1.8 现代微计算机印象

现代微计算机是指CPU为Pentium或多核处理器的微机。现代微机琳琅满目，外形五花八门，如台式计算机、笔记本电脑、一体化微机、平板式微机等，均可称为PC（Personal Computer）微机。本节选择台式PC微机为例，从外看到里，以对现代微机建立初步印象。同时，也通过对这些系统主板的介绍，能认识到微机系统基本组成原理是万变不离其宗的。微处理器和微计算机虽在不断升级换代，但计算机本身的体系结构，基本工作原理并没有改变，也借此说明本书主干内容被选中的原因。

PC微机的硬件系统由主机箱（含电源）、系统主板、光盘驱动器、软盘驱动器、显示器、鼠标和键盘等基本部件构成。其他外设可根据用户需要进行配置。软件则根据CPU的性能和需要进行配置和进行设计。

（1）主机箱：台式微机的主机箱有立式和卧式两种。微机的主板及其相连的各种硬件设备都安装在里面（外置调制解调器由接插件连接，放在机箱外）。现代微机，由于CPU和显示器适配卡的工作速度越来越高，本身都带有散热片及风扇，因此机箱前、后面板都有开孔，以形成对流。

（2）前面板：这是人们启停计算机的操作面板，常配有如下指示灯和按键。

电源开关（POWER）：与电源指示灯配套，用一个LED发光二极管指示电源状态。打开电源时呈绿色。

复位键（RESET）：无指示灯。

光驱指示灯：一般为绿色LED，灯亮时表示正在操作光盘。

机箱面板通常安装有光盘驱动器。Pentium及多核处理器微机还提供了数量不等的前置的USB（Universal Serial Bus）端口、音频输出口、红外线数据接收器（IrDA）等。

（3）电源：微机都采用开关电源，重量轻，性能稳定，通常选用250W电源。PⅡ以后的微机都采用ATX（AT eXtension）标准电源，其最核心的变化是增加了3.3V输出和提供软件关闭微机的功能，即开机时按面板上的电源开关，关闭时靠软件关机，不需要再按电源开关。

1.8.1 Pentium微计算机

当Intel公司2000年11月推出Pentium4微处理器芯片后，各IT厂商如IBM、DEC、Compaq、HP、联想等相继组建了“Intel inside Pentium4”微计算机，而华硕、徽星、梅捷、技嘉、精英、光达、泰坦等公司生产了Pentium4主板，以后又生产了Pentium及多核处理器兼容的主板，供IT厂商和个人组建各种规格的兼容机。主板厂商的产品一般都有几种规格。不同规格的主板在性能、质量和兼容性方面都有所不同。这样，市场上便有各种名牌机、品牌机和兼容机之分。

1.主板结构与组成

图1-19是华硕公司采用845 PE芯片组的Pentium微机主板的实物照片，其布局图如图1-20所示。该主板采用7层布线的印制板，尺寸为ATX标准12英寸×9.0英寸（30.5cm×22.8cm），适合安置于ATX机箱中。从两图中可见：现代的奔腾微机主板结构与早期的IBM PC/XT/AT已有很大的不同，主要由于CPU集成度增加，功能增强而带来一系列的变化，归结起来有如下几点。

（1）CPU及其插座：Pentium4 CPU是478管脚的BGA封装，如图1-21所示。使用Socket 4 78插座是ZIF（Zero Insertion Force）插座。由于P4 CPU集成度高、频率高、发热量大，因此，在上面紧贴着带散热片的风扇。为降低功耗，CPU采用较低的+3.3V或更低电压供电。

Pentium4 CPU是不包括在主板购置的另外购件。该主板支持1.4GHz～2.53GH或更高频率的Pentium 4/Celeron处理器。

（2）BIOS和CMOS RAM芯片

BIOS采用Flash ROM，具有闪速和电可擦写的功能。用户通过运行加载BIOS软件按照提示说明可以方便地更新BIOS的内容。但注意，BIOS程序对主板是有针对性的，随其主板采用的芯片组不同而不同，因此不能随便更换，否则机器不能工作。该主板的BIOS支持即插即用（Plug & play），可以自动侦测主板上的外围设备和扩展卡，具有Crash Free BIOS（刷不死技术），即当升级BIOS失败或者由于病毒侵害无法开机时，Crash Free BIOS允许用户使用软盘恢复BIOS数据，具有C.P.R（超不死技术），即当超频失败后，重新启动系统，BIOS能自动恢复默认设定。不同厂家或用不同芯片组的主板，其BIOS ROM容量不同。例如，华硕P4PE主板在采用Intel 82845PE（GMCH）和Intel 82801DA（ICH4）芯片组配置下，BIOS ROM为4MB Flash ROM，华硕P4533-VM主板在采用845G芯片配置下，其Flash ROM 为2MB。

