计算机硬件知识点讲解

前言

很多同学在学习《计算机硬件基础》时，很多知识点掌握很模糊，容易遗忘，也没有形成一种自己的体系结构，这导至很多同学在学习硬件基础这门课时感觉很难，也很枯燥，为此，我在这里写下本讲解。在本着通俗易懂、由浅入深的原则下，带领同学们一步一步的来揭开硬件神秘的面纱。

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第一讲

重点：计算机发展史，冯.诺依曼结构、计算机硬件结构体系

难点：计算机数据特点

一、 计算机发展史

第1代（1946-1958）电子管计算机

体积庞大，使用电子管（真空管）作为电子开关。

第2代（1958-1964）晶体管计算机

体积稍有缩小，使用晶体管代替真空管。

第3代（1964-1972）集成电路计算机

进一步缩小计算机体积，使用集成电路。

第4代（1972-至今）大规模集成电路计算机

1972年以后的计算机习惯上被称为第四代计算机。基于大规模集成电路，及后来的超大规模集成电路，芯片。计算机功能更强，体积更小。

第5代（发展趋势）

更先进的电子元件，超大规模集成电路,人工智能、软件工程、新型计算机体系结构等综合的产物。

二、 冯.诺依曼结构：

冯·诺依曼结构又称作普林斯顿体系结构（Princetionarchitecture）。 1945年，冯·诺依曼首先提出了“存储程序”的概念和二进制原理，后来，人们把利用这种概念和原理设计的电子计算机系统统称为“冯.诺曼型结构”计算机。冯.诺曼结构的处理器使用同一个存储器，经由同一个总线传输。 冯.诺曼结构处理器具有以下几个特点：

必须有一个存储器；

必须有一个控制器；

必须有一个运算器，用于完成算术运算和逻辑运算；

必须有输入和输出设备，用于进行人机通信。

另外，程序和数据统一存储并在程序控制下自动工作

冯·诺依曼的主要贡献就是提出并实现了“存储程序”的概念。由于指令和数据都是二进制码，指令和操作数的地址又密切相关，因此，当初

选择这种结构是自然的。但是，这种指令和数据共享同一总线的结构，

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使得信息流的传输成为限制计算机性能的瓶颈，影响了数据处理速度的提高。在典型情况下，完成一条指令需要3个步骤，即：取指令、指令译码和执行指令。

三、 计算机硬件结构体系

四、 计算机数据特点——二进制

什么是进制：

又叫进位计数制，它是指“数的制式”，是人们利用符号来计数的一种科 学方法，它是指由低位向高位进位计数的方法。 无论使用哪种进位计数制， 都包含两个基本要素：基数与位权。

基数： 一种进位计数制允许选用基本数字符号的个数称为基数。

如：十进制的基数为10（0～9共10个符号）；二进制的基数为2（只有0 和1两个符号）。

位权：在一个数中，每个数字符号所表示的数值等于该数值符号值乘以与该 数字符号所在位有关的常数，此常数就是“位权”，又简称“权”。它是计数制 每一位所固有的值。注意，对任何一种进制数，整数部分最低位位置的序号 是0，位置每高一位，序号加1，而小数部分位置序号为负值，位置每低一 位，序号减1

