黑大计算机组装与维护.docx

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黑大计算机组装与维护

1.1计算机系统的组成

计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成，硬件系统是指组成计算机的硬件设备，包括CPU、主板、内存、显示器和硬盘等；软件系统是指运行于硬件系统之上的计算机程序，通过对硬件设备进行控制和操作来实现一定的功能。

软件系统的运行需要建立在硬件系统都正常工作的情况下。

1.1.1硬件系统

无论是微型计算机还是大型计算机，都是以“冯·诺依曼”的体系结构为基础的。

“冯·诺依曼”体系结构是被称为计算机之父的冯·诺依曼所设计的体系结构。

“冯·诺依曼”体系结构规定计算机系统主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等几部分组成。

1.运算器和控制器

运算器被集成在CPU中，用来进行数据处理，其功能是完成数据的算术运算和逻辑运算。

控制器也被集成在CPU中，其功能是进行逻辑控制，它可以发出各种指令，以控制整个计算机的运行，指挥和协调计算机各部件的工作。

运算器和控制器合称为中央处理单元，即CentralProcessingUnit，简称CPU。

CPU是整个计算机系统的中枢，它通过对各部分的协同工作，实现数据的分析、判断和计算等操作，以完成程序所指定的任务。

2.存储器

存储器用来存放计算机中的数据，存储器分为内存储器和外存储器。

内存储器又叫内存，其容量小、速度快，用于存放临时数据；外存储器的容量大、速度慢，用于存放计算机中暂时不用的数据。

外存储器的代表就是每台电脑必备的硬盘。

3.输入设备

输入设备是指将数据输入到计算机中的设备，人们要向电脑发出指令，就必须通过输入设备进行。

在计算机产生初期，输入设备是一台读孔的机器，它只能输入“0”和“1”两种数字。

随着高级语言的出现，人们逐渐发明了键盘、鼠标、扫描仪和手写板等输入设备，使数据输入变得简单也更容易操作了。

4.输出设备

输出设备负责将计算机处理数据的中间过程和最终结果以人们能够识别的字符、表格、图形或图像等形式表示出来。

最常见的输出设备有显示器、打印机等，现在显示器已成为每台计算机必配的输出设备。

1.1.2软件系统

软件是指计算机系统中使用的各种程序，而软件系统则指控制整个计算机硬件系统工作的程序集合。

软件系统的主要作用为：

使计算机的性能得到充分发挥，人们通过软件系统可以实现不同的功能，软件系统的开发是根据人们的需求进行。

软件系统一般可分为系统软件和应用软件。

1.系统软件

系统软件包括汇编程序、编译程序、操作系统和数据库管理软件等。

系统软件的核心是操作系统。

操作系统（OperatingSystem，简称OS）是由指挥与管理计算机系统运行的程序模块和数据结构组成的一种大型软件系统，其功能是管理计算机的全部硬件资源和软件资源，为用户提供高效、方便的服务界面。

如Windows系列操作系统、DOS操作系统、UNIX和Linux等。

2.应用软件

应用软件是在操作系统的基础上编制的各种程序。

应用软件都是一些具有特定功能的软件，能够帮助用户完成特定的任务，如通过Word可以编辑一篇文章，通过Photoshop可以绘制和处理图片，通过WindowsMediaPlayer可以播放VCD影碟等。

