什么是計算機

數(shù)字電子計算機（Electronic Digital Computer）
計算機是一種能按照事先存儲的程序间狂，自動地、高速地火架、精確地進行大量數(shù)值計算鉴象，并且具有記憶（存儲）能力忙菠、邏輯判斷能力和可靠性能的數(shù)字化信息處理能力的現(xiàn)代化智能電子設備。

計算機特點

• 計算精度高纺弊。由于計算機內部采用浮點數(shù)（也就是科學計數(shù)法）表示方法牛欢，而且計算機的字長從8位、16位增加到32位淆游、64位甚至更長傍睹，從而使計算結果具有很高的精度
• 存儲容量大。計算機具有內存儲器和外存儲器犹菱。內存儲器用來存儲正在運行的程序和數(shù)據(jù)拾稳，外存儲器用來存儲需要長期保存的數(shù)據(jù)
• 計算自動化。由于計算機可以存儲程序腊脱，從而使得計算機可以在程序的控制下自動地完成各種操作访得，而無須人工干預。更重要的是虑椎，在機器內部可以快速地進行程序的邏輯選擇震鹉，從而使全部計算過程實現(xiàn)真正的自動化
• 連接與網絡化。計算機設置了各種接口捆姜，可以實現(xiàn)網絡連接传趾，從而方便地進行資源共享與信息交流
• 通用性強。各種系統(tǒng)軟件和應用軟件的迅速發(fā)展泥技，不僅使計算機易于操作浆兰，而且大大擴展了計算機的功能，計算機不僅可以進行科學計算珊豹，還具有管理功能簸呈、模擬功能、控制功能店茶、圖形處理功能等

計算機分類

• 巨型計算機（Supercomputer）
  超級計算機 采用大規(guī)模并行處理的體系結構蜕便，通常包含數(shù)以千萬計的CPU。它有極強的運算處理能力贩幻，運算速度達到每秒千萬億次運算
• 大型計算機（Mainframe）
  指速度快轿腺、存儲容量大、通信連網功能完善丛楚、可靠性高族壳、安全性好、有豐富的系統(tǒng)軟件和應用軟件的計算機趣些，通常含有幾十個甚至更多個CPU仿荆。它可以同時運行多個操作系統(tǒng)，因此不像是一臺計算機而更像是多臺虛擬機，因而可以替代多臺普通的服務器
• 服務器（Server）
• 個人計算機（Personal Computer）
• 嵌入式計算機

計算機組成

運算器
控制器
存儲器
輸入設備
輸出設備

指令與指令系統(tǒng)

操作碼
用來告訴CPU需要執(zhí)行哪一條指令或者這條指令要做的程序拢操，該做的的事
地址碼
指令所在位置

比特（bit）

二進位 比特只有兩種狀態(tài)0或1 可以表示數(shù)值 文字 符號 圖像 聲音
二進制數(shù)
進位計數(shù)制
二進制 01

1=0001 2=0010 3=0011 4=0100 5=0101 6=0110 7=0111 8=1000 9=1001
10=1010 11=1011 12=1100 13=1101 14=1110 15=1111 16=10000 17=10001 18=10010 19=10011
20=10100 21=10101 22=10110 23=10111 24=11000 25=11001 26=11010 27=11011 28=11100 29=11101
30=11110 31=11111 32=100000 33=100001 34=100010 35=100011 36=100100 37=100101 38=100110 39=100111
40=101000 41=101001 42=101010 43=101011 44=101100 45=101101 46=101110 47=101111 48=110000 49=110001
50=110010
60=111100
70=1000110
80=1010000
90=1011010
100=1100100

比特儲存

儲存1個比特需要2種穩(wěn)定狀態(tài)得器件 一半使用成為觸發(fā)器得雙穩(wěn)態(tài)電路來完成
觸發(fā)器有兩個穩(wěn)定狀態(tài)锦亦，可分別用來表示0和1，在輸入信號的作用下庐冯，可以記錄1個比特孽亲。使用集成電路制成的觸發(fā)器工作速度極快坎穿，其工作頻率可達到GHz的水平（1GHz=109Hz）

傳輸

數(shù)據(jù)是可以傳輸?shù)恼垢福瑪?shù)據(jù)也只有通過傳輸和交流才能發(fā)揮它的作用。在數(shù)字通信技術中玲昧，數(shù)據(jù)的傳輸是通過比特的傳輸來實現(xiàn)的栖茉。近距離傳輸比特時可以直接進行傳輸（如計算機讀出或者寫入移動硬盤中的文件，通過打印機打印某個文檔的內容等）孵延，在遠距離或者無線傳輸比特時吕漂，就需要用比特對載波進行調制，然后才能傳輸至目的地