如：在二进制数据0100中，1在这个数据中从右向左数的第3位，而我们的 位权序号是从0开始的，所以1在这个数据中的位权为2。（3－1＝2）

什么是二进制：

二进制是逢2进位的进位制。0、1是基本算符。现代的电子计算机技术 全部采用的是二进制，因为它只使用0、1两个数字符号，非常简单方便， 易于用电子方式实现。

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计算机使用二进制的原因：

一方面十进制得保存参加运算的数十分困难，因为很难同时找到具有10种不同稳定状态的机械器件或电子元件；

另一方面十进制的复杂运算使得运算电路复杂，既需要有加法器也需要有乘法器和除法器，计算速度也较慢；这些复杂的设计使得故障率高，维护量极大；

二进制优点：物理上容易实现，运算简单，可靠性、通用性强

十进制数转换成二进制数

十进制整数转换成二进制整数的方法有很多，最常用的是“除2取余法”，即除2取余，后余先排。

例: 将十进制数129转换成二进制数。

解：把129连续除以2，直到商数为0，余数小于2，其过程如下：

把所得余数按箭头方向从高到低排列起来便可得到：

129＝l0000001B

二进制数和十进制数间的转换

只要把要转换的数按权展开后相加即可。

例如：二进制数据11010转换为十进制为：

ll0l0B＝l×2^4十l×2^3十l×2^1＝26D

即11010＝26

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第二讲

重点： CPU、主板主要参数及意义

难点： CPU工作原理

一、 CPU

1. CPU的作用：CPU又叫中央处理器（Central Processing Unit），它主要负责

处理、运算计算机内部的所有数据。

2. CPU工作原理：CPU的工作原理就象一个工厂对产品的加工过程：进入工

厂的原料，（这就相当与我们计算机中的数据），经过物资分配部门的调度分配，被送往生产线，（也就是这些数据受到我们CPU中的控制单元的控制，遵从控制单元的命令，进入逻辑运算单元，交由逻辑运算单元处理。）生产出成品后，再存储在仓库（存储器）中，最后等着拿到市场上去卖（也就是当逻辑运算单元处理完数据，得到需要的数据后，由控制单元控制，保存到我们的存储单元中，最后在交由应用程序使用）。

3. 字长:CPU (同一时间)能一次处理的二进制数的位数称为字长 。

我们现在看到的品牌电脑的电视广告中，经常能听到诸如“采用英特尔64位酷睿双核处理器”中的64位指的就是我们这里说的CPU的字长。这就像我们跑步一样，在同样的时间里，迈出了同样的步伐数量的条件下，每一步跨出的距离越大，那么同样的时间里跑出的距离就肯定比每一步跨出的距离小的人跑出的距离长。

4. 主频：(Clock Speed) 也叫时钟频率，是CPU内核工作的时钟频率，表示在

CPU内数字脉冲信号振荡的速度，也就是CPU运算时的工作频率。

一般说来，主频越高，CPU的速度就越快。在单核心CPU的时代，主频几乎就成为了衡量intel CPU速度快慢的唯一指标。到现在双核乃至多核时代，虽然主频并不在作为衡量CPU速度的唯一指标，但依然是CPU最为重要的参数之一。

5. 外频：是系统总线的时钟频率，简称总线频率，也就是CPU与主板以及其

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他部件之间同步运行的速度。外频是CPU乃至整个计算机系统的基准频 率。

6. 倍频：全称是倍频系数。CPU的核心工作频率与外频之间存在着一个比值关

系，这个比值就是倍频系数，简称倍频。

有这样一个公式：主频=外频×倍频

7. 前端总线：处理器与北桥芯片之间的数据通道。其频率高低直接影响CPU

访问内存的速度。

Intel 的前端总线叫FSB(Front Side Bus)。AMD的前端总线叫HT（HyperTransport）。不过，在Intel推出了I7系列CPU后，在这款CPU上采用了新的总线架构，即QPI总线。因而FSB现在正逐渐的退出市场。 外频与前端总线频率的区别：前端总线的速度指的是数据传输的速度，外频是CPU与主板之间同步运行的速度。也就是说，100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一千万次；而100MHz前端总线指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是100MHz×64bit=6400Mbit/s=800MByte/s（1Byte=8bit）

8. CPU的缓存(Cache)：用来平衡、缓冲CPU处理数据和内存条读写速度之间

的速度差别。是由静态随机存储器制作而成。它就像是工厂里的流水线上的每个工位上临时放置工具和设备的地方，是为了我们能够更快更方便的拿取工具和设备而设置的。

9. CPU工艺：是指在制作CPU时CPU中各电子元器件及各种电路、导线的精

度。一般来说，精度越高，CPU的集成度越高，也就是说精度越高CPU中单个晶体管的体积也就越小，同体积的CPU精度越高采用的晶体管数目也就越多，自然CPU的性能也就越好。同样，CPU单个晶体管的体积越小，自然晶体管的功耗散热也就越小。

现在我们的CPU的工艺主流的是65纳米和45纳米，当然更先进的30纳米的工艺已经有了，正逐步的走向我们的身边。

10. CPU的接口： 主要就是用来连接主板，供数据传输的通道。

目前CPU常用的接口分为两种类型：针脚式和触点式。针脚式目前主要 运用在AMD的CPU上，而intel 的CPU现在基本全都采用了触点式的接口 类型。

AMD的CPU对应的接口类型有：SOCKET754；SOCKET939； SOCKET940（AM2及AM2+）；SOCKET938(AM3)