1.2计算机的组成部件

计算机从外观上看由主机、显示器、鼠标、键盘和音箱等设备组成。

1.2.1主机中的部件

计算机主机中包含中央处理器CPU、主板、内存、显卡、硬盘、光存储设备、软驱和电源等组件。

1.中央处理器CPU

CPU由运算器和控制器组成，是计算机的运算中心，用来进行计算机的数据运算和发出控制计算机的指令。

2.主板

如果把CPU比做计算机的“大脑”，主板便是计算机的“躯干”。

主板将CPU、内存、显卡、鼠标、键盘等部件连接在一起，为计算机的设备提供数据通道。

主板对所有部件的工作起统一协调的作用，因此主板的稳定工作是系统发挥最优性能的前提。

主板上有各种插槽和接口，为不同设备提供不同的连接方式。

3.内存

内存直接被CPU访问，在加电情况下，CPU可以对内存进行读写操作。

当断电后，内存中的数据会全部丢失。

现在常用的内存为DDR内存。

内存是计算机运行必不可少的部件之一。

4.显卡

显卡，也称图形加速卡，是计算机中主要的板卡之一，它用来处理计算机中的图像信息。

现在的显卡可独立进行图形处理方面的工作，并将处理的结果转换成显示器能够显示的模拟信号，这样在显示器上就能看到输出的结果。

5.硬盘

硬盘是存储数据最重要的外部存储器之一。

硬盘采用全密封设计，将盘片和驱动器放在一起，使硬盘具有高速和稳定的特点。

硬盘工作的时候最好将其保持水平放置，并且不能受到较大的震动。

6.光存储设备

光存储设备简称光驱，是普遍使用的外部存储设备。

光存储设备的数据存放介质为光盘，其特点是容量大、成本低，而且保存时间长，不易损坏。

光存储设备根据不同的功能主要分为CD-ROM、DVD-ROM、CD刻录机、COMBO和DVD刻录机等。

其中CD-ROM、DVD-ROM只能读取数据，而CD刻录机、COMBO和DVD刻录机不仅可以读取数据，还可以向可写光盘中写入数据。

7.电源

电源为主机中的所有设备提供动力，一台计算机的正常运行离不开一个稳定的电源。

电源有多个接口，分别接到主板、硬盘和光存储设备等部件上为其提供电能。

1.2.2外部设备

一般连接到主机的外部接口的设备都是外部设备，主要的外部设备有鼠标、键盘和显示器。

1.鼠标和键盘

鼠标和键盘是现在计算机系统中最主要的输入设备，键盘出现的历史比鼠标更长，而鼠标的出现推动了图形化操作系统的发展。

2.显示器

显示器的作用是将显卡处理过的信号以图形的方式表现出来。

现在市场上的显示器多为纯平显示器和LCD显示器（液晶显示器）。

1.2.3其他设备

前面介绍的计算机部件已经可以组装成一台计算机了，但是要扩展计算机的应用范围，还需要为计算机安装一些扩展设备。

1.声卡和音箱

声卡用来处理计算机中的音频信息，音箱负责将声卡处理的音频信息输出以让人们可以听到，声卡和音箱组成了计算机的音频系统。

2.网络设备

网卡、Modem、交换机、集线器和路由器等组成了计算机的网络系统，使世界各地的计算机可以通过Internet连接起来。

3.软驱

软驱也是外部存储器的一种，曾经是组装计算机必备的部件之一。

但它所使用的存储介质——软盘由于保存的数据容易损坏，并且容量过小，已经被USB闪存盘所取代。

4.可移动存储设备

可移动存储设备包括USB闪存盘和移动硬盘，这类设备使用方便，即插即用，容量也能满足人们的需求，现在已成为计算机中必不可少的附属配件。

可移动存储设备大多使用USB接口，在流行的WindowsXP操作系统中不需要安装驱动程序就可以直接使用，因此深受不同层次用户的喜爱。

5.数码设备

数码设备包括数码相机、扫描仪和打印机等设备，尽管在配置计算机时属于可选设备，但是在信息化时代却有着广泛的应用。

数码相机已成为人们出门旅行的首选，扫描仪可以将普通图片以数字格式保存在电脑中，打印机则可将电脑中的文档、图片打印出来。

2.1CPU概述

CPU是CentralProcessingUnit的简称，又被称为中央处理器。

它是计算机的核心部件，任何一台计算机的运行都离不开CPU。

2.1.1CPU的作用

CPU在整个计算机系统中居于核心地位，是整个计算机系统的指令中枢。

它负责计算机系统指令的执行、逻辑运算以及数据存储、传送和输入/输出操作指令的控制。

可将CPU的内部结构分为控制单元、逻辑单元和存储单元三大部分。

各个部分虽然分工不同，但是合作紧密，使CPU具有强大的运算、处理和协调能力。