邏輯電路

計算機是電子設備尘应，計算機的硬件中需要使用許多功能電路惶凝，例如觸發(fā)器、寄存器犬钢、計數(shù)器苍鲜、譯碼器、比較器玷犹、半加器混滔、全加器等。這些功能電路都是使用基本的邏輯電路經過邏輯組合而成歹颓，再把這些功能電路有機地集成起來坯屿，就可以組成一個完整的計算機硬件系統(tǒng)

基本邏輯運算

邏輯運算又稱布爾運算，和普通代數(shù)運算一樣也用字母表示變量巍扛，但變量的值只有“1”和“0”兩種领跛，所謂邏輯值“1”（表示“真”或“對”）和邏輯值“0”（表示“假”或“錯”），代表兩種相反的邏輯狀態(tài)撤奸，在計算機中吠昭，可以用電位的高與低、脈沖的有或無來表示寂呛。在基本邏輯運算中怎诫，邏輯乘（“與”運算）用符號“AND”或“∧”表示；邏輯加（“或”運算）用符號“OR”或“∨”表示贷痪；邏輯非（“反”運算）用符號“NOT”或“-”表示

電路

邏輯門為計算機的各種功能電路提供了構件幻妓。電路是由多個邏輯門組合而成，可以執(zhí)行算術運算、邏輯運算肉津、存儲數(shù)據(jù)等各種復雜操作强胰。在電路中，一個邏輯門的輸出通常作為另一個邏輯門（或多個邏輯門）的輸入妹沙。

電子計算機由具有各種邏輯功能的邏輯部件組成偶洋，這些邏輯部件按其結構可分為兩大類，一類是組合電路距糖，輸入值明確決定了輸出玄窝；另一類是時序電路，它的輸出是輸入值和電路現(xiàn)有狀態(tài)的函數(shù)悍引。有了組合電路和時序電路恩脂，再進行合理的設計，就可以表示和實現(xiàn)邏輯代數(shù)的基本運算趣斤。

組合電路

把一個邏輯門的輸出作為另一個邏輯門的輸入俩块，就可以把門組合成組合電路

時序電路

雖然組合電路能夠很好地處理像加、減等這樣的操作浓领，但是要單獨使用組合電路玉凯，使操作按照一定的順序執(zhí)行，需要串聯(lián)起許多組合電路联贩，而要通過硬件實現(xiàn)這種電路代價是很大的漫仆，并且靈活性也很差。為了實現(xiàn)一種有效而且靈活的操作序列撑蒜，我們需要構造一種能夠存儲各種操作之間的信息的電路歹啼，我們稱這種電路為時序電路
在數(shù)字電路理論中，時序電路是指電路任何時刻的穩(wěn)態(tài)輸出不僅取決于當前的輸入座菠，還與前一時刻輸入形成的狀態(tài)有關狸眼。也就是說時序電路一定有記憶功能的元件，如各種觸發(fā)器浴滴，寄存器等拓萌。
時序電路與組合電路的區(qū)別如下。
時序電路具有記憶功能升略，它的輸出不僅取決于當時的輸入值微王，而且還與電路過去的狀態(tài)有關。
組合電路在邏輯功能上的特點是任意時刻的輸出僅僅取決于該時刻的輸入品嚣，與電路原來的狀態(tài)無關炕倘。

觸發(fā)器

觸發(fā)器在計算機中可用于臨時存儲信息，每個觸發(fā)器存儲一個二進制位數(shù)據(jù)翰撑，若干觸發(fā)器組合成一個寄存器罩旋，即可存儲一組二進制數(shù)據(jù)（如一個整數(shù)、一個浮點數(shù)或一條指令等），這樣的寄存器在CPU中有很多個涨醋。

集成電路及其發(fā)展

集成電路（Integrated Circuit瓜饥，IC）是20世紀50年代后期至60年代發(fā)展起來的一種新型半導體器件。它是經過氧化浴骂、光刻乓土、擴散、外延溯警、蒸鋁等半導體制造工藝趣苏，把構成具有一定功能的電路所需的半導體、電阻愧膀、電容等元件與它們之間的連接導線全部集成在一小塊硅片（也稱為芯片）上拦键，其中內嵌了多個邏輯門，然后焊接封裝在一個管殼內的電子器件中檩淋。其封裝外殼有圓殼式、扁平式或雙列直插式等多種形式萄金。集成電路技術包括芯片制造技術與設計技術蟀悦，主要體現(xiàn)在加工設備，加工工藝氧敢，封裝測試日戈，批量生產及設計創(chuàng)新的能力上。

計算機硬件子系統(tǒng)

一個完整的計算機系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成孙乖，沒有配備任何軟件的計算機稱為裸機浙炼。硬件是計算機的物質基礎，軟件的運行最終都被轉換為對硬件設備的操作唯袄，硬件系統(tǒng)的發(fā)展給軟件系統(tǒng)提供了良好的開發(fā)環(huán)境