。

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intel 的CPU对应的接口类型有：SOCKET478（P4 CPU,目前以淘汰）；LGA（触点）775；LGA1366(Core I7 CPU)；LGA1156（Core I5 CPU）。

二、 主板

主板，又叫主机板(mainboard)、系统板(systemboard)和母板(motherboard)

1. 主板的作用：

主板的中心任务是维系CPU与外部设备之间能够协同工作。让它们分工又能合作，独立又能联系的共同完成同一件工作。简单点的来说，主板就是一个起支撑并连接我们主机内其它部件的一个平台。就像家里的饭桌一样，就是用来放我们的饭碗和装有各色菜肴的碗碟的。

2. 主板结构分类：

主板结构分为AT、Baby-AT（这两种结构以淘汰）、ATX、Micro ATX、LPX、NLX、Flex ATX、EATX、WATX以及BTX等结构。但在这些结构中，我们市场上目前的主流只是ATX和Micro ATX，而EATX、WATX这两种结构的主板多数使用在服务器上。

3. 主板芯片组

对于主板而言，芯片组几乎决定了这块主板的功能，进而影响到整个电脑系统性能的发挥，芯片组是主板的灵魂。

主板芯片组分为南桥和北桥

北桥芯片：北桥芯片（North Bridge）是主板芯片组中起主导作用的最重要的组成部分，也称为主桥（Host Bridge）。一般来说，芯片组的名称就是以北桥芯片的名称来命名的，例如英特尔 845E芯片组的北桥芯片是82845E，875P芯片组的北桥芯片是82875P等等，北桥芯片负责与CPU的联系并控制内存、AGP、PCI-E 数据在北桥内部传输，提供对CPU的类型和主频、系统的前端总线频率、内存的类型（SDRAM，DDR SDRAM以及RDRAM等等）和最大容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC纠错等支持，整合型芯片组的北桥芯片还集成了显示核心。简单点说，北桥芯片控制的是CPU、内存、显卡这三种设备（注：intel早期的主板的北桥芯片集成有内存控制器，可以控制内存，但现在推出的新CPU，如I7和I5两个系列的CPU，内存控制器没有集成在北桥芯片中，而是集成到了CPU中，所以，这两个系列的CPU对应的主板北桥芯片并不控制内存条。同样的，AMD系列的CPU也集成了内存控制器，所以AMD平台的主板中的北桥同样不能控制内存条。而

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且，现在AMD平台主板，大多数将南北桥芯片组封装到了一起，在主板上就只能看到一颗芯片，但芯片内还是有南北桥之分，这样做主要目的是缩短南北桥之间的通信距离，提高通信效率。）

北桥芯片就是主板上离CPU最近的芯片，这主要是考虑到北桥芯片与处理器之间的通信最密切，为了提高通信性能而缩短传输距离。

南桥芯片：南桥芯片（South Bridge）是主板芯片组的重要组成部分，一般位于主板上离CPU插槽较远的下方，PCI插槽的附近，这种布局是考虑到它所连接的I/O总线较多，离处理器远一点有利于布线。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，这些技术一般相对来说比较稳定，所以不同芯片组中可能南桥芯片是一样的，不同的只是北桥芯片。南桥芯片的发展方向主要是集成更多的功能，例如网卡、RAID、IEEE 1394、甚至WI-FI无线网络等等。

4. 接口插槽

主板上的插槽有很多种类型，不过我们大体上可以划分为几种：CPU插槽、内存插槽、显卡插槽、硬盘插槽、扩展插槽。

CPU接口：用来连接CPU，与CPU的接口意义对应。 内存接口：目前主流应用的是DIMM（双重在线存储器模式）。根据连接的内存类型的不同，可以分为：DDR内存插槽(184PIN)，DDR2内存插槽(240PIN)，DDR3内存插槽(240PIN)。

显卡接口：是指显卡与主板连接所采用的接口种类。显卡的接口决定着显卡与系统之间数据传输的最大带宽，也就是瞬间所能传输的最大数据量。不同的接口决定着主板是否能够使用此显卡，只有在主板上有相应接口的情况下，显卡才能使用，并且不同的接口能为显卡带来不同的性能。常见的显卡插槽有AGP和PCI-Express 16X两种，目前主流的显卡插槽是PCI-Express 16X。

硬盘接口：硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件，作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据。目前常见的硬盘接口主要有：IDE、SATA、SCSI。目前主流的是SATA，而SCSI是服务器上常见硬盘接口。

