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计算机硬件基础知识大全下
计算机硬件基础知识大全（下）
高速缓存--Cache介绍Cache的分级
随着CPU的速度的加快，它与动态存储器DRAM配合工作时往往需要插入等待状态，这样难以发挥出CPU的高速度，也难以提高整机的性能。
如果采用静态存储器，虽可以解决该问题，但SRAM价格高。
在同样容量下，SARM的价格是DRAM的4倍。
而且SRAM体积大，集成度低。
为解决这个问题，在386DX以上的主板中采用了高速缓冲存储器--Cache技术。
其基本思想是用少量的SRAM作为CPU与DRAM存储系统之间的缓冲区，即Cache系统。
80486以及更高档微处理器的一个显著特点是处理器芯片内集成了SRAM作为Cache，由于这些Cache装在芯片内，因此称为片内Cache。
486芯片内Cache的容量通常为8K。
高档芯片如Pentium为16KB，PowerPC可达32KB。
Pentium微处理器进一步改进片内Cache，采用数据和双通道Cache技术，相对而言，片内Cache的容量不大，但是非常灵活、方便，极大地提高了微处理器的性能。
片内Cache也称为一级Cache。
由于486，586等高档处理器的时钟频率很高，一旦出现一级Cache未命中的情况，性能将明显恶化。
在这种情况下采用的办法是在处理器芯片之外再加Cache，称为二级Cache。
二级Cache实际上是CPU和主存之间的真正缓冲。
由于系统板上的响应时间远低于CPU的速度，如果没有二级Cache就不可能达到486，586等高档处理器的理想速度。
二级Cache的容量通常应比一级Cache大一个数量级以上。
在系统设置中，常要求用户确定二级Cache是否安装及尺寸大小等。
二级Cache的大小一般为128KB、256KB或512KB。
在486以上档次的微机中，普遍采用256KB或512KB同步Cache。
所谓同步是指Cache和CPU采用了相同的时钟周期，以相同的速度同步工作。
相对于异步Cache，性能可提高30%以上。
什么是CACHE存储器?
所谓Cache，即高速缓冲存储器，是位于CPU和主存储器DRAM（DynamicRAM）之间的规模较小的但速度很高的存储器，通常由SRAM组成。
SRAM（StaticRAM）是静态存储器的英文缩写。
由于SRAM采用了与制作CPU相同的半导体工艺，因此与动态存储器DRAM比较，SRAM的存取速度快，但体积较大，价格很高。
由于动态RAM组成的主存储器的读写速度低于CPU的速度，而CPU每执行一条指令都要访问一次或多次主存，所以CPU总是要处于等待状态，严重地降低了系统的效率。
采用Cache之后，在Cache中保存着主存储器内容的部分副本，CPU在读写数据时，首先访问Cache。
由于Cache的速度与CPU相当，因此CPU就能在零等待状态下迅速地完成数据的读写。
只有Cache中不含有CPU所需的数据时，CPU才去访问主存。
CPU在访问Cache时找到所需的数据称为命中，否则称为未命中。
因此，访问Cache的命中率则成了提高效率的关键。
而提高命中率则取决于Cache存储器的映象方式和Cache内容替换的算法等一系列因素。
对内存扩容时应遵循哪些规则?
