簡介現代微型計算機的組成結構

我們在辦公室或許多業務處理場所，一般都能見到現代微型計算機（PC機）的使用場景，作為一個Linux運維工程師角色，你一般都有打開過主機機箱的經驗，見到如下圖。

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本節，重點了解硬件組成，主要是其中的主板、CPU、內存、硬盤及I/O等硬件。

一、主板

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對照上圖，已經看到了一塊主板主要由線路板和它上面的各種元器件組成。先認識下常見的主要元器件（如表一）

表一：

序號	元器件名	序號	元器件名	序號	元器件名
1	線路板	7	ATA接口	13	網卡芯片
2	CPU插座	8	軟驅接口	14	IDE陣列芯片
3	芯片組	9	電源插口	15	頻率發生器芯片
4	內存插槽	10	BIOS及電池	?	?
5	PCI總線插槽	11	I/O控制芯片及外部接口	?	?
6	AGP總線插槽	12	聲卡芯片	?	?

1、線路板（亦稱PCB印制板）

線路板實際是采用銅箔走線，由幾層樹脂材料粘合在一起的印制電路板。一般分有四層，最上和最下的兩層是信號層，中間兩層是接地層和電源層，將接地和電源層放在中間。而一些質量要求較高的6~8層或更多。

主板制作過程如下：繪出在PCB板上零件間+聯機的布線、用粘劑壓合，進行接插元器件所需的鉆孔與電鍍，在孔璧內部作金屬處理，讓內部的各層線路能夠彼此連接，最后將芯片和各種元器件“焊接上去，這樣過程就制造出一塊成品的主板來。

2、CPU插座

CPU插座就是主板上安裝處理器的地方。CPU需要通過某個接口與主板連接的才能進行工作。CPU經過這么多年的發展，采用的接口方式有引腳式、卡式、觸點式、針腳式等。CPU接口類型不同，在插孔數、體積、形狀都有變化，所以不能互相接插。主流的CPU插座主要有Socket370、Socket 478、Socket 423和Socket A幾種。

依序為Intel CPU插槽Socket478、LGA 775和LGA 1366 CPU插槽, 用觸點連接方式代替針腳式接口。CPU工作邏輯結構圖：

3、芯片組

芯片組(Chipset)是主板的核心組成部分，它是與處理器保持同步的。芯片組是主機板的靈魂與核心,芯片組性能的優劣,決定了主機板性能的好壞與級別的高低。按照在主板上的排列位置的不同，通常分為北橋芯片和南橋芯片。

intel北橋系列有: intel82810E; intel82815EP; intel82845; intel82845D; intel82845E;intel82845G; intel82865PE; intel875P; intel915P; intel925P; intel955.

Intel南橋系列有Intel82801BA；Intel82801AA；Intel82801DB；Intel82801EB；Intel82801FR；IntelICH7R等。

南北橋芯片組的工作邏輯原理圖：

北橋另一個重點是存貯器控制器，直接決定支持的存貯器種類和時脈，時脈的部分，就是由CPU的外頻，乘上北橋里控制器內附的比值，計算出存貯器時脈。比如 CPU的外頻是266，北橋設置的比值是1:1.5，那存貯器的真實時脈就會是266x1.5=400MHz，DDR之后就是800MHz。

南橋主要負責支持鍵盤控制器,USB接口,實時鐘控制器,數據傳遞方式和高級電源管理,南橋芯片損壞后的現象也多為不亮,某些外圍設備不能用。

芯片分類	圖片	作用
北橋芯片 如：???????????? 82875P(Intel) KT400(VIA)????????????????????????????????????????????????????????????	????????離處理器近的一塊芯片,主要負責用于與CPU、內存和AGP視頻接口之間的通信。
南橋芯片 如: ICH5(Intel) VT8235(VIA)	離????處理器比較遠,主要用來管理低、中速的組件，如PCI總線、ATA、SATA硬盤接口、LAN 、USB端口等。

4、內存插槽

主板上用來安裝內存的地方。目前常見的內存插槽為SDRAM內存、DDR內存插槽。

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用不同顏色區分就更加方便用戶配置雙通道，只需要將兩條完全一樣的DDR內存插入到同一顏色的內存插槽中即可。現在幾乎所有支持雙通道內存的主板都采用這樣的顏色標注方法。