計算機硬件系統(tǒng)的基本組成

隨著集成電路技術的成熟弯屈，處理器的運行速度和存儲器的存儲容量成倍增長，使得計算機的性能不斷提高恋拷。然而资厉，高質量的器件不是產生高性能計算機的唯一因素蔬顾，如何設計和配置計算機系統(tǒng)使其具有更高的性能價格比，適應不同用戶的要求，成為亟待解決的問題

計算機的體系結構

馮·諾依曼計算機主要由運算器券腔、控制器、存儲器纱新、輸入設備、輸出設備五部分組成

運算器:是計算機對數(shù)據(jù)進行加工處理的部件未妹，完成對二進制數(shù)的加单料、減扫尖、乘掠廓、除等基本運算铸屉，以及與帆赢、或、非等基本邏輯運算
控制器：用于控制計算機的各部件協(xié)調工作。控制器從內存中讀取指令并根據(jù)該指令向有關部件發(fā)出控制命令
存儲器：是計算機的記憶裝置，用于存放程序和數(shù)據(jù)
輸入設備：用于從外界將程序和數(shù)據(jù)輸入計算機
輸出設備：用于將計算機處理后的結果轉換成外界能夠識別和使用的數(shù)字谣沸、文字瓤鼻、圖形、聲音滚停、電壓等形式的信息并輸出

馮·諾依曼體系結構的主要特征是

存儲程序 數(shù)據(jù)和操作數(shù)的指令在邏輯上是一致的，而且它們都存儲在計算機的存儲器中
處理與存儲獨立 處理信息的部件（運算器和控制器）獨立于存儲信息的部件（存儲器）

計算機主機

計算機主機是指計算機硬件系統(tǒng)中用于放置主板及其他主要部件的容器激挪。計算機主機通常包括CPU、內存、硬盤派任、光驅砸逊、電源员辩，以及其他輸入/輸出控制器和接口，如USB控制器鸵鸥、顯卡奠滑、網卡、聲卡等妒穴。位于主機箱內的部件通常稱為內設宋税，而位于主機箱之外的部件通常稱為外設（如顯示器、鍵盤宰翅、鼠標弃甥、外接硬盤、外接光驅等）

CPU的結構與性能

CPU是一塊超大規(guī)模的集成電路汁讼，是一臺計算機的運算核心和控制核心淆攻。CPU所有組成部分被制作在一塊面積僅為幾平方厘米的半導體芯片上阔墩，體積很小，因此也常稱為微處理器（Microprocessor）
CPU主要包括運算器（Arithmetic Logical Unit瓶珊，ALU）和控制器（Control Unit啸箫，CU）兩大部件。此外伞芹，還包括若干個寄存器和高速緩沖存儲器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)忘苛、控制及狀態(tài)的總線。CPU與內部存儲器和輸入/輸出設備合稱為電子計算機三大核心部件

程序執(zhí)行過程

要用計算機求解某個特定問題唱较，必須事先編寫程序扎唾，告訴計算機需要做什么，按什么步驟去做南缓，有序地指令集合構成程序胸遇。每個程序最終在計算機上執(zhí)行時采用的都是用機器語言編寫的指令，機器語言指令是內置在計算機電路中的指令汉形，固化在計算機的硬件中纸镊，每一條指令的操作碼規(guī)定了處理器可以執(zhí)行的一個非常低級的操作

在計算機系統(tǒng)中，硬件和軟件的結合點是計算機指令系統(tǒng)概疆，計算機硬件系統(tǒng)最終只能執(zhí)行由機器指令組成的程序逗威，所以任何程序必須轉換成計算機的硬件系統(tǒng)能夠執(zhí)行的一系列指令，才能夠被執(zhí)行岔冀。

程序在執(zhí)行時首先被裝入內存凯旭，CPU負責從內存中逐條取出指令，分析識別指令然后執(zhí)行指令使套，指令的執(zhí)行過程構成了一個“讀取—譯碼—執(zhí)行”周期尽纽，稱為機器周期

指令與指令系統(tǒng)

指令是構成程序的基本單位。指令采用二進位表示童漩，它用來規(guī)定計算機執(zhí)行什么操作。大多數(shù)情況下春锋，指令由兩個部分組成

操作碼：指計算機執(zhí)行某種操作的一個命令詞（例如矫膨，加、減期奔、乘侧馅、除、邏輯加呐萌、邏輯乘馁痴、取數(shù)、存數(shù)等）的二進制代碼

操作數(shù)地址：指該指令所操作（處理）的數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)所在位置肺孤。操作數(shù)地址可能是1個罗晕、2個甚至3個济欢，這需要由操作碼決定
盡管計算機可以運行非常復雜的程序完成多種多樣的功能，然而小渊，任何復雜程序的運行總是由CPU一條一條地執(zhí)行指令來完成的法褥。CPU執(zhí)行每一條指令都還要分成若干步，每一步僅僅完成一個或幾個非常簡單的操作（稱為微操作）酬屉。