1.对大多数PC机来说，不能在同一组Bank内（每组包括两到四个插座）将不同大小的SIMM条混合在一起。
很多PC机都可安装不同容量的SIMM，但装在PC机同一组中的所有SIMM必须具有相同的容量，例如，对一个四插槽组来说，PC机一般既可接受1MB的SIMM条，也可接受4MB的SIMM条，可在该组的每个槽内安装1MBSIMM，则这一组共可容纳4MB内存。
也可在该组每个槽内安装4MBSIMM，则这一组共可容纳16MB内存。
但是，不能为了得到10MB内存，在两个槽内插入1MB的SIMM条，而在另两个槽中插入4MB的SIMM条。
2.对于很多PC机来说，若把不同速度的SIMM混合在一起，即使它们的容量相同也会带来麻烦。
例如，计算机中已有运行速度为60纳秒（ns）的4MB内存，而文档中说70ns的SIMM也能工作。
如果在母板的空闲内存槽中再插入速度为70ns的SIMM条，机器会拒绝引导或在启动后不久就陷于崩溃。
对于某些机器来说，若把速度低的SIMM放至第一组，则可解决速度混合问题。
计算机会按最低速度存取，剩余部分不会再有用。
3.对于大多数PC机来说，必须将一组的所有插槽都插满。
或者将一组全部置空（当然第一组不行）。
在一组中不能只装一部分。
4.PC机可接受的SIMM大小有一个上限（最大值可从PC机说明书中找到。
若没有说明书，唯一的方法就是从实践中找到最大值了）。
何谓30线、72线、168线内存条内存条；30线；72线；168线介绍30线、72线、168线内存条的有关知识及相互之间的区别条形存储器是把一些存储器芯片焊在一小条印制电路板上做成的，即称之为内存条，所谓内存条线数即引脚数，按引脚数不同可把内存条分为30线的内存条、72线的内存条（SIMM，即SigleinlineMemoryModale）和168线的内存条（DIMM，即DoubleinlineMemoryModule）。
内存条的引脚数必须与主板上内存槽的插脚数相匹配，内存条插槽也有30线、72线和168线三种。
30线内存条提供8位有效数据位。
常见容量有256KB、1MB和4MB。
72线的内存条体积稍大，提供32位的有效数据位。
常见容量有4MB、8MB、16MB和32MB。
按下按键你可以看到72线内存条的外观形状。
168线的内存条体积较大，提供64位有效数据位。
如何识别Cache存储器芯片标志?
目前微机系统中，常用的静态RAM的容量有8K×8位（64Kbit）、32K×8（256Kbit）位以及64K×8（512Kbit）位三种芯片，存取时间（周期）为15ns到30ns。
以上参数在静态SRAM芯片上常标注为：
XX64-25（XX65-25）、XX256-15（XX257-15）、XX512-15等。
以XX256-15为例，其中“256”表示容量（单位为Kbit），“15”表示存取时间（单位为ns）。
在表示SRAM存储器容量的数值中，“64”与“65”相同，都表示该芯片的容量为64Kbit，即8KB。
同理，“256”与“257”的含义也相同，即该芯片的容量为32KB。
例如在华硕PVI686SP3主板上使用的SRAM芯片为W24257AK-15，即该芯片的容量为32K×8位，存取速度为15ns。
如何用软件的方法检测Cache？
检测；高速缓存；Cache介绍用软件检测Cache的方法,主板上Cache的大小和有无很难用一般方法判断，尤其是有的主板连BIOS都被不法经销商修改过以方便作假。
486时代常用的拔插法现在也不灵了——奔腾主板上很多标称256K的Cache芯片都是直接SMT（表面安装）上去的，无法拔插。
测试Cache的软件确实有一些，如CCT等，但普通用户很难得到这些专业软件。
2.分类认识内存
内存作为微型计算机的重要部件之一，已从早期的普通内存，发展到目前的同步动态内存，还有越来越广泛地应用于多媒体领域的RDRAM与后来的SDRAMⅡ、DDRRAM。
内存大致的分类情况如下：