5、PCI插槽及總線

PCI插槽的作用：它為顯卡、聲卡、網卡、電視卡、MODEM等設備提供了連接接口。它是由Intel公司推出的一種局部總線。PC機上的系統總線又可分為ISA、EISA、MCA、VESA、PCI、AGP等多種標準。

總線就是連接多個功能部件的一組公共信號線，一般由數據總線、地址總線、控制總線組成。

數據總線：由雙方向的多根信號線組成，CPU可以沿這些線從主存或外設讀入數據，也可以沿這些線向主存或外設送出數據。是外部設備和總線主控設備之間進行數據傳送的數據通道。

地址總線：單方向的多根信號線組成，用于CPU向主存、外設傳輸地址信息的通道。

控制總線：專供各種控制信號傳遞的通道，傳輸的是控制信息，包括CPU送出的控制命令和主存/外設反饋給CPU的狀態信號。總線操作的各項功能都是由控制總線完成的。

總線工作邏輯結構圖：

內部總線：I2C總線 、SPI總線 、SCI總線等；

系統總線：ISA總線、EISA總線、VESA總線 、PCI總線、AGP總線等；

外部總線：RS-232-C總線、RS-485總線、IEEE-488總線、USB總線等。

ISA總線：

ISA總線的主要特點和性能指標:8位ISA擴展I/O插槽由62個引腳組成，用于8位的插卡；8/16位的擴展插槽除了具有一個8位62線的連接器外，還有一個附加的36線連接器，這種擴展I/O插槽既可支持8位的插卡，也可支持16位插卡。

PCI總線：

目前該總線可分為PCI１.0和PCI 2.0。PCI1.0為32位總線，時鐘頻率33MHz，總線最大傳輸率132MB/S，而PCI 2.0為64位總線，時鐘頻率66MHz，最大傳輸率264MB/S。其特點：在CPU和外設之間插入了一個復雜的管理層，以協調數據傳輸并提供總線接口。

微型總線接口：

在筆記本電腦中，由于空間的限制采用一種專用的微型總線接口——PCMCIA，主要是應用于網卡、Modem板卡之類，與其它設備連接的話（如電話線、網線等），都需要一條轉接線。

6、AGP總線及插槽

AGP總線接口，它是專門從PCI接口中分離出來的，獨立直接與主板的北橋芯片相連，避免經過窄帶寬的PCI總線而形成系統瓶頸，只有圖像數據才能通過AGP端口，使用了更高的總線頻率（66MHz），它擁有很高的傳輸速率，主要針對圖形顯示方面進行優化，專門用于圖形顯示卡。AGP插槽通常都是棕色。

AGP圖形加速端口是專供3D加速卡(3D顯卡)使用的接口。AGP接口主要可分為AGP1X/2X/PRO/4X/8X等類型。現在有 AGP4×的顯示卡（例如Savage4），它的最大理論數據傳輸率將達到1056MB/s。

最新的接口標準，那就是PCI-Express。PICExpress的接口根據總線位寬不同而有所差異，包括PIC X1、X4、X8、X16、X32、幾種模式（X2模式將用于內部接口而不是插槽模式），而且較短的PCI Express 卡可以插入較長的PCI Express插槽中使用。

另外，在規范中PCI Express總線接口支持熱拔插。用于取代AGP總線接口規范的PCE Express*16接口帶寬為5GB/s，即使排除編碼上的損耗也依然能達到4GB/s左右的實際帶寬，也遠遠超過了AGP 8X的2.1GB/s的帶寬。

7、ATA接口

ATA接口是用來連接硬盤和光驅等設備而設的。主流的IDE接口有ATA33/66/100/133。

ATA33又稱Ultra DMA/33，它是一種由Intel公司制定的同步DMA協定，具備33MB/S的傳輸速度。ATA66/100/133則是在Ultra DMA/33的基礎上發展起來，具備66M/S、100M/S、133M/S的傳輸速度。

Serial ATA即串行ATA插槽，它是一種完全不同于并行ATA的新型硬盤接口類型，它用來支持SATA接口的硬盤，傳輸率可達150MB/S，300M/S（SATA II）。