每一種CPU都有它自己獨特的一組指令半等。CPU所能執(zhí)行的全部指令稱為該CPU的指令系統(tǒng)。通常呐萨，指令系統(tǒng)中有數(shù)以百計的不同的指令杀饵，它們分成許多類，例如谬擦，在Core 2處理器中共有七大類指令切距，即數(shù)據(jù)傳送類、算術運算類怯屉、邏輯運算類蔚舀、移位操作類、位（位串）操作類锨络、控制轉移類赌躺、輸入/輸出類。每一類指令（如數(shù)據(jù)傳送類羡儿、算術運算類）又按照操作數(shù)的性質（如整數(shù)礼患、實數(shù)）、長度（16位掠归、32位缅叠、64位、128位等）等區(qū)分為許多不同的指令

不同公司的cpu有各自的指令系統(tǒng) 未必兼容

CPU的主要性能指標

一般來說虏冻，CPU的主要性能指標基本上反映出了它所配置的計算機的整體性能肤粱，因此CPU的性能指標十分重要

主頻、外頻和倍頻

主頻也叫時鐘頻率（Clock Speed）厨相，表示在CPU內數(shù)字脈沖信號震蕩的速度领曼，單位是MHz、GHz等蛮穿，它與CPU實際的運算能力并沒有直接關系庶骄。一般來說，主頻越高践磅，一個時鐘周期里面完成的指令數(shù)也越多单刁，CPU的速度也就越快

CPU的外頻為CPU與周邊設備傳輸數(shù)據(jù)的頻率，通常為系統(tǒng)總線的工作頻率府适，具體是指CPU到芯片組之間的總線速度羔飞，單位也是MHz

倍頻是指CPU主頻與外頻之間的相對比例關系

通常所說的超頻（Over Clock）簡單來說就是人為提高CPU的外頻或倍頻肺樟，使之運行頻率得到大幅提升，即CPU超頻

前端總線頻率

前端總線（Front Side Bus褥傍，F(xiàn)SB）頻率（即總線頻率）是將CPU連接到北橋芯片的總線頻率儡嘶。計算機的前端總線頻率是由CPU和北橋芯片（北橋芯片負責聯(lián)系內存、顯卡等數(shù)據(jù)吞吐量大的部件）共同決定的恍风。因此蹦狂，它的大小直接影響CPU與內存直接數(shù)據(jù)交換速度

數(shù)據(jù)傳輸最大帶寬取決于所有同時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的寬度和傳輸頻率，即數(shù)據(jù)帶寬＝（總線頻率×數(shù)據(jù)位寬）÷8朋贬。例如凯楔，100MHz外頻是指數(shù)字脈沖信號在每秒鐘震蕩一千萬次，而100MHz前端總線指的是每秒鐘CPU（64位）可接受的數(shù)據(jù)傳輸量锦募。

100MHz×64bit=6400Mbit/s=800MByte/s（1Byte=8bit）摆屯。

外頻與前端總線（FSB）的區(qū)別：前端總線的速度指的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣龋忸l是CPU與主板之間同步運行的速度

位和字長

位：在數(shù)字電路和計算機技術中采用二進制糠亩，代碼只有“0”和“1”虐骑，其中無論是“0”或是“1”，在CPU中都是一“位”赎线。字長：CPU中整數(shù)寄存器和定點運算器的寬度（即二進制整數(shù)運算的維數(shù)）廷没。由于存儲器地址是整數(shù)，整數(shù)運算是定點運算器完成的垂寥，因而定點運算器的寬度也就大體決定了地址碼長度的多少颠黎。地址碼的長度又決定了CPU可訪問的存儲空間的最大空間，是影響CPU的一個重要因素滞项。字長的長度是不固定的狭归，對于不同的CPU、字長的長度也不一樣文判。多年來個人計算機使用的CPU大多是32位機和64位機过椎。

緩存

CPU緩存（Cache Memory）大小也是CPU的重要指標之一，是位于CPU與內存之間的臨時存儲器戏仓，它的容量比內存小得多但是交換速度卻比內存要快得多潭流。緩存的出現(xiàn)主要是為了解決CPU運算速度與內存讀寫速度不匹配的矛盾，因為CPU運算速度要比內存讀寫速度快很多柜去，這樣會使CPU花費很長時間讀取數(shù)據(jù)或把數(shù)據(jù)寫入內存。在緩存中的數(shù)據(jù)是內存中的一小部分拆宛，但這一小部分是短時間內CPU即將訪問的嗓奢，當CPU調用大量數(shù)據(jù)時，就可避開內存直接從緩存中調用浑厚，從而加快讀取速度

Cache（一級緩存）是CPU第一層高速緩存股耽，分為數(shù)據(jù)緩存和指令緩存根盒。內置的L1高速緩存的容量和結構對CPU的性能影響較大，不過高速緩存均由靜態(tài)RAM組成物蝙，結構較復雜炎滞，在CPU管芯面積不能太大的情況下，L1級高速緩存的容量不可能做得太大诬乞。一般服務器CPU的L1緩存的容量通常在32～256KB册赛。