扩展接口：用来连接我们一些其它扩展功能的板卡的接口，如连接网卡、声卡、还原卡、视频采集卡、电视卡等等。目前主流是是PCI插槽。

5. BIOS与CMOS

CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体) BIOS(Basic Input/Output System，基本输入/输出系统)

CMOS与BIOS之间的区别

BIOS是主板上的一块EPROM或EEROM芯片，里面装有系统的重要信息和设置系统参数的设置程序（BIOS Setup程序）；CMOS是主板上的一块可读写的RAM芯片，里面装的是关于系统配置的具体参数，其内容可通过设置程序进行读写。简单的说COMS是一个物理芯片，而BIOS是一段程序组成的一个基本系统。

BIOS与CMOS既相关又不同：BIOS中的系统设置程序是完成CMOS参数设置的手段；CMOS RAM既是BIOS设定系统参数的存放场所，又是

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BIOS设定系统参数的结果。因此完整的说法是“通过BIOS设置程序对CMOS参数进行设置”。

第三讲

重点：内存、硬盘各项参数指标

难点：内存、硬盘工作原理

一、 内存

1. 存储分类：

ROM：ROM(Read Only Memory) 只读存储

在制造ROM的时候，信息（数据或程序）就被存入并永久保存。这些信息只能读出，一般不能写入，即使机器掉电，这些数据也不会丢失。常见的ROM如光盘（CD-ROM）。

RAM:RAM(Random Access Memory)随机存储器

随机存储器（Random Access Memory）表示既可以从中读取数据，也可以写入数据。当机器电源关闭时，存于其中的数据就会丢失。

随机存储器又分为静态随机存储器（Static RAM，简称SRAM）和动态随机存储器（Dynamic RAM，简称DRAM）。

SRAM（静态随机存储器）的特点是工作速度快，只要电源不撤除，写入SRAM的信息就不会消失，不需要刷新电路，同时在读出时不破坏原来存放的信息，一经写入可多次读出，但集成度较低，功耗较大。SRAM一般用来作为计算机中的高速缓冲存储器(Cache)。 DRAM是动态随机存储器(Dynamic Random Access Memory)，它是利用场效应管的栅极对其衬底间的分布电容来保存信息，以存储电荷的多少，即电容端电压的高低来表示“1”和“0”。DRAM每个存储单元所需的场效应管较少，常见的有4管，3管和单管型DRAM。因此它的集成度较高，功耗也较低，但缺点是保存在DRAM中的信息__场效应管栅极分布电容里的信息随着电容器的漏电而会逐渐消失，一般信息保存时间为2ms左右。为了保存DRAM中的信息，必须每隔1～2ms对其刷新一次。因此，采用 DRAM的计算机必须配置动态刷新电路，防止信息丢失。DRAM一般用作计算机中的主存储器。简单名的说SRAM就是速度快，但成本较高，适合制作高速缓冲存储器，如CPU缓存、硬盘缓存等；而DRAM速度较慢，但成本低，适合大规模的应用，如制作内存颗粒、显存颗粒等。

2. 内存的作用：

内存就是数据的临时存放的部件，起着承上启下的作用，一方面要从外存中读取执行程序和需要的数据，另一方面还要为CPU服务，进行读写操作。所以主存储器快慢直接影响着PC的速度。就如卖东西一样，在商店里不可能存放所有的货物，一般情况下货物大部分存放在了库房里，假如库房离我们的商店很远，那你就需要一辆车来拉货，把货物仓库放到车里，到了商店，再把货物从车里搬运到店面里；那么这辆车在转运货物时就可以看作时一个临时仓库，而我们的内存就相当于是这辆车。

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3. 内存的工作原理：

首先，内存从CPU获得查找某个数据的指令，然后再找出存取资料的位置时（这个动作称为“寻址”），它先定出横坐标（也就是“列地址”）再定出纵坐标（也就是“行地址”），这就好像在地图上画个十字标记一样，非常准确地定出这个地方。对于电脑系统而言，找出这个地方时还必须确定是否位置正确，因此电脑还必须判读该地址的信号，横坐标有横坐标的信号（也就是RAS信号，Row Address Strobe）纵坐标有纵坐标的信号（也就是CAS信号，Column Address Strobe），最后再进行读或写的动作。因此，内存在读写时至少必须有五个步骤：分别是画个十字（内有定地址两个操作以及判读地址两个信号，共四个操作）以及或读或写的操作，才能完成内存的存取操作。