1.FPM（FastPageMode）
FPM（快页模式）是较早的个人计算机普遍使用的内存，它每隔3个时钟脉冲周期传送一次数据。
现在已很少见到使用这种内存的计算机系统了。
2.EDO（ExtendedDataOut）
EDO（扩展数据输出）内存取消了主板与内存两个存储周期之间的时间间隔，每隔2个时钟脉冲周期传输一次数据，大大地缩短了存取时间，使存取速度提高30％，达到60ns。
EDO内存主要用于72线的SIMM内存条，以及采用EDO内存芯片的PCI显示卡（参阅本书后面的内容）。
注：
EDO内存条是普通DRAM内存的改进型，它比普通内存提高速度约10%20%左右。
当它在完成某一单元信息的读写之前，能提前读写下一单元的信息，这样就提高了内存的读写速度。
但只是在普通内存的基础上改进了它的读写方式，但它的读写速度却仍然不够快，只能达到50ns60ns之间。
对于CPU的几ns的速度来说，仍然存在着很大的差别。
这种内存流行在486以及早期的奔腾计算机系统中，它有72线和168线之分，采用5V电压，带宽32bit，可用于IntelFX/VX芯片组主板上，所以某些使用奔腾100/133的计算机系统目前还在使用它。
不过要注意的是，由于它采用5V电压，跟下面将要介绍的SDRAM不同（SDRAM为3.3v），两者混合使用时就会很容易会被烧毁，因此在使用前最好了解一下该主板使用的是3.3v还是5V电压。
3.S（Synchronous）DRAM
SDRAM（同步动态随机存储器）是目前奔腾计算机系统普遍使用的内存形式。
SDRAM将CPU与RAM通过一个相同的时钟锁在一起，使RAM和CPU能够共享一个时钟周期，以相同的速度同步工作，与EDO内存相比速度能提高50％。
注：
SDRAM采用的是新型的64位数据读写形式，内存条的引脚为168线，采用双列直插式的DIMM内存条，读写速度最高达到了10ns，是目前最快的内存芯片，同时也是奔腾II和奔腾III计算机系统首选的内存条。
随着SDRAM的问世，快页模式（FPM）DRAM被很彻底打入了冷宫。
由于高效内存集成电路的出现和为优化的奔腾CPU运行效能而设计的INTELHX、VX等核心逻辑芯片组的支持，EDODRAM被广泛采用了，它采用了一种特殊的内存读出电路控制逻辑，在读写一个地址单元时，同时启动下一个连续地址单元的读写周期。
从而节省了重选地址的时间，使存储总线的速率提高到40MHz。
也就是说，因此说与快页内存相比性能提高了将近15%～30%，而其制造成本却与之相近，但是也只是辉煌了一时，面市的时间将极为短暂，这是为什么呢？
因此不久之后市场上主流CPU的主频高达200MHz以上。
为优化CPU的运行效能，总线时钟频率至少要达到66MHz以上，多媒体应用程序以及Windows95/97/98和WindowsNT操作系统对内存的要求也越来越高，为缓解速度不够的瓶颈只有采用新的内存结构，否则就不能支持高速总线时钟频率，而不必于插入指令等待周期，在理论上内存的速度需要与CPU频率同步，即与CPU共享一个时钟周期的同步动态内存（SynchronousDRAMS），所以SDRAM应运而生，与其它内存结构相比，性能/价格比最高，最终取代了它们成为了内存发展一个时期内的主流。
SDRAM基于双存储体结构，内含两个交错的存储阵列，当CPU从一个存储体或阵列访问数据时，另一个就已为读写数据做好了准备，通过这两个存储阵列的紧密切换，读取效率就能得到成倍的提高。
SDRAM的速度早就超过了100MHz，存储时间达到5～8ns毫不费力，现在128MB的SDRAM内存条也是大量上市，SDRAM占据市场的主导地位已是不可否认的事实，其价格也在大幅下降。
SDRAM不仅可用作主存，在显示卡上的内存方面也有广泛应用。
对前者来说，数据带宽越宽，同时处理的数据就越多，显示的信息就越多，显示品质也就越高。
在此之前的计算机系统还用过可同时读写的双端口视频内存（VRAM）来提高带宽，但这种内存成本高，应用受很大限制。