Cache（二級緩存）是CPU的第二層高速緩存，分內部和外部兩種芯片震嫉。內部的芯片二級緩存運行速度與主頻相同森瘪，而外部的二級緩存則只有主頻的一半。L2高速緩存容量也會影響CPU的性能票堵，原則是越大越好扼睬，現(xiàn)在家庭用計算機的CPU容量最大的是512KB，而服務器和工作站上的CPU的L2高速緩存高達256KB～1MB悴势，有的高達2MB或者3MB窗宇。

Cache（三級緩存）是為讀取二級緩存后未命中的數(shù)據(jù)設計的一種緩存，在擁有三級緩存的CPU中特纤，只有約5%的數(shù)據(jù)需要從內存中調用军俊，這進一步提高了CPU的效率。三級緩存分為兩種叫潦，早期的是外置蝇完，從2012年開始都是內置的。L3緩存的應用可以進一步降低內存延遲矗蕊，同時提升大數(shù)據(jù)量計算時處理器的性能短蜕。降低內存延遲和提升大數(shù)據(jù)量計算能力對游戲軟件的運行都很有幫助。而在服務器領域增加L3緩存在性能方面仍然有顯著的提升傻咖。比如朋魔，具有較大L3緩存的配置的CPU利用物理內存會更有效，故它比行動較慢的磁盤I/O子系統(tǒng)可以處理更多的數(shù)據(jù)請求

內核個數(shù)

為提高CPU芯片的性能卿操，目前CPU芯片往往包含2個警检、4個、6個或更多個CPU內核害淤，每個內核都是一個獨立的CPU扇雕，有各自的一級、二級Cache窥摄，共享三級Cache和前端總線镶奉。在操作系統(tǒng)支持下，多個CPU內核并行工作，內核越多哨苛，CPU芯片的整體性能越高

多線程和超線程

CPU線程（Simultaneous Multithreading鸽凶，SMT）可通過復制處理器上的結構狀態(tài)，讓同一個處理器上的多個線程同步執(zhí)行并共享處理器的執(zhí)行資源建峭，可最大限度地實現(xiàn)寬發(fā)射玻侥、亂序的超標量處理，提高處理器運算部件的利用率亿蒸，緩和由于數(shù)據(jù)相關或Cache未命中帶來的訪問內存延時

多線程技術則可以為高速的運算核心準備更多的待處理數(shù)據(jù)凑兰，減少運算核心的閑置時間

超線程技術是指在一顆CPU同時執(zhí)行多個程序而共同分享一顆CPU內的資源，理論上要像兩顆CPU一樣在同一時間執(zhí)行兩個線程祝懂，即把單核心的CPU虛擬成雙核心票摇，雙核心的CPU虛擬成四核心

CPU的線程目前分兩種，每核心一線程和每核心雙線程砚蓬。按照Intel的理論來講矢门，支持雙線程的CPU效能要強于單線程

主板

主板，又叫主機板（Mainboard）灰蛙、系統(tǒng)板（Systemboard）或母板（Motherboard）祟剔，它安裝在機箱內，是微機最基本的也是最重要的部件之一摩梧。主板一般為矩形電路板物延，上面安裝了組成計算機的主要電路系統(tǒng)，一般有BIOS芯片仅父、I/O控制芯片叛薯、鍵盤和面板控制開關接口、指示燈插接件笙纤、擴充插槽耗溜、主板及插卡的直流電源供電接插件等元件
主板采用了開放式結構。主板上大都有6～15個擴展插槽省容，供PC外圍設備的控制卡（適配器）插接抖拴。通過更換這些插卡，可以對微機的相應子系統(tǒng)進行局部升級腥椒，使廠家和用戶在配置機型方面有更大的靈活性
主板尺寸只有4種：空（ATX）阿宅、V（具有顯示輸出接口的ATX）、M（Micro ATX）笼蛛、I（Mini ITX）

芯片組

芯片組（Chipset）是PC各組成部分相互連接和通信的樞紐洒放，存儲器控制、I/O控制功能幾乎都集成在芯片組內滨砍，它既實現(xiàn)了PC總線的功能拉馋，又提供了各種I/O接口及相關的控制榨为。沒有芯片組，CPU就無法與內存煌茴、擴充卡、外設等交換信息

芯片組一般由兩塊超大規(guī)模集成電路組成——北橋芯片和南橋芯片日川。北橋芯片是存儲控制中心（Memory Controller Hub蔓腐，MCH），用于高速連接CPU龄句、內存條回论、顯卡，并與南橋芯片互連分歇，如圖3.10所示傀蓉。南橋芯片是輸入/輸出控制中心（I/O Controller Hub，ICH）职抡，主要與PCI總線槽葬燎、USB接口、硬盤接口缚甩、音頻編解碼器谱净、BIOS和CMOS存儲器等連接，并借助Super I/O芯片提供對鍵盤擅威、鼠標壕探、串行口和并行口等的控制，如圖3.11所示郊丛。CPU的時鐘信號也由芯片組提供