4. 内存的分类

目前市场中主要有的内存类型有SDRAM、DDR SDRAM和RDRAM三种，其中DDR SDRAM内存占据了市场的主流，而SDRAM内存规格已不再发展，处于被淘汰的行列。RDRAM则始终未成为市场的主流，只有部分芯片组支持，而这些芯片组也逐渐退出了市场，RDRAM前景并不被看好。

SDRAM：SDRAM，即Synchronous DRAM（同步动态随机存储器），它的工作速度是与系统总线速度(即时钟周期)同步的。SDRAM内存又分为PC66、PC100、PC133等不同规格，而规格后面的数字就代表着该内存最大所能正常工作系统总线速度，比如PC100，那就说明此内存可以在系统总线为100MHz的电脑中同步工作。SDRAM采用3.3伏工作电压，168Pin的DIMM接口，带宽为64位。

DDR SDRAM：严格的说DDR应该叫DDR SDRAM，人们习惯称为DDR，部分初学者也常看到DDR SDRAM，就认为是SDRAM。DDR SDRAM是Double Data Rate SDRAM的缩写，是双倍速率同步动态随机存储器的意思。DDR内存是在SDRAM内存基础上发展而来的，仍然沿用SDRAM生产体系，因此对于内存厂商而言，只需对制造普通SDRAM的设备稍加改进，即可实现DDR内存的生产，可有效的降低成本。 SDRAM在一个时钟周期内只传输一次数据，它是在时钟的上升期进行数据传输；而DDR内存则是一个时钟周期内传输两次次数据，它能够在时钟的上升期和下降期各传输一次数据，因此称为双倍速率同步动态随机存储器。DDR内存可以在与SDRAM相同的总线频率下达到更高的数据传输率。DDR为184针脚，支持2.5V电压。常见的DDR内存分为DDR、DDR2、DDR3。目前的主流内存是DDR2/3。

RDRAM：RDRAM（Rambus DRAM）是美国的RAMBUS公司开发的一种内存。与DDR和SDRAM不同，它采用了串行的数据传输模式。

5. 内存容量：指内存条的存储容量，是内存条的关键性参数。 内存容量

以MB/GB作为单位。

6. 内存主频：表示内存的速度，代表该内存所能达到的最高工作频率。内

存主频是以MHz（兆赫）为单位来计量的。目前较为主流的内存频率室333MHz和400MHz的DDR内存，以及533MHz和667MHz的DDR2内存，还有800MHz和1066MHz的DDR3内存。

7. 传输标准：

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主板所支持的内存传输带宽大小或主板所支持的内存的工作频率。传输标准术购买内存的首要选择条件之一，它代表着该内存的速度。目前市场中所有的内存传输标准有SDRAM的PC100、PC133；DDR SDRAM的PC1600、PC2100、PC2700、PC3200、PC3500、PC3700、PC4300、PC5300、PC5700。DDR(200-400) DDR2(533-1066),DDR3(1333>3000)

8. CL（CAS Latency）：

CL（CAS Latency）：为CAS的延迟时间，这是纵向地址脉冲的反应时间，也是在一定频率下衡量支持不同规范的内存的重要标志之一。内存负责向CPU提供运算所需的原始数据，而目前CPU运行速度超过内存数据传输速度很多，因此很多情况下CPU都需要等待内存提供数据，这就是常说的“CPU等待时间”。内存传输速度越慢，CPU等待时间就会越长，系统整体性能受到的影响就越大。因此，快速的内存是有效提升CPU效率和整机性能的关键之一。选择购买内存时，最好选择同样CL设置的内存，因为不同速度的内存混插在系统内，系统会以较慢的速度来运行，也就是当CL2.5和CL2的内存同时插在主机内，系统会自动让两条内存都工作在CL2.5状态，造成资源浪费。

9. 内存的SPD芯片：用于存放内存的各类参数,可以起到简化内存设置的作

用。

10. 双通道：

双通道内存技术其实是一种内存控制和管理技术，它依赖于芯片组的内存控制器发生作用，同时同步在两根内存上进行读写的操作。在理论上能够使两条同等规格内存所提供的带宽增长一倍。它并不是什么新技术，早就被应用于服务器和工作站系统中了，只是为了解决台式机日益窘迫的内存带宽瓶颈问题它才走到了台式机主板技术的前台。通道内存技术是解决CPU总线带宽与内存带宽的矛盾的低价、高性能的方案。目前在I7平台中还推出了DDR3的三通道技术。