SATA工作邏輯結構圖

8、軟驅接口

驅接口共有34根針腳，用來連接軟盤驅動器的。

9、電源插口

電源插座主要有ATX電源插座，采用20口的防插反設計

10、BIOS及RTC電路

BIOS(BASIC INPUT/OUTPUT SYSTEM)基本輸入輸出系統，是一塊儲存了系統設備信息設置和裝入了系統啟動和開機上電自檢程序的EPROM或EEPROM集成芯片。

實際上它是被固化在計算機ROM(只讀存儲器)芯片上的一組程序，為計算機提供最低級的、最直接的硬件控制與支持。如日期、時間、磁盤數量與型號、內存數量等，系統將這些信息存儲在某個可讀/寫RAM芯片上，而這個芯片是以CMOS半導體生產的，因此便稱為“CMOS”。

??? 目前市面上較流行的主板BIOS主要有AwardBIOS、AMI BIOS、Phoenix BIOS三種類型。除此而外，在BIOS芯片附近一般還需要有一塊電池組件，它為BIOS提供了啟動時需要的電流。

RTC電路：RTC即實時鐘控制電路,它主要分為3個部分,一個是晶體(32.768KHZ)電路,一部分為供電電路,一部分是集成在南橋內部,它的作用是保存系統時鐘和CMOS設置。

BIOS工作邏輯結構圖

例如進入AWARD BIOS程序：開啟計算機或重新啟動計算機后，在屏幕顯示“Waiting……”時，按下“Del”鍵就可以進入CMOS的設置界面。進入后可以用方向鍵移動光標選擇CMOS設置界面上的選項，然后按Enter進入子菜單，用ESC鍵來返回父菜單，用PAGE UP和PAGE DOWN鍵來選擇具體選項，F10鍵保留并退出BIOS設置。

11、I/O控制芯片及外部接口

在微型計算機系統中，數據總線上傳送的數據更新速度很快，由于內存儲器相對于外設屬高速設備，且數據也是二進制形式，所以，通常直接與系統總線相連，而外設則由于低速，一般還是模擬量等原因，通常不能直接相連，必須隔離，這個工作由I/O接口擔當。

常見的I/O控制芯片有華邦電子(WINBOND)的W83627HF、W83627THF系列，ITE等。

I/O控制芯片(輸入/輸出控制芯片)提供負責軟驅口，鍵盤，鼠標，串口，并口的數據傳輸，以及CPU風扇等的管理與支持。常見的對應外部接口設備，如下圖：

“4”號位置	鍵盤和鼠標接口，綠色的這個接口為鼠標接口，而紫色的這個為鍵盤接口。
“5”號位置	并行接口，通常用于老式的并行打印機連接，正在被USB或IEEE 1394接口所取代。
“6”號位置	串行COM口，它主要是用于以前的扁口鼠標、Modem以及其它串口通信設備，它的不足之處也是數據傳輸速率低，也將被USB或IEEE 1394接口所取代。
“7”號 “9”號	串行接口（是USB接口），目前最新的標準是2.0版，理論傳輸速率可達480MB/s。目前如Modem、打印機、掃描儀、數碼相機等采用這種設備接口。
“8”號位置	IEEE 1394接口，目前最新版本仍為IEEE 1394 95a版，最高傳輸速率為400MB/s，但它的IEEE 1394 b版將達到1.6GB/s的傳輸速率。 它與USB類似，在一些高檔設備中應用普遍，如數碼相機、高檔掃描儀等。
“10”號位置	是指雙絞以太網線接口，也稱之為“RJ-45接口”。
“11”號位置	是指聲卡輸入/輸出接口，這也要在主板集成了聲卡后才提供的，不過現在的主板一般都集成聲卡，所以通常在主板上都可以看到這3個接口。

I/O接口芯片主要用來控制一些I/O接口功能設備的正常運行.分擔南橋所管理的一些外圍設備，減輕南橋的工作負荷，使南橋有更多時間處理其他數據請求，加速計算機運行。I/O IC一般采用+5V和+3.3V以及+3.3V的待機電壓供電。一般的I/O IC主要管理的外設有FDD、COM口、LPT頭等。