芯片組決定了主板上所能安裝的內存最大容量李请、速度及可使用的內存條的類型。此外厉熟，隨著顯卡导盅、硬盤等設備性能的提高，芯片組中的控制接口電路也要相應變化庆猫。所以认轨，芯片組是與CPU芯片及外設同步發(fā)展的

BIOS

BIOS和CMOS BIOS的中文名叫作基本輸入/輸出系統(tǒng)，它是存放在主板上Flash ROM芯片中的一組機器語言程序月培。由于存放在閃存中嘁字，即使機器關機，它的內容也不會改變杉畜。每次機器加電時纪蜒，CPU總是首先執(zhí)行BIOS程序，它具有診斷計算機故障及加載操作系統(tǒng)并引導其運行的功能

BIOS主要包含4個部分的程序：加電自檢程序此叠，系統(tǒng)盤主引導記錄的裝入程序（簡稱“引導裝入程序”）纯续，CMOS設置程序和基本外圍設備的驅動程序

CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）是微機主板上的一塊可讀寫的RAM芯片，用來保存當前系統(tǒng)的硬件配置和用戶對某些參數(shù)的設定。CMOS可由主板的電池供電猬错，即使系統(tǒng)斷電窗看，信息也不會丟失。CMOS RAM本身只是一塊存儲器倦炒，只有數(shù)據(jù)保存功能显沈，而對CMOS中各項參數(shù)的設定要通過專門的程序

CMOS參數(shù)大致包含如下的內容
Standard CMOS Setup：標準參數(shù)設置，包括日期逢唤，時間和軟拉讯、硬盤參數(shù)等
BIOS Features Setup：設置一些系統(tǒng)選項
Chipset Features Setup：主板芯片參數(shù)設置
Power Management Setup：電源管理設置
PnP/PCI Configuration Setup：即插即用及PCI插件參數(shù)設置
Integrated Peripherals：整合外設的設置
其他：硬盤自動檢測，系統(tǒng)口令鳖藕，加載缺省設置魔慷，退出等

內存儲器

計算機中的存儲器分為內存和外存兩大類。內存的存取速度快而容量相對較小著恩，它與CPU高速相連院尔，用來存放已經啟動運行的程序和正在處理的數(shù)據(jù)。外存儲器的存取速度較慢而容量相對很大页滚，它與CPU不直接連接召边，用于持久地存放計算機中幾乎所有的信息
通常，存取速度較快的存儲器成本較高裹驰，速度較慢的存儲器成本較低隧熙。為了使存儲器的性能價格比得到提高，計算機中各種內存儲器和外存儲器往往組成一個層狀的塔式結構它們相互取長補短幻林，協(xié)調工作
內存儲器包括寄存器贞盯、高速緩沖存儲器（Cache）和主存儲器。寄存器在CPU芯片的內部沪饺，高速緩沖存儲器也制作在CPU芯片內躏敢，而主存儲器由插在主板內存插槽中的若干內存條組成。內存條的質量好壞與容量大小會影響計算機的運行速度

存儲器的分類

一般常用的微型計算機的存儲器有磁芯存儲器和半導體存儲器整葡，微型機的內存都采用半導體存儲器件余。半導體存儲器從使用功能上分為：隨機存儲器
（Random Access Memory，RAM遭居，又稱讀寫存儲器）和只讀存儲器（Read Only Memory啼器，ROM）

RAM RAM是一種可以隨機讀/寫數(shù)據(jù)的存儲器，也稱為讀/寫存儲器俱萍。RAM有以下兩個特點

可以讀出端壳，也可以寫入。讀出時并不損壞原來存儲的內容枪蘑，只有寫入時才修改原來所存儲的內容

只能用于暫時存放信息损谦，一旦斷電岖免，存儲內容立即消失，即具有易失性

RAM目前多采用MOS型半導體集成電路芯片制成照捡，根據(jù)其保存數(shù)據(jù)的機制又可分為動態(tài)（Dynamic RAM）和靜態(tài)（Static RAM）兩大類

動態(tài)隨機存取存儲器（DRAM）

芯片的電路簡單颅湘，集成度高，功耗小栗精，成本較低栅炒，適用于內存儲器的主體部分（稱為主存儲器或主存）但速度較慢

靜態(tài)隨機存取存儲器（SRAM）

與DRAM相比，它的電路較復雜术羔，集成度低，功耗較大乙漓，制造成本高级历，價格貴，但工作速度很快叭披，與CPU速度相差不多寥殖，適合用作高速緩沖存儲器Cache（目前大多已經與CPU集成在同一芯片中）