11. ECC: ECC是“Error Checking and Correcting”的简写，中文名称是“错误检

查和纠正”

ECC是一种能够实现“错误检查和纠正”的技术，ECC内存就是应用了这种技术的内存，一般多应用在服务器及图形工作站上，这将使整个电脑系统在工作时更趋于安全稳定。

二、 硬盘

1. 什么是硬盘

一种主要的电脑存储媒介，由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成,这些碟片外覆盖有铁磁性材料。硬盘是外部存储器，速度再快也比不上内存，否则计算机就用不着内存了。

从计算机系统的结构来看，存储器分为内存储器和外存储器两大类。内存储器与CPU直接联系，负责各种软件的运行。外存储器包括软盘、硬盘、光盘、磁带机等。硬盘和软盘很相似，它们的工作原理大致相同，不同的是软盘与软盘驱动器是分开的，而硬盘与硬盘驱动器却是装在一

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7. 起。 硬盘的作用： 作为计算机主要存储设备。承担计算机大部分数据的存储。就相当于我们在讲内存时，那家商店存放大量货物的仓库。 硬盘容量：硬盘能够存数的最大数据量，通常是以GB为单位，现在的硬盘已经发展到以TB为单位的容量。 注意：厂家标称1G=1000MB 实际使用1G=1024MB 接口类型：硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件，作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据。 硬盘接口分为IDE、SATA、SCSI和光纤通道四种，IDE和SATA接口硬盘多用于家用产品中，也部分应用于服务器，SCSI接口的硬盘则主要应用于服务器市场，而光纤通道只在高端服务器上，价格昂贵。 IDE的英文全称为“Integrated Drive Electronics”，即“电子集成驱动器”，它的本意是指把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器。 SATA 使用SATA（Serial ATA）口的硬盘又叫串口硬盘，串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。Serial ATA 1.0定义的数据传输率可达150MB/s，而在Serial ATA 2.0的数据传输率将达到300MB/s，最终SATA将实现600MB/s的最高数据传输率。 SCSI的英文全称为“Small Computer System Interface（”小型计算机系统接口），是同IDE（ATA）完全不同的接口，是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术。SCSI接口具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低，以及热插拔等优点，但较高的价格使得它很难如IDE硬盘般普及，因此SCSI硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站中。 转速： 转速(Rotationl Speed)，是硬盘内电机主轴的旋转速度，也就是硬盘盘片在一分钟内所能完成的最大转数。转速的快慢是标示硬盘档次的重要参数之一，它是决定硬盘内部传输率的关键因素之一，在很大程度上直接影响到硬盘的速度。硬盘的转速越快，硬盘寻找文件的速度也就越快，相对的硬盘的传输速度也就得到了提高。硬盘转速以每分钟多少转来表示，单位表示为RPM，RPM是Revolutions Per minute的缩写，是转/每分钟。RPM值越大，内部传输率就越快，访问时间就越短，硬盘的整体性能也就越好。注意：转速并不是越快越好，太快会影响稳定性。现在硬盘的发展就是受转速的制约。 缓存： 缓存（Cache memory）是硬盘控制器上的一块内存芯片，具有极快的存取速度，它是硬盘内部存储和外界接口之间的缓冲器。由于硬盘的内部数据传输速度和外界介面传输速度不同，缓存在其中起到一个缓冲的作用。缓存的大小与速度是直接关系到硬盘的传输速度的重要因素，能够大幅度地提高硬盘整体性能。当硬盘存取零碎数据时需要不断地在硬盘与内存之间交换数据，如果有大缓存，则可以将那些零碎数据暂存在缓存中，减小外系统的负荷，也提高了数据的传输速度。 平均寻道时间：

平均寻道时间的英文拼写是Average Seek Time，它是了解硬盘性能至关重要的参数之一。它是指硬盘在接收到系统指令后，磁头从开始移

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动到移动至数据所在的磁道所花费时间的平均值，它一定程度上体现硬盘读取数据的能力，是影响硬盘内部数据传输率的重要参数，单位为毫秒（ms）。不同品牌、不同型号的产品其平均寻道时间也不一样，但这个时间越低，则产品越好，现今主流的硬盘产品平均寻道时间都在在9ms左右。平均寻道时间实际上是由转速、单碟容量等多个因素综合决定的一个参数。一般来说，硬盘的转速越高，其平均寻道时间就越低；单碟容量越大，其平均寻道时间就越低。当单碟片容量增大时，磁头的寻道动作和移动距离减少，从而使平均寻道时间减少，加快硬盘速度。

