设备上出现设备上出现Mini-USB,数码数码相机、移动硬盘相机、移动硬盘等设备经常使用等设备经常使用USB集线器集线器,可扩展可扩展PC机的机的USB接口接口黑黑地地GND4绿绿数据数据DATA3白白数据数据DATA
28、2红红电源电源VCC1导线颜色导线颜色名名 称称信信 号号引引 脚脚282.3 PC机的主机机的主机小结小结1：I/O总线总线,I/O控制器控制器,I/O接口与接口与I/O设备的关系设备的关系nI/O设备通常都是物理上相互独立的设备，它们一般通过设备通常都是物理上相互独立的设备，它们一般通过I/O接口与接口与I/O控制器控制器(或或I/O总线总线)连接连接nI/O控制器通过扩展卡或者南桥芯片与控制器通过扩展卡或者南桥芯片与I/O总线连接总线连接nI/O总线经过北桥芯片与内存、总线经过北桥芯片与内存、CPU连接连接打印机打印机扫描仪扫描仪显示器显示器麦克风麦克风网线网线I/O总线总线I/O接口接
29、口硬盘硬盘光驱光驱I/O设备设备CPU主板主板I/O设备设备I/O控制器控制器（扩充卡）（扩充卡）机箱机箱插座插座板卡板卡插座插座I/O控制器控制器PCI插槽插槽内存内存主主板板插插槽槽机机 箱箱芯片组芯片组IDE接口接口机箱机箱插座插座I/O设备设备键盘键盘鼠标器鼠标器292.3 PC机的主机机的主机小结小结2：I/O总线总线,I/O控制器控制器,I/O接口与接口与I/O设备的关系设备的关系yALU寄存器组寄存器组CPU总线接口总线接口R6CPU(前端前端)总线总线I/O 总线总线主板扩展槽主板扩展槽PCI接口接口南桥芯片南桥芯片I/O 总线总线磁盘控制器磁盘控制器以太网卡以太网卡USB控制器和接口控制器和接口鼠标器鼠标器键盘键盘网线网线disk声卡声卡视频卡视频卡光驱光驱主存储器主存储器0A北桥芯片北桥芯片y存储器总线存储器总线显卡