因此在一般显示卡上，廉价的DRAM和高效的EDODRAM仍然还在应用着。
但随着64位显示卡的上市，带宽已扩大到EDODRAM所能达到的带宽的极限，要达到更高的1600×1200的分辨率，而又尽量降低成本，就只能采用频率达66MHz、高带宽的SDRAM了。
SDRAM还应用了共享内存结构（UMA），这在很大程度上降低了系统成本，因为许多高性能显示卡价格高昂，就是因为其专用显示内存成本极高所致，而UMA技术将利用主存作显示内存，不再需要增加专门显示内存，因而降低了成本。
注：
SDRAM与用作Cache的SRAM是两个不同的概念，SRAM的全称是StaticRAM（静态RAM），速度虽快，但成本高，不适合做主存。
4.DDRSDRAM（SDRAMII）
DDR（DoubleDataRage双数据率）也就是SDRAMSDRAMII，是SDRAM的更新换代产品，它允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿传输数据，这样不需要提高时钟的频率就能加倍提高SDRAM的速度，并具有比SDRAM多一倍的传输速率和内存带宽，如64bit内存接口200MHzDDRSDRAM比PC100SDRAM的内存带宽高一倍，266MHzDDRSDRAM的内存带宽更是达到了2.12GB/s。
DDRSDRAM比800MHzRDRAM的内存带宽还要高，采用2.5v工作电压，价格也便宜非常多。
过去，DDRSDRAM只是应用在显示卡上，现在由于DDRSDRAM标准已定制好，所以正有许多主板芯片组支持使用它。
不过，第一款支持DDRSDRAM的芯片组并不是Intel推出的。
而是由Micron推出的，其名称为SamuraiDDR芯片，其性能的优秀性无论是在商业，还是游戏运行方面都赶得上Inteli840芯片组。
但后者提供双RDRAM通道，可高达3.2GB/s的内存带宽，比SamuraiDDR266MHzDDRSDRAM提供的2.12G/秒的内存带宽高出33%，整体性能也要好一些，这其是因为RDRAM的潜伏等待时间要比SDRAM长，所以PC133SDRAM（参阅下面的内容）和DDRSDRAM使得RDRAM在低端和高端系统上的优势全无，而DDRSDRAM更是成为了市场的主流。
如，现代电子出品的64MBDDRSDRAM在128MB内存总线，4Mx16颗，工作频率为333MHz，提供了5.3GB/s的数据带宽，市场前景不用说了，一定会是不错的。
5.RDRAM（RambusDRAM）
RDRAM（存储器总线式动态随机存储器）是Rambus公司开发的具有系统带宽、芯片到芯片接口设计的新型DRAM，它能在很高的频率范围下通过一个简单的总线传输数据，同时使用低电压信号，在高速同步时钟脉冲的两边沿传输数据。
6.FlashMemory
FlashMemory（闪速存储器）是一种新型半导体存储器，主要特点是在不加电的情况下长期保持存储的信息。
就其本质而言，FlashMemory属于EEPROM（电擦除可编程只读存储器）类型，既有ROM的特点，又有很高的存取速度，而且易于擦除和重写，功耗很小。
目前其集成度已达4MB，同时价格也有所下降。
由于这一独特优点，FlashMemory在一些较新的主板上普遍采用着，以便使得BIOS升级非常方便，但时也会CIH这样的计算机病毒以可乘之机，让许多计算机饱受磨难。
FlashMemory可用作固态大容量存储器，但目前普遍使用的大容量存储器仍为硬盘。
硬盘虽有容量大和价格低的优点，但它是机电设备，有机械磨损，可*性及耐用性相对较差，抗冲击、抗振动能力也弱，功耗也大。
而FlashMemory集成度高，价格也在逐渐降低，专家们对它的应用前景相当乐观。
7.ShadowRAM
ShadowRAM也称为“影子内存”,是为了提高计算机系统效率而采用的一种专门技术，所使用的物理芯片仍然是CMOSDRAM（动态随机存取存储器，参阅本书后面的内容）芯片。