8. NCQ技术：

NCQ（Native Command Queuing全速命令排队）技术是SATAⅡ规范中的重要组成部分，也是SATAⅡ规范唯一与硬盘性能相关的技术。它是一种使硬盘内部优化工作负荷执行顺序，通过对内部队列中的命令进行重新排序实现智能数据管理，改善硬盘因机械部件而受到的各种性能制约。

9. 数据保护技术:

S.M.A.R.T 技术是目前绝大多数硬盘已经普遍采用的通用安全技术，而应用S.M.A.R.T 技术，用户们能够预先测量出某些硬盘的特性。举个例子，如监测硬盘磁头的飞行高度。因为一旦磁头开始出现飞得太高或太低的情况，硬盘在运行中就极有可能报错，S.M.A.R.T 技术就是一种对硬盘故障预先发出报警的廉价数据保护。当然，利用S.M.A.R.T 技术可预测的硬盘故障一般是硬盘性能恶化的结果，其中约60%为机械性质的，40%左右则是对软性故障的有效预测。应用S.M.A.R.T 技术可以有效地防止并减少硬盘数据丢失， 而预先报警系统更能够让电脑用户及时掌握自己硬盘的性能和实际使用状况。

第五讲 显卡和显示器

重点：显卡显示器的参数

难点：显卡显示器的工作原理

一、显卡

1、什么是显卡：

显卡又称显示器适配卡，现在的显卡都是3D图形加速卡。它是是连接主机与显示器的接口卡。 2、显卡的作用：

其作用是将主机的输出信息转换成字符、图形和颜色等信息，传送到显示器上显示。（数模转换）

3、显卡的工作原理

显卡的工作原理是：在显卡开始工作(图形渲染建模)前，通常是把所需要的材质和纹理数据传送到显存里面，开始工作时候(进行建模渲染)，这些数据通过PCI-E总线进行传输，显示芯片将通过PCI-E总线提取存储在显存里面的数据，除了建模渲染数据外还有大量的顶点数据和工作指令流需要进行交换，这些数据通过RAMDAC转换为模拟信号输出到显示端，最终就是我们看见的图像。

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4、显卡的基本结构

我们必须了解，资料 (data) 一旦离开 CPU，必须通过 4 个 步骤，最后才会到达显示屏:

从总线 (bus) 进入显卡芯片 －将 CPU 送来的资料送到显卡芯片里面进行处理。 (数位资料)

从 video chipset 进入 video RAM－将芯片处理完的资料送到显存。 (数位资料)

从显存进入 Digital Analog Converter (= RAM DAC)，由显示显存读取出资料再送到 RAM DAC 进 行资料转换的工作(数位转类比)。 (数位资料)

从 DAC 进入显示器 (Monitor)－将转换完的类比资料送到显示屏 (类比资料)

5、显卡的主要参数：

1、显示核心：

显示芯片是显卡的核心芯片，它的主要任务就是处理系统输入的视频信息并将其进行构建、渲染等工作。

显示主芯片的性能直接决定了显示卡性能的高低。

显示芯片是显卡的核心芯片，它的性能好坏直接决定了显卡性能的好坏，

它的主要任务就是处理系统输入的视频信息并将其进行构建、渲

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染等工作。显示主芯片的性能直接决定了显示卡性能的高低。不同的显示芯片，不论从内部结构还是其性能，都存在着差异，而其价格差别也很大。显示芯片在显卡中的地位，就相当于电脑中CPU的地位，是整个显卡的核心。因为显示芯片的复杂性，目前设计、制造显示芯片的厂家只有NVIDIA、ATI、SIS、VIA等公司。家用娱乐性显卡都采用单芯片设计的显示芯片，而在部分专业的工作站显卡上有采用多个显示芯片组合的方式。Nvidia称自己的显示核心为GPU（Graphic Processing Unit，图形处理器）AMD（ATI被AMD收购）称自己的显示核心为VPU（Visual Processing Unit视觉处理器）