CMOS RAM芯片用做微机的实时时钟，提供系统日期、时间，提供保存系统用户口令以及系统的硬件配置参数，如硬盘规格、显示器接口类型、键盘及其他硬件的设置。BIOS引导微机启动时必须从CMOS RAM中读取若干数据，以设定开机的初始状态。CMOS RAM芯片由实时时钟电路和CMOS低功耗静态RAM组成，其中的数据即使在关机状态下也不能丢失，否则会造成日期、时间的错误和软、硬磁盘工作的失效。CMOS RAM靠主板上的充电电池（3V锂电池）提供电源。

（3）内存储器插槽

P4微计算机主板上一般有3个184引脚的DDR DIMM插槽，可支持最高为2GB PC2700/PC2100/PC1600的non Ecc的DDR内存。实际安装32MB～256MB即可。这比理论上允许的64GB内存容量要小得多，但比早期的IBM PC/XT/AT大多了，这对运行大块的程序、减少主存与慢速的外存之间数据的往复倒换、提高运行速度是有好处的。

（4）芯片组（Chip set）

芯片组实际上是指除CPU之外的系统控制逻辑电路，代替了早期IBM PC/XT/AT微机主板上大量的中小规模集成电路和接口芯片，如并行接口芯片8255A、串行接口芯片8250、定时/计数器芯片8253/8254、中断控制器8259和DMA控制器等分立芯片，并根据CPU集成度增加，功能扩大的需要将以上芯片进行集成并扩大其功能，以提高可靠性，降低功耗。目前世界上最大的CPU制造厂商Intel公司和AMD公司根据本公司Pentium4 CPU的型号，也推出了与之相配的芯片组（集成芯片组）。这些芯片组通常由两块芯片组组成。

图1-20中的Pentium4主板中的Intel 845PE MCH（Memory Controller Hub）靠近CPU，又称为北桥，担任着管理CPU、高速缓存Cache、主存储器和PCI总线间的信息传送等功能，其功耗较大，带有散热片或风扇；主板中的Intel ICH4（第四代I/O Controller Hub）又称为南桥，其作用是对所有的I/O接口和中断请求进行管理，对DMA传输的控制，负责系统的定时与计数等，即兼有8255，8250，8259，8237和8254等分立接口芯片的功能及支持USB（通用串行总线）的功能。不同厂家或同一厂家不同型号的Pentium4 CPU都有与其配套的芯片组，名称也各异，在购置主板与自行配置Pentium4 CPU时应引起注意，否则会造成一些不兼容现象的发生。

这里指出：南桥中兼有的8255，8250，8259，8237和8254等接口芯片将在本教材中一一讲述其基本性能、内部结构，工作方式及其应用。

（5）产生各种时钟频率的电路

自第一台微机诞生以来，其主板上均采用一个14.318MHz（美国NTSC彩色电视副载波频率的4倍）晶振作为基准频率发生器，由芯片组和控制电路产生出主板、CPU及外部设备所需要的各种时钟信号。

主板上的时钟发生器，输入14.318MHz的基准频率后，将产生5种频率，即System时钟、CPU时钟（或FSB时钟）、USB时钟、Super I/O时钟和PCI时钟。其中FSB时钟又输入到芯片组的北桥芯片中，产生SDRAM 和AGP需要的两种时钟信号，共计7种时钟信号。

① System时钟：与基准频率14.318MHz相同，频率固定不变。供主板上需要该频率的芯片或设备使用。

② CPU时钟：又称外部频率或FSB，是CPU的输入频率。常用的有66MHz，75MHz，83MHz，100MHz，133MHz，150MHz等。Intel公司正式支持的外部频率有60MHz，66MHz，100MHz，133MHz等几种。P4主板上的CPU时钟频率更高。在采用Intel 845PE芯片组的主板上，系统总线的频率可达到533MHz或400MHz（即133MHz×4或100MHz×4）。

CPU的工作频率（即主频）由FSB乘上一个倍频系数而得。倍频系数一般为1.5～10，由CPU内部的一个专用寄存器来保存。当系统初始化时，BIOS与芯片组互相配合，完成对时钟发生器和CPU倍频系数的设置。

③ USB时钟：用于驱动USB（Universal Serial Bus）总线，频率固定为48MHz。

④ SDRAM时钟：用于驱动SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory）内存的，一般频率等于FSB。

⑤ Super I/O时钟：供一些输入/输出设备使用，频率固定为24MHz。

⑥ PCI时钟：用于驱动PCI（Peripheral Component Interconnect）总线。插入PCI总线槽中的声卡、显示卡、网卡等外部设备都使用这个时钟信号。当FSB小于100MHz时，PCI时钟频率一般为FSB的1/2；当大于、等于100MHz时，则为FSB的1/3。