ShadowRAM占据了系统主存的一部分地址空间。
其编址范围为C0000～FFFFF，即为1MB主存中的768KB～1024KB区域。
这个区域通常也称为内存保留区，用户程序不能直接访问。
ShadowRAM的功能就是是用来存放各种ROMBIOS的内容。
也就是复制的ROMBIOS内容，因而又它称为ROMShadow，这与ShadowRAM的意思一样，指得是ROMBIOS的“影子”。
现在的计算机系统，只要一加电开机，BIOS信息就会被装载到ShadowRAM中的指定区域里。
由于ShadowRAM的物理编址与对应的ROM相同，所以当需要访问BIOS时，只需访问ShadowRAM而不必再访问ROM，这就能大大加快计算机系统的运算时间。
通常访问ROM的时间在200ns左右，访问DRAM的时间小于100ns、60ns，甚至更短。
在计算机系统运行期间，读取BIOS中的数据或调用BIOS中的程序模块的操作将是相当频繁的，采用了ShadowRAM技术后，无疑大大提高了工作效率。
8.ECC内存
ECC（ErrorCorrectionCoding或ErrorChechingandCorrecting）是一种具有自动纠错功能的内存，Intel的82430HX芯片组就支持它，使用该芯片的主板都可以安装使用ECC内存，但由于ECC内存成本比较高，所以主要应用在要求系统运算可*性比较高的商业计算机中。
由于实际上存储器出错的情况不会经常发生，相关的主板产品还不多，一般的家用与办公计算机也不必采用ECC内存。
9.CDRAM（CachedDRAM）
CDRAM（CachedDRAM）带高速缓存动态随机存储器）是日本三菱电气公司开发的专有技术，它通过在DRAM芯片上集成一定数量的高速SRAM作为高速缓冲存储器和同步控制接口来提高存储器的性能。
这种芯片使用单一的＋3.3V电源，低压TTL输入输出电平。
10.DRDRAM（DirectRambusDRAM）
DRDRAM（接口动态随机存储器）是Rambus在Intel支持下制定的新一代RDRAM标准，与传统DRAM的区别在于引脚定义会随命令而变，同一组引脚线可以被定义成地址，也可以被定义成控制线。
其引脚数仅为正常DRAM的三分之一。
当需要扩展芯片容量时，只需要改变命令，不需要增加芯片引脚。
这种芯片可以支持400MHz外频，再利用上升沿和下降沿两次传输数据，可以使数据传输率达到800MHz。
同时通过把单个内存芯片的数据输出通道从8位扩展成16位，这样在100MHz时就可以使最大数据输出率达1.6GB/s。
11.SLDRAM（SynchnonousLinkDRAM）
SLDRAM（同步链接动态内存）是由IBM、惠普、苹果、NEC、富士通、东芝、三星和西门子等大公司联合制定的，一种原本最有希望成为标准高速DRAM的存储器。
这是一种在原DDRDRAM基础上发展起来的高速动态读写存储器，具有与DRDRAM相同的高数据传输率，但其工作频率要低一些，可用于通信、消费类电子产品、高档的个人计算机和服务器中。
不过，由于各种各样的原因，这种动态存储器难以形成气候。
12.VCM（VirtualChannelMemory）
VCM（虚拟通道存储器）由NEC公司开发，是一种新兴的缓冲式DRAM，可用于大容量的SDRAM。
此技术集成了“通道缓冲”功能，由高速寄存器进行配置和控制。
在实现高速数据传输，让带宽增大的同时还维持着与传统SDRAM的高度兼容性，所以通常也把VCM内存称为VCMSDRAM。
13.FCRAM（FastCycleRAM）
FCRAM（快速循环动态存储器）是由富士通和东芝联合开发的内存技术，数据吞吐速度可超过DRAM/SDRAM的4倍，能应用于需要极高内存带宽的系统中，如服务器、3D图形及多媒体处理等场合，其主要的特点是：
行、列地址同时（并行）访问，而不像普通DRAM那样首先访问行数据，再访问列数据。
此外，在完成上一次操作之前，便开始下一次操作。
不过这并用于主内存，而是用于诸如显示内存这样的其他存储器上