2、显示核心频率

显示核心的工作频率，其工作频率在一定程度上可以反映出显示核心的性能。在显示核心不同的情况下，核心频率高并不代表此显卡性能强劲显卡的核心频率是指显示核心的工作频率，其工作频率在一定程度上可以反映出显示核心的性能，但显卡的性能是由核心频率、显存、像素管线、像素填充率等等多方面的情况所决定的，因此在显示核心不同的情况下，核心频率高并不代表此显卡性能强劲。比如9600PRO的核心频率达到了400MHz，要比9800PRO的380MHz高，但在性能上9800PRO绝对要强于9600PRO。在同样级别的芯片中，核心频率高的则性能要强一些，提高核心频率就是显卡超频的方法之一。显示芯片主流的只有ATI和NVIDIA两家，两家都提供显示核心给第三方的厂商，在同样的显示核心下，部分厂商会适当提高其产品的显示核心频率，使其工作在高于显示核心固定的频率上以达到更高的性能。

3、显存

显存，也被叫做帧缓存，它的作用是用来存储显卡芯片处理过或者即将提取的渲染数据。如同计算机的内存一样，显存是用来存储要处理的图形信息的部件。我们在显示屏上看到的画面是由一个个的像素点构成的，而每个像素点都以4

至

32甚至64位的数据来控制它的亮度和色彩，这些数据必须通过显存来保存，再交由显示芯片和CPU调配，最后把运算结果转化为图形输出到显示器上。

显存容量

计算机硬件知识点讲解

显存容量是显卡上本地显存的容量数，这是选择显卡的关键参数之

一。显存容量的大小决定着显存临时存储数据的能力，在一定程度上也会影响显卡的性能。显存容量也是随着显卡的发展而逐步增大的，并且有越来越增大的趋势。显存容量从早期的512KB、1MB、2MB等极小容量，发展到8MB、12MB、16MB、32MB、64MB，一直到目前主流的256MB、512MB和高档显卡的1GB，某些专业显卡甚至已经具有2GB的显存了。

值得注意的是，显存容量越大并不一定意味着显卡的性能就越高，因为决定显卡性能的三要素首先是其所采用的显示芯片，其次是显存带宽(这取决于显存位宽和显存频率)，最后才是显存容量。一款显卡究竟应该配备多大的显存容量才合适是由其所采用的显示芯片所决定的，也就是说显存容量应该与显示核心的性能相匹配才合理，显示芯片性能越高由于其处理能力越高所配备的显存容量相应也应该越大，而低性能的显示芯片配备大容量显存对其性能是没有任何帮助的。

显存类型

显存类型及是显存颗粒的类型，它跟内存类型是一样的概念，目前市场上常见的有GDDR2,GDDR3显存

显存频率和显存速度

显存频率是指默认情况下，该显存在显卡上工作时的频率，以MHz（兆赫兹）为单位。显存频率一定程度上反应着该显存的速度。

显存时钟周期就是显存时钟脉冲的重复周期，它是作为衡量显存速度的重要指标。显存速度越快，单位时间交换的数据量也就越大，在同等情况下显卡性能将会得到明显提升。显存的时钟周期一般以ns（纳秒）为单位，工作频率以MHz为单位。显存时钟周期跟工作频率一一对应，它们之间的关系为:工作频率＝1÷时钟周期×1000。那么显存频率为166MHz，那么它的时钟周期为1÷166×1000＝6ns。 对于DDR SDRAM或者DDR2、DDR3显存来说，描述其工作频率时用的是等效输出频率。因为能在时钟周期的上升沿和下降沿都能传送数据，所以在工作频率和数据位宽度相同的情况下，显存带宽是SDRAM的两倍。换句话说，在显存时钟周期相同的情况下，DDR SDRAM显存的等效输出频率是SDRAM显存的两倍。例如，5ns的SDRAM显存的工作频率为200MHz，而5ns的DDR SDRAM或者DDR2、DDR3显存的等效工作频率就是400MHz。常见显存时钟周期有5ns、4ns、3.8ns、3.6ns、3.3ns、2.8ns、2.0ns、

1.6ns、1.1ns，0.09甚至更低。

显存时钟周期数越小越好。显存频率与显存时钟周期（也就是通常所说的XXns）之间为倒数关系，也就是说显存时钟周期越小，它的显存频率就越高，显卡的性能也就越好！

显存位宽

显存在一个时钟周期内所能传送数据的位数，单位为（bit），位数越大则瞬间所能传输的数据量越大，这是显卡的重要参数之一。

大家知道显存带宽＝显存频率X显存位宽/8，（单位BPS，B/S）那么在显存频率相当的情况下，显存位宽将决定显存带宽的大小。比