⑦ AGP时钟：用于驱动AGP（Accelerated Graphics Port）总线。当FSB小于100MHz时，该频率一般等于FSB；而当FSB大于、等于100MHz时，则为FSB的2/3。

（6）总线扩展槽

一般有3～6个PCI插槽（图1-20的Pentium4主板有6个PCI插槽）和1个AGP插槽。AGP插槽是高速图形卡的专用槽。有的P4主板上还集成有显示卡插槽，则此槽留作备用。

（7）串行接口

该接口有两个9针D型插座（按PC99标准规定串行接口颜色是蓝绿色），是主板的通信接口（COM1和COM2），从相当于有串行接口8250功能的芯片组ICH4引出。

（8）并行接口

并行接口有1个25针的D型插座，颜色为酒红色。从相当于有并行接口8255功能的芯片组ICH4引出，供主板连接并行设备，如行式打印机使用。

（9）其他插座

① 软磁盘驱动器插座：该插座有34针，最多可接两个软盘驱动器。

② IDE插座：该插座有40针，在P4主板上常备有2～4个IDE插座，供接入IDE设备的硬盘驱动器和光盘驱动器使用。

③ USB插座：该插座有4针，常配有4～6个USB 2.0插座，其中有2～4个从机箱后面板引出，有2个从机箱的前面板引出，供连接外部接备，如数码相机、扫描仪、MP3播放机、调制解调器、打印机等设备使用。

④ PS/2鼠标接口：1个6针圆形插孔（绿色），直接接小口鼠标。如果使用大口鼠标，则需用标准的PS/2转接线转接。

⑤ PS/2键盘接口：1个6针小圆形插孔（紫色），直接接小口键盘。如果使用大口键盘。则需用标准的PS/2转接线转接。

⑥ 集成声卡插孔：若主板上有集成声卡，还带有3个插孔：Mic，麦克风输入插孔；Line Out，音频输出插孔，用耳机输出声音时直接接Line Out；用音箱放声时，Line Out接音箱的输入端；Line In，线路输入插孔，当声卡在录音或混声时，作为外部音频信号的输入口。

⑦ CNR插槽：该插槽只有1个，允许插入CNR（Communication Network Riser）接口卡。

⑧ IEEE 1394接口：2个9针插座（选件），可提供100～1000Mb/s的高带宽数据传输，适合于高端设备，如数码摄像机、高速网卡及海量存储设备等。

2.Pentium4微机的系统软件

Pentium4微机可配置Windows98/2000/XP及Windows NT等系统软件。这是因为：一方面它们利用了近年来发展的硬件和软件的新技术，可支持USB接口、IEEE1394标准、AGP图形接口、DVD、多显示器、FAT32文件系统，实现真正的Web集成，支持电源管理使计算机自动处于休闲状态以节省能源；另一方面，从应用角度，可支持文字处理、各种工具软件、多媒体网络通信以及支持运行各种应用软件、数据库管理系统以及各种虚拟世界的应用软件。

为不抛弃IA-32结构中的老用户，Windows支持MS-DOS环境下应用程序的运行并提供绝对的兼容性。随着Windows版本升级，所提供的MS-DOS也随之升级。

1.8.2 多核处理器微计算机

图1-22为一种多核处理器微计算机的主板技嘉GA-Z77P-D3的配置图，可知该主板上的系统芯片数量更加减少，仅采用2-3片高集成度的多功能芯片，不仅使主板更加微型化，而且因为板上连线的减少，系统出错的概率也大大降低。与Pentium主板相比，归结起来有以下几方面的变化：

① CPU及其插座：CPU可支持有1155个触点的LGA1155插座的第三代22纳米及第二代酷睿处理器：Intel Core i7处理器/Intel Core i5 处理器/Intel i3处理器/Intel Pentium处理器/Intel Celeron处理器。Intel Core i7和Intel Core i5内建有4个高性能64位的处理器核和高达8MB的L3高速缓存，支持第三代Intel Core在需要的时候自动超频。多核处理器正面和背面如图1-23所示。

② 芯片组：主板上只有一片Intel Z77高速芯片组，不仅代替了Pentium主板上的芯片组南桥和北桥的功能，而且提升了许多功能，如支持多核处理器、 能建立UEFI 3D BIOS图形化环境、可支持第三代PCI Express显卡接口、 可支持2-way Cross FireX多重显示技术、集成HDMI显示接口、MSATA固态硬盘插槽和8声道108信噪比保真音效芯片并支持高质量兰光播放格式，以及支持USB 3.0、SATA 3.0和USD 3.0的加速技术等功能。

③ 采用双实体BIOS：可为计算机提供BIOS防护，能自动修复因跳电所造成的BIOS损坏或更新的失败。

④ 总线带宽变宽：该主板上增加了两个带宽比PCI总线更宽的PCI EX16和PCI EX4总线插槽。显卡安装在 PCI EX16插槽中可发挥它的最大性能。