2.1.2CPU的发展

CPU从最初发展至今已经有三十多年的历史，按照其处理信息的字长，可以将CPU分为：

4位微处理器、8位微处理器、16位微处理器、32位微处理器以及正在推广的64位微处理器，可以说个人计算机的发展是随着CPU的发展而前进的。

下面将介绍CPU从诞生到现今的发展历程。

1.CPU的诞生

1971年Intel公司推出了世界上第一款微处理器4004，这是第一个可用于微型计算机的4位微处理器，它集成了2300个晶体管。

随后Intel又推出了8008微处理器。

到了1974年，8008发展成8080，成为第二代微处理器。

8080作为代替电子逻辑电路的器件被用于各种应用电路和设备中。

第二代微处理器均采用NMOS工艺，集成了约9000个晶体管，平均的指令执行时间为1µs～2µs，采用汇编语言、BASIC等语言编程，用于单用户操作系统。

2.16位微处理器时代

1978年Intel公司生产出了第一款16位微处理器8086，它是第三代微处理器的起点。

8086的最高主频速度为8MHz，具有16位数据通道，内存寻址能力为1MB。

同时Intel还生产出与之相配合的数学协处理器i8087，这两种芯片使用相互兼容的指令集。

这些指令集统一称为x86指令集。

Intel公司以后生产的CPU都兼容原来的x86指令。

1979年Intel公司开发出了8088微处理器。

8086和8088在芯片内部均采用16位数据传输，所以都称为16位微处理器。

8088的工作频率有6.66MHz，7.16MHz和8MHz几种，集成了大约29000个晶体管。

8086和8088问世后不久，Intel公司就开始对它们进行改进，更多的功能被集成在芯片上，这样就诞生了80186和80188微处理器。

1981年美国IBM公司将8088芯片用于研制的个人计算机（PC）中，个人计算机的概念开始在全世界范围内发展起来。

从8088应用到IBMPC机上开始，个人计算机开始走进了人们的工作和生活，它也标志着一个新时代的开始。

1982年Intel公司在8086的基础上，研制出了80286微处理器。

80286集成了大约130000个晶体管。

该微处理器的最大主频为20MHz。

80286支持更大的内存，它能够模拟内存空间，也能同时运行多个任务，从而提高了处理速度。

8086～80286这个时代是个人计算机起步的时代，当时在国内使用甚至见到过PC机的人很少，直到20世纪90年代初，国内才开始普及计算机。

3.32位微处理器时代

1985年春天，Intel公司已经成为了一流的芯片研制公司，10月17日Intel正式发布了划时代的产品——80386DX，该款CPU内部包含27.5万个晶体管，时钟频率为12.5MHz，后来逐步提高到20MHz，25MHz和33MHz，最后还有少量40MHz的产品。

80386DX的内部和外部数据总线是32位的，地址总线也是32位的，这标志着CPU进入了32位微处理器时代。

80386最经典的产品为80386DX-33MHz，一般我们说的80386就是指它。

由于32位微处理器的强大运算能力，PC的应用扩展到很多领域，如商业办公和计算、工程设计和计算、数据中心、个人娱乐等领域。

80386使32位CPU成为了PC工业的标准。

1989年，大家比较熟悉的80486芯片由Intel推出。

这款经过4年开发和3亿美元资金投入的芯片首次实破了100万个晶体管的界限，集成了120万个晶体管，使用1µm的制造工艺。

80486的时钟频率从25MHz逐步提高到33MHz，40MHz，50MHz。

80486的性能比带有80387数学协微处理器的80386DX性能提高了4倍。

1993年Intel公司推出了划时代的586，并将其命名为Pentium（奔腾）处理器，该款CPU集成了310万个晶体管。

从这款CPU开始，由于CPU的工作频率提高和大量晶体管的集成，造成了CPU的发热量上升，因此Intel首次为CPU配上了专用的散热风扇。

Pentium首次采用了RISC中的双流水线及超标量设计，可以让CPU并行处理两条机器语言指令。

1997年Intel公司在PentiumCPU内部集成了多媒体扩展指令，即MMX指令集，该指令集有57条多媒体指令，增强了图像、视频和音频等方面的效果，给用户带来了多媒体的享受。