显卡
对于每一位追求电脑性能的DIY来说，显卡无疑是最重要的一样配件。
在这个显卡技术高速发展的阶段，虽然可选择的显卡芯片厂商减少了，但基于相同厂商的显卡型号却分得很细，性能也各不相同。
其中繁复处可能即便是专业人员也难以尽述。
用户选择显卡的时候对一些专业数据接触也多了，简单点如芯片内核频率、显存频率，复杂点如像素填充率、显存带宽等。
各显卡品牌在各自的显卡描述中也有这方面提及，但对于有些方面可能会有故意忽略某些细节，只提供那些炫目的优势数据，用户没有完整的了解，这是缺乏公平性的。
这里我主要给大家介绍一下显卡的性能参数，如何根据这些参数确定显卡的性能，希望你在下次选购显卡时能更好的选到自已所需的产品。
首先我们了解一下对于一块显卡来说最重要的指标是什么。
这里排除显卡对整个系统显示性能起决定性作用的包括了CPU、内存、主板和驱动软件。
这样一个平台必须处理大量几何运算，如大家常听到的T&L即光源和变形处理技术就需要强劲的浮点运算并占用主存储器带宽。
如果显卡不带硬件T&L功能，这部分任务就全部落在CPU、内存和主板组成的工作组上。
在图形帧幅计算时，顶点和纹理通过总线（即PCI或者AGP1x、2x、4x）传送至3D卡。
这时如果这个平台越快，所传输的帧幅也越多。
这些影响显卡性能的外因并不是我今天想讲的，对于显卡本身最重要的是其芯片提供的像素填充率和它的显存带宽。
下面让我们来了解它们：
像素填充率的最大值为3D时钟乘以渲染途径的数量。
如NVIDIA的GeForce2GTS芯片，核心频率为200MHz，4条渲染管道，每条渲染管道包含2个纹理单元。
那么它的填充率就为4x2像素x2亿/秒=16亿像素/秒。
这里的像素组成了我们在显示屏上看到的画面，在800x600分辨率下一共就有800x600=480，000个像素，以此类推1024x768分辨率就有1024x768=786，432个像素。
我们在玩游戏和用一些图形软件常设置分辨率，当分辨率越高时显示芯片就会渲染更多的像素，因此填充率的大小对衡量一块显卡的性能有重要的意义。
刚才我们计算了GTS的填充率为16亿像素/秒，下面我们看看MX200。
它的标准核心频率为175，渲染管道只有2条，那么它的填充率为2x2像素x1.75亿/秒=7亿像素/秒，这是它比GTS的性能相差一半的一个重要原因。
大家知道了，填充率的大小取决于显示芯片，目前只要买正规厂商的显卡都不会在芯片上有什么机关，一分钱一分货，而我下面重点要讲的显存就没有这么透明了。
我们在购买显卡时常可以看到关于显存的参数，主要有显存的速度，以纳秒为单位；显存的工作频率，以MHz为单位；显存的数据位宽，以bit为单位。
这里显存的速度决定了其工作频率，如-7.5ns的显存标准频率可上133MHz，-5ns的显存标准频率可上200MHz。
但在显卡上有时显存工作频率与其速度不成正比，如Geforce3普遍采用3.8ns的DDR显存，标准应该是263MHz，因是DDRAM则标准频率为526MHz，而我们知道Geforce3的显存标准频率为460MHz，给用户预留了很大的超频空间。
而也有显存速度标为-7ns的，本应为143MHz但却默认工作频率为166MHz；有的显存速度标为-4.5ns却不能上222MHz。
所以在购买显卡时单看显存芯片上标识的速度值并不可*，一定要询问清楚显存的默认工作频率。
显存的数据位宽是一项经常被用户忽略的参数，但是其重要性甚至要超过显存的工作频率，因为位宽决定了显存带宽，而显存带宽已经成为现在制约显卡性能的瓶颈。
显示芯片与显存之间的数据交换速度就是显存的带宽，单只芯片有强大的处理能力,但显存带宽不高的话，显存将制约着这块芯片无法达到其设计处理能力。
我们把Geforce3的显存频率超到500MHz，这时带宽高达8GB/s，但是在一些复杂图形环境一样
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