12、聲卡芯片

主板上集成的AC97聲卡芯片主要可分為軟聲卡和硬聲卡芯片兩種。所謂的AC'97硬聲卡，是在主板上集成了一個聲卡芯片(如創新CT5880和支持6聲道的CMI8738等)，這個聲卡芯片提供了獨立的聲音處理，最終輸出模擬的聲音信號。這種硬件聲卡芯片相對比軟聲卡在成本上貴了一些，但對CPU的占用很小。

聲卡芯片工作邏輯結構圖

13、網卡芯片

現在很多主板都集成了網卡。在主板上常見的整合網卡所選擇的芯片主要有10/100M的RealTek公司的8100(8139C/8139D芯片)系列芯片以及威盛網卡芯片等。一些中高端主板還另外板載有Intel、3COM、Alten和Broadcom的千兆網卡芯片等，如Intel的i82547EI、3COM 3C940等等。

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14、IDE陣列芯片

一些主板采用了額外的IDE陣列芯片提供對磁盤陣列的支持。例如Promise公司的PDC20276/20376系列芯片，SILICON公司的 SIL312ACT114芯片，均能提供支持0，1的RAID配置，具自動數據恢復功能。

? SIL312ACT114芯片?

15、頻率發生器芯片

頻率也可以稱為時鐘信號，頻率在主板的工作中起著決定性的作用。時鐘信號首先設定了一個基準（晶振:輸出基準14.318MHZ頻率），我們可以用它來確定其它信號的寬度，另外時鐘信號能夠保證收發數據雙方的同步。

主板電路由多個部分組成，每個部分完成不同的功能，而各個部分由于存在自己的獨立的傳輸協議、規范、標準，因此它們正常工作的時鐘頻率也有所不同，如CPU的FSB可達上百兆，I/O口的時鐘頻率為24MHz，USB的時鐘頻率為48MHz，因此這么多組的頻率輸出，不可能單獨設計，所以主板上都采用專用的頻率發生器芯片來控制。

時鐘控制IC輸出的各種頻率是由14.318MHZ晶振提供的基準振蕩頻率進行分頻和倍頻得到的,然后傳送到主機板上的各個設備,讓各個設備可以正常地運行。

?時鐘頻率發生器工作邏輯結構圖：

現時鐘生產廠商有如下幾種:RTM,ICS,CY等，主機板時鐘常見的型號有：

(1)ICS系列:950213AF,93725AF,950228BF,952607EF等。

(2)其它系列:W211BH;W83194BR,RTM560;RTM360等。

例如ICS 950224AF時鐘頻率發生器，是在I845PE/GE的主板上得到普遍采用時鐘頻率發生器。

該時鐘控制的主要信號：

(1)? 輸出AGP圖形卡需要的66MHZ時鐘頻率。

(2)? 一般情況下輸出33MHZ的PCI BUS時鐘。

(3)? 輸出南橋需要的33MHZ,24MHZ時鐘和控制USB的48MHZ的專用時鐘頻率。

(4)? 輸出BIOS需要的33MHZ的工作時鐘。

(5)? 輸出I/O需要的33MHZ,24MHZ或100MHZ工作時鐘頻率。

(6)? 輸出AC’97IC需要的24.576MHZ時鐘(有的則不需要時鐘控制IC供給,由自身24.576MHZ晶振提供)。

(7) 輸出PCIE設備需要的100MHZ時鐘頻率。

(8) 輸出內存的頻率,依據芯片組不同。

(9)輸出CPU的頻率，隨CPU外頻的不同,如:100MHZ,133MHZ,166MHZ,200MHZ等。

注:只有VIA的芯片組才會用次時鐘IC為內存提供時鐘信號,其它的都一般由北橋為內存提供時鐘信號。

二、微處理器（CPU）

以下為各個寄存器的含義：

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早期第一臺計算機是1946年美國的ENIAC，它沒有處理器的概念。

第一片單片微處理器：Intel 4004　4位處理器?尋址空間4096字節

第一片8位微處理器：Intel 8008 、Intel8080 、Intel8085 8位處理器主頻0.1~5MHz尋址空間4096字節

第一代：Intel8086/8088? 16位處理器 主頻4.77MHz尋址空間1MB

第二代：Intel80286 ?16位處理器（地址線24位）? 主頻6MHz?? 尋址空間16MB

第三代：Intel 80386? 32位處理器（地址線32位）? 主頻16MHz?? 尋址空間4GB

第四代：Intel 80486? 32位處理器（地址線32位）? 主頻25MHz?? 尋址空間4GB，但是內部結構增加了數學協處理器和8KB容量的高速緩沖存儲器。