ROM

ROM是一種能夠永久或半永久性地保存數(shù)據(jù)的存儲器，即使計算機斷電（或關機）后涩蜘，存放在ROM中的數(shù)據(jù)也不會丟失嚼贡，所以也叫作非易失性存儲器。目前使用最多的是Flash ROM（快擦除ROM同诫，或閃爍存儲器粤策，簡稱閃存），這是一種新型的非易失性存儲器误窖，但又像RAM一樣能方便地寫入信息叮盘。它的工作原理是：在低電壓下，存儲的信息可讀不可寫霹俺，這時類似于ROM柔吼；而在較高的電壓下，所存儲的信息可以更改和刪除丙唧，這時又類似于RAM愈魏。因此，F(xiàn)lash ROM除了用于存儲BIOS程序外想际，它還可以用于存儲卡培漏、U盤和固態(tài)硬盤中

FLASH FLASH存儲器

又稱閃存，它結合了ROM和RAM的長處沼琉，不僅具備電子可擦除可編程（EEPROM）的性能北苟，還不會斷電丟失數(shù)據(jù)同時可以快速讀取數(shù)據(jù)（NVRAM的優(yōu)勢），U盤和MP3里用的就是這種存儲器打瘪。在過去的20年里友鼻，嵌入式系統(tǒng)一直使用ROM（EPROM）作為它們的存儲設備傻昙，然而近年來Flash全面代替了ROM（EPROM）在嵌入式系統(tǒng)中的地位，用作存儲Bootloader以及操作系統(tǒng)或者程序代碼或者直接當硬盤（或U盤）使用

CMOS 互補金屬氧化物半導體內存（Complementary Metal Oxide Semiconductor Memory彩扔，CMOS）

是一種只需要極少電量就能存放數(shù)據(jù)的芯片妆档。由于耗能極低，CMOS內存可以由集成到主板上的一個小電池供電虫碉，這種電池在計算機通電時還能自動充電贾惦。因為CMOS芯片可以持續(xù)獲得電量，所以即使在關機后敦捧，它也能保存有關計算機系統(tǒng)配置的重要數(shù)據(jù)

內存芯片和內存條

內存之所以能存儲數(shù)據(jù)须板，就是因為有內存芯片。內存條是由若干內存芯片焊接在一定規(guī)格4層或6層印刷電路板上的兢卵，板的一側有一排插腳习瑰，用于連接CPU和其他設備的通道

內存芯片

為了更好地對內存芯片安放、固定秽荤、密封甜奄、保護和增強導熱性能的作用，并進行芯片內部與外部電路的溝通窃款，必須對內存芯片進行封裝

芯片容量：也稱芯片的密度课兄，是指該芯片存儲的最大二進制位數(shù)

芯片的位寬：是在一個時鐘周期內所能傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)，位數(shù)越大則瞬間所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量越大晨继。內存的位寬有32烟阐、64、128踱稍、256這幾種型號

BANK：在芯片的內部曲饱，內存的數(shù)據(jù)是以位（bit）為單位寫入一張大的矩陣中，每個單元稱為CELL珠月，只要指定一個行（Row）扩淀，再指定一個列（Column），就可以準確地定位到某個CELL啤挎，這就是內存芯片尋址的基本原理驻谆。這個陣列就稱為內存芯片的BANK，也稱之為邏輯BANK（Logical BANK）庆聘。由于工藝上的原因胜臊，這個陣列不可能做得太大，所以一般內存芯片中都是將內存容量分成幾個陣列來制造伙判，也就是說內存芯片中存在多個邏輯BANK象对，隨著芯片容量的不斷增加，邏輯BANK數(shù)量也在不斷增加宴抚，目前從32MB到1GB的芯片基本都是4個勒魔。內存條的物理BANK是內存和主板上的北橋芯片之間用來交換數(shù)據(jù)的通道甫煞。以SDRAM系統(tǒng)為例，CPU與內存之間（就是CPU到DIMM槽）的接口位寬是64bit冠绢，也就是CPU一次會向內存發(fā)送或從內存讀取64bit的數(shù)據(jù)抚吠，那么這一個64bit的數(shù)據(jù)集合就是一個內存條BANK，很多廠家的產品說明里稱之為物理BANK（Physical BANK）弟胀，目前絕大多數(shù)的芯片組都只能支持一根內存包含兩個物理BANK

工作速率：北橋讀取內存數(shù)據(jù)時楷力，在發(fā)出信號到第一批數(shù)據(jù)輸出的這段時間，這個參數(shù)對于內存的性能有比較大的影響孵户。tCAS：列尋址所需要的時鐘周期（周期的數(shù)量表示延遲的長短）萧朝。tRCD：行尋址和列尋址時鐘周期的差值。tRP：在下一個存儲周期到來前夏哭，預充電需要的時鐘周期剪勿。tRAS：對某行的數(shù)據(jù)進行存儲時，從操作開始到尋址結束需要的總時間周期