同年，Intel公司又推出了Slot1接口的PentiumII处理器。

该款CPU内集成了32KB的L1Cache和512KB的L2Cache。

同时，还推出了PentiumII处理器的简化版本，没有L2Cache的Celeron（赛扬）处理器。

接着推出的CeleronA系列的CPU中，又集成了128KB的L2Cache，同时采用了Socket370的接口。

1999年，Intel公司推出了PentiumIII处理器。

PentiumIII处理器中新增了70条SSE扩展指令集，该指令集主要用于提高CPU的3D处理能力和影像效果。

PentiumIII处理器刚面世时采用Slot1接口。

后来经过改进，PentiumIII处理器采用了Socket370的接口和0.18µm的制造工艺。

同时进行改进的还有面向低端市场的具有128KB的L2高速缓存的CeleronII，后来Intel推出了Tualatin（图拉丁）核心系列的CPU，这是PentiumIII系列CPU的最后一款。

2000年Intel公司推出了新一代的CPU——Pentium4处理器，最先推出的Pentium4处理器采用Willamette核心制造，制造工艺为0.18µm。

2001年Intel又推出了Northwood核心的Pentium4处理器，采用了更先进的0.13µm制造工艺，新处理器采用了Socket478接口。

2003年Intel放弃了0.13µm工艺的Northwood核心的Pentium4处理器，改向0.09µm工艺的Prescott核心发展，它采用LGA775接口，处理器不再有“脚”了，取而代之的是一个个的触点。

4.64位微处理器时代

从CPU诞生到发展到32位都是由Intel公司独领风骚，不断发布具有里程碑意义的CPU产品，其他公司如AMD和VIA公司虽然也在不断努力，但是在和Intel的对抗中几乎每次都处于下风。

但是在个人计算机领域率先发布64位微处理器的却是潜心研究的AMD公司。

AMD公司在2003年发布了第一款应用于个人计算机的64位处理器——Athlon64。

Athlon64在支持64位代码的基础上提供了对32位和16位代码的良好兼容，有超过4GB的内存寻址能力，而传统的32位处理器最高仅支持4GB内存。

Athlon64内置了内存控制器，可以极大地降低数据的收发延迟，缩短读写请求的反应时间，处理器的性能也因此获得可观的提升。

AMD公司随后又推出了针对低端市场的Socket754接口的Sempron64处理器，这样AMD在高、中、低端市场都推出了相应的64位处理器。

而Intel公司直到2005年才推出了面向中端的6系列的64位CPU，此后又陆续推出了面向高端市场的8系列和面向低端市场的3系列的64位CPU，这才开始将CPU的产品线在整个市场进行普及。

所有的Intel64位CPU都采用LGA775接口、Prescott核心、0.09µm的制造工艺和拥有31级的流水线。

2.2CPU的性能指标

CPU的性能高低影响整台计算机系统处理数据的速度，下面将介绍一些和CPU相关的性能指标。

2.2.1CPU的频率

CPU的频率是指计算机运行时的工作频率，也叫做CPU的主频或CPU的时钟频率，CPU的频率表示CPU内部数字脉冲信号振荡的速度，代表了CPU的实际运算速度，单位是Hz。