Intell公司還生產過80486的其他版本：

80486SX，工作頻率20MHz，不包含數學協處理器。

80486DX2，采用雙倍時鐘，內部執行速度達到66MHZ，內存存取速度為33MHz。

80486DX4，采用三倍時鐘，內部執行速度達到100MHZ，內存存取速度為33MHz。

第五代：Pentium系列

第一代Pentium處理器（以P5代稱，1993年）

采用0.8mm工藝技術，集成了310萬個晶體管，工作頻率為60MHz/66MHz。

第二代Pentium處理器（以P54C代稱，1994年）

采用0.6mm工藝，工作頻率為90MHz/100MHz。

第三代Pentium MMX（以P55C代稱1997年）

增加了57條多媒體指令，在體系結構上，Pentium在內核中采用了RISC技術，可以說它是CISC和RISC技術相結合的產物

第六代：P6，1996年開始，PentiiumPro、Pentiium II、Pentiium III，工作頻率為166MHz--1GHz,其中：P67，2000年開始，Pentiium IV(研發代號Willamette)（威廉斯塔得），時鐘頻率1..4GHz~2GHz，400MHz的前端總線。

Intel現在生產的CPU中，Pentium4、PentiumD、Celeron是面向PC?的，Xeon（至強）、XeonMP和Itanium（安騰）是面向工作站服務器的。其中Itanium是與其他CPU完全不同的64位CPU，設計時并沒有考慮用于現有的Windows應用。

Pentium4（Celeron）和Xeon（至強）最大差別是Xeon能構建多處理器系統，而P4不行。P4組建的系統中只能用一個CPU，Xeon可以用2塊CPU組建雙處理器系統，而XeonMP可以用4快以上的CPU組建系統。

多處理器系統可以用于3維圖形制作和動畫文件編輯等單處理器無法實現的高處理器速度應用，還可壹用于服務器中數據庫處理等高負荷高速度應用中。此外，P4用478針封裝，Xeon用604針封裝，而且支持它們的芯片組也不同，因而不能互換使用。

AMD也生產面向工作站和服務器的Athlom?MP處理器。其內部設計與Athlon?XP基本相同，但支持雙CPU。

此外，美國Sun公司的UltraSPARC和IBM公司的Power等CPU也是面向服務器，可以組成多處理器系統的CPU，但它們與Intel和AMD的CPU在軟件和硬件上都不兼容。

第七代：64位處理器P7（IA64體系結構），工作頻率為733MHz/800MHz，Ittaniium處理器的內部/外部數據總線及地址總線都是64位。

三、內存（主存儲器）

內存又稱主存，是CPU能直接尋址的存儲空間，由半導體器件制成，暫時存儲程序以及數據的地方。半導體的分類，如下圖：

比如當我們在使用WPS處理文稿時，當你在鍵盤上敲入字符時，它就被存入內存中，當你選擇存盤時，內存中的數據才會被存入硬（磁）盤。

內存模塊的工作原理

內存在PC系統中的映射圖

主存儲器分為三個主要部分：ＴＰＡ（臨時程序區）、系統區和XMS（擴展內存系統）。由PC中的微處理器類型決定是否存在擴展內存。

內存的組成邏輯結構，如下圖

?內存發展歷史，請看下面是對照表：

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內存標貼上的頻率是等效頻率！

四、硬盤（外存儲器）

用于存放大量且暫不用的數據或程序。一般說來，無論哪種硬盤，都是由盤片、磁頭、盤片主軸、控制電機、磁頭控制器、數據轉換器、接口、緩存等幾個部份組成。

按接口分類：IDE接口、SCSI接口、SATA接口、光釬通道

五、I/O端口

在普通Linux系統下通過查看/proc/ioports文件可以得到相關控制器或設備使用的I/O地址范圍。

[root@lamp01 ~]# cat /proc/ioports

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux入职基础-4.1_简介微型计算机的组成结构的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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