內存條

主存儲器在物理結構上由若干內存條組成方庭，內存條是把若干片DRAM芯片焊在一小條印制電路板上做成的部件。內存條必須插入主板中相應的內存條插槽中才能使用酱固。DDR2和DDR3均采用雙列直插式（DIMM）內存條械念。PC主板中一般都配備有2個或4個DIMM插槽

內存條是連接CPU和其他設備的通道，起到緩沖和數(shù)據(jù)交換的作用运悲。由于平常使用的程序龄减，系統(tǒng)、打字軟件班眯、游戲軟件等希停，一般都是安裝在硬盤等外存上的，這樣就不能直接使用其功能署隘，必須把它們調入內存中運行宠能，才能使用其功能，平時輸入一段文字磁餐，或玩一個游戲违崇，其實都是在內存中進行的。通常我們把要永久保存的诊霹、大量的數(shù)據(jù)存儲在外存上羞延，而把一些臨時的或少量的數(shù)據(jù)和程序放在內存上

存取時間：存取時間（Memory Access Time）又稱存儲器訪問時間，是指從啟動一次存儲器操作到完成該操作所經歷的時間脾还。內存的速度一般用存取時間衡量伴箩，即每次與CPU間數(shù)據(jù)處理耗費的時間，以納秒（ns）為單位鄙漏。目前大多數(shù)SDRAM和DDR內存存取時間為3.1ns嗤谚、2.5ns棺蛛、1.5ns、1.0ns等

容量：一根內存條可以容納的二進制信息量呵恢。它是內存條的關鍵性參數(shù)鞠值。內存容量目前以GB作為單位，內存的容量一般都是2的整次方倍渗钉。目前臺式機中主要采用的內存容量為1GB彤恶、2GB、4GB鳄橘、8GB声离、16GB等

內存帶寬：內存帶寬是指內存與南橋芯片之間的數(shù)據(jù)傳輸率，單位一般為“MByte/s”或“GByte/s

內存主頻：內存主頻表示該內存所能達到的最高工作頻率瘫怜。內存主頻是以MHz（兆赫）為單位來計量的术徊。內存主頻越高在一定程度上代表著內存所能達到的速度越快

CL延遲：CL（CAS Latency，CL）延遲是指內存存取數(shù)據(jù)所需的延遲時間鲸湃，即內存接到CPU的指令后的反應速度赠涮。用數(shù)值表示，數(shù)字越小暗挑，代表反應所需的時間越短

內存的電壓：內存正常工作所需要的電壓值笋除，不同類型的內存電壓也不同，但各自均有自己的規(guī)格

I/O總線與I/O接口

I/O操作
輸入/輸出設備（又稱I/O設備或外設）是計算機系統(tǒng)的重要組成部分炸裆，沒有I/O設備垃它，計算機就無法與外界（包括人、環(huán)境烹看、其他計算機等）交換信息国拇。

I/O操作的任務是將輸入設備輸入的信息送入內存的指定區(qū)域，或者將內存指定區(qū)域的內容送出到輸出設備惯殊。通常酱吝，每個（類）I/O設備都有各自專用的控制器（I/O控制器），它們的任務是接受CPU啟動I/O操作的命令后土思，獨立地控制I/O設備的操作掉瞳，直到I/O操作完成

I/O控制器是一組電子線路，不同設備的I/O控制器結構與功能不同浪漠，復雜程度相差也很大陕习。有些設備（如鍵盤、鼠標器址愿、打印機等）的I/O控制器比較簡單该镣，它們已經集成在主板上的芯片內

I/O總線

總線（Bus）指的是計算機部件之間傳輸信息的一組公用的信號線及相關控制電路。CPU芯片與北橋芯片相互連接的總線稱為CPU總線（前端總線FSB）响谓，I/O設備控制器與CPU损合、存儲器之間相互交換信息省艳、傳輸數(shù)據(jù)的一組公用信號線稱為I/O總線，也叫作主板總線嫁审，因為它與主板上擴充插槽中的各擴充板卡（I/O控制器）直接連接

總線上有三類信號——數(shù)據(jù)信號跋炕、地址信號和控制信號。傳輸這些信號的線路分別是數(shù)據(jù)線律适、地址線和控制線辐烂，協(xié)調與管理總線操作的是總線控制器（在CPU或芯片組內）

總線最重要的性能是它的數(shù)據(jù)傳輸速率，也稱為總線的帶寬（Bandwidth）捂贿，即單位時間內總線上可傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)量纠修。總線帶寬的計算公式如下

總線帶寬（MByte/s）=（數(shù)據(jù)線寬度/8）×總線工作頻率（MHz）×每個總線周期的傳輸次數(shù)20世紀90年代初開始厂僧，PC一直采用一種稱為PCI的I/O總線扣草，它的工作頻率是33

MHz，數(shù)據(jù)線寬度是32位（或64位）颜屠，傳輸速率達133

MByte/s（或266

MByte/s）