CPU的频率越高，CPU在一个时钟周期内所能完成的指令数也就越多，CPU的运算速度也就越快。

CPU实际运行的频率与CPU的外频和倍频有关，其计算公式为：

CPU的实际频率＝外频×倍频。

下面将介绍与CPU频率相关的外频、倍频和前端总线频率的含义。

1.外频

外频即CPU的基准频率，是CPU与主板之间同步运行的速度。

外频速度高，CPU就可以同时接收更多的来自外围设备的数据，从而使整个系统的速度进一步提高。

2.倍频

倍频是CPU运行频率与系统外频之间差距的参数，也称为倍频系数，通常简称为倍频。

在相同的外频下，倍频越高，CPU的频率就越高。

3.前端总线频率

前端总线（FSB）频率（即总线频率）直接影响CPU与内存交换数据的速度。

数据传输的最大带宽取决于所有同时传输的数据宽度和总线频率。

这里有一个计算公式：

数据带宽＝（总线频率×数据位宽）/8，假设总线频率为100MHz，CPU的位宽为32位，则CPU与主板的数据交换速度为：

100MHz×32bit÷8bit/B=400MB/s。

2.2.2CPU的位和字长

在计算机中是以二进制进行数据的处理和运算的，数据的组成代码是“0”和“1”。

在计算机中把这样的一个代码叫1位（bit），如十进制数8换算成二进制数就是1000，其在计算机中被认为是4位。

但是由于位的单位太小，于是把每8位称为一个字节（Byte），即1字节＝8位（1Byte＝8bit）。

在计算机技术中，对CPU在单位时间内（同一时间）能一次处理的二进制数的位数叫字长。

所以能处理字长为8位数据的CPU通常就叫8位的CPU，同理，32位的CPU就能在单位时间内处理字长为32位的二进制数据。

2.2.3CPU的缓存——Cache

缓存（Cache）的作用是为CPU和内存在数据交换时提供一个高速的数据缓冲区。

当CPU要读取数据时，首先会在缓存中寻找，如果找到了则直接从缓存中读取，如果在缓存中未能找到，CPU才会从主内存中读取数据。

CPU缓存一般分为L1高速缓存和L2高速缓存。

1.L1高速缓存

L1高速缓存（也称为一级高速缓存、L1Cache）用于暂存部分指令和数据，以使CPU能迅速地得到所需要的数据。

L1高速缓存与CPU同步运行，其对CPU的性能影响较大，容量越大，性能也会越高。

2.L2高速缓存

L2高速缓存（也称为二级高速缓存、L2Cache）的容量和频率对CPU的性能影响也较大，它的作用就是为了协调CPU的运行速度与内存存取速度之间的差异。

L2高速缓存是CPU晶体管总数中占得最多的一个部分。

由于L2高速缓存的成本很高，因此L2高速缓存的容量大小一般用来作为高端和低端CPU产品的分界标准。

目前CPU的L2高速缓存有低至64KB，也有高达2MB的。

2.2.4CPU的内核和接口

CPU的内核是指CPU的核心，例如，Pentium4处理器的核心有Willamette，Northwood和Proscott。

AthlonXP有Palomino和Barton两种核心，不同核心的CPU的性能也不同。

CPU的接口是指CPU与主板之间的连接方式，CPU的接口根据CPU的核心的不同而不同，CPU诞生初期是直接焊接在主板上的，后来逐渐独立出来，也就有了各式各样的接口。

2.2.5CPU的制造工艺与封装技术

CPU的制造工艺直接关系到CPU的电气性能。

线路宽度越小，CPU的功耗和发热量就越低，并可以工作在更高的频率下。

目前Intel的主流产品的制造工艺技术已经达到0.09µm级别，而Intel在即将发布的新产品中将采用0.065µm技术生产芯片。

由于CPU制造完成后，它只是一块不到1cm2的硅晶片（或集成电路），还需要对其进行封装，并安装引脚（或叫做针）后才能插到主板上。

平常所说的Socket478，Socket939就是指引脚数。

封装技术是一种将集成电路用绝缘的塑料或陶瓷材料打包的技术。

封装CPU的材料一般有陶瓷封装和树脂封装两种。

2.2.6超线程

超线程（Hyper-Threading，简写为HT）是Intel为Pentium4专门设计的一项技术。

超线程是一种同步多线程执行技术，一款应用超线程技术的IntelCPU可在逻辑上被模拟成两个CPU，这样CPU可以充分利用空闲资源同时处理两个任务集，从而在相同时间内完成更多任务。

当计算机系统应用超线程技术后，可使整机性能提高25％以上。

2.2.7CPU的指令集

指令集是CPU用来计算和控制系统的命令，是与硬件电路相配合的一系列的指令。

指令集对提高CPU的效率具有重要的作用，是CPU性能的重要指标之一，目前指令集有Intel公司的MMX，SSE，SSE2，SSE3和AMD公司的3DNow!

等。

1.MMX指令集

MMX（MultiMediaExtensions，多媒体扩展）指令集是Intel公司在1996年推出的一项多媒体指令增强技术。

它包括57条多媒体指令，通过这些指令可以一次处理多个数据，甚至还可以在处理结果超过实际处理能力的时候也能进行正常处理。

无论是Intel还是AMD公司推出的CPU都支持该指令集，因此该指令集被看做是CPU的标准指令集。

2.SSE指令集

SSE（StreamingSIMDExtensions，单指令多数据流扩展）指令集是Intel公司在PentiumIII处理器中推出的，其主要作用是加速CPU的3D运算能力。

它包含了70条指令，其中包含提高3D图形运算效率的50条SIMD（单指令多数据技术）浮点运算指令、8条优化内存连续数据块传输指令和12条MMX整数运算增强指令。

这些指令对流行的图像处理、浮点运算、3D运算、视频处理和音频处理等诸多多媒体应用起到强化的作用。

3.SSE2指令集

SSE2（StreamingSIMDExtensions，单指令多数据流扩展）指令集是Intel公司在SSE指令集的基础上扩展而成的。

该指令集包括144条新的128位多媒体指令，它由SSE和MMX两个不同的部分所组成。

前者主要负责处理浮点数，后者则专门负责计算整数。

使用它们能够加快许多应用程序的运行。

4.SSE3指令集

SSE3（StreamingSIMDExtensions，单指令多数据流扩展）指令集是Intel公司在最新的Pentium4Prescott处理器中为了增强Pentium4CPU在多媒体方面的性能而新增加的一组指令集合。

SSE3指令集中包括一条专门针对视频解码的指令和两条针对线程处理的指令，不仅有助于增加IntelCPU的超线程功能的处理能力，而且支持更复杂的算术运算。

5.3DNow！

指令集

3DNow！

指令集广泛应用于AMD公司的K6-2，K6-3以及Athlon（K7）处理器中。

该指令集其实是21条机器码的扩展指令集，主要针对三维建模、坐标变换和效果渲染等三维应用场合。

在软件的配合下，可以大幅度提高3D处理性能。

在CPU的发展过程中，3DNow！

指令集是最早的三维指令集。

6.3DNow！

+指令集

3DNow！

+指令集在原有的指令集基础上，增加到52条指令，其中包含了部分SSE指令，该指令集主要用于新型的AMDCPU上。

2.3主流CPU产品介绍

CPU的产品数量很多，如果想购买到合适的CPU产品，首先要对市场上的CPU产品有所了解。

2.3.1知识讲解

1.IntelCPU

Intel的CPU一般分为主打的Pentium系列和面向低端市场的Celeron系列，另外还有面向服务器市场的至强处理器和面向笔记本电脑市场的迅驰处理器。

1）IntelPentium系列

IntelPentium系列一直是Intel公司的主打产品，现在Intel的主打产品是Pentium4系列。

Pentium4系列的CPU是目前Intel公司技术最先进、功能最强大的个人计算机CPU，从最初的0.18µm工艺的Willamette核心到0.09µm工艺的Prescott核心。

2）IntelCeleron系列

为了满足低端用户的需求，Intel将原Pentium处理器内核进行了简化——去掉一半全速二级缓存，这便是Celeron系列处理器。

由于二级缓存在处理器的制造中成本是最高的