计算机组装与测试--第1节

1、计算机组装与测试 张晓峰,第一节 系统结构与性能测试,本节主要内容 整机原理 体系结构（南北桥、QPI） CPU的性能指标及特点 主板与芯片组 微机常用的维修方法,1.1 微机系统概述 一、计算机的分类,1、按规模分: （速度、字长、主存容量） 巨型机(超级计算机)、大型机、中型机、小型机、 微机(单板机、单片机) 2、按用途分： 通用计算机、专用计算机（工控机） 3、按特殊功能分： 容错计算机（服务器）,CPU：8万颗（3.2万CPU，4.8万协处理器，212万个核心） 国产CPU：4096颗FT-1500，16核心 内存：1.4PB (其中375TB为协处理器独占） 硬盘： 12.4PB 浮点运算速度：每秒33.86千万亿次 操作系统：麒麟,运算1小时相当于13亿人同时计算1000年,“天河二号”超级计算机世界排名一,“天河一号”超级计算机系统,世界排名第5位 一秒计算量，相当于全国13亿人连续计算88年,“神威蓝光”超级计算机：2011年9月，速度约1千万亿次，由国产8704个申威1600微处理器构成，每处理器由16个64位核心组成，频率为0.975Ghz-1.2Ghz。主存储器

2、容量150TB， 液冷系统，能耗仅1.074兆瓦。而天河的功耗约为4兆瓦，美洲虎约为7兆瓦。,神威蓝光,超级计算机 TOP10 / TOP500,TOP 10:美国6 中国1 德国1 日本1 瑞士1 TOP500 ： 处 理 器：Intel 403 ，AMD 50 ， IBM 42 操作系统：Linux 97% Unix2.4% windos 2台 厂 家：惠普 182 IBM 176 国 家：美国 233 中国76 日本30 英国30 法国27 德国23 俄罗斯12,2013年4月 TIOBE公布 编程语言 排行榜,二、微机的分类,1.按产品系列分3类 IBM PC及其兼容机系列 （占市场份额最大） MACINTOSH （苹果机系列） PS/2 (IBM PC二代，占市场份额最小) 2.按规模分 台式机、便携机（笔记本电脑）、掌上型机等。 3.按微处理器的发展 IBM-PC（8088）、IBM PC/XT（8088）、80286、80386、80486、Pentium、P-Pro、P-MMX、P-、P-、P4（单核心）、Pentium D(双核心)、Core 2 Duo,其中： PC

3、 Personal Computer 个人计算机 XT Extended Technology 扩展技术 AT Advanced Technology 高级技术 IBM PC/XT：在IBM PC基础上,给微机增加 了一块10MB的硬盘。 IBM PC/AT: 80286以后的微机统称为AT 机，即 IMB PC/AT。,三、几个术语,1. 兼容 硬件兼容、 软件兼容 2. 原装机、兼容机 IBM PC-IBM兼容机（联想、HP）- 组装机 3. 开发环境（平台） 硬件环境、软件环境,1.2 微机的系统结构 一、IBM PC/XT机的原理,接 口,显卡,网卡,声卡,长城0520计算机 8088CPU,APPLE ,二、 ISA总线的体系结构（386微机）,80386 AT主板,三、PCI总线的体系结构（P、P4）,PCI-E总线,四、以南北桥芯片组为中心的架构,Core 2 ATX 主板,FSB（前端总线）瓶颈,CPU与芯片组之间的FSB总线成为系统瓶颈。 以1333MHz的FSB为例，所提供的带宽是： 1333MHz64bit/8 = 10.67GB/s 其与双通道的DDR2 667

4、正好匹配。 如果使用双通道的DDR2 800、DDR2 1066的内存，这时候FSB的带宽就小于内存的带宽。特别是DDR3内存的带宽可达32GB/s，FSB将无法提供支持，为此FSB必须被抛弃。,Hyper Transport(HT) 总线技术,CPU与内存传统数据交换形式：CPU-北桥-内存 缺点：延迟比较大 HT(超传输)技术：是AMD开发的芯片之间点到点的总线传输技术。将原本集成在北桥里的内存控制器集成到CPU内部，大大缩短了内存与CPU之间交换数据的延迟。 HT1.0在双向32bit模式的总线带宽为12.8GB/s。 2004年推出的HT2.0 带宽最高可达22.4GB/s。 最新的HT 3.0在2.6GHz频率32bit位宽的下，可提供高达41.6GB/s的总线宽。,QPI，即Quick Path Interconnect，快速通道互联 ，是一种点到点连接技术。 在intel高端的安腾处理器系统中，QPI高速互联方式使得CPU与CPU之间的峰值带宽可达96GB/s，峰值内存带宽可达34GB/s。 数据传输延迟减少50% CPU性能因架构的改变而比前代提升30%,QPI 总线技

5、术,QPI 架构,集成内存控制器,Core I7 架构,AMD Phenom 架构,Intel X58芯片组架构,X58芯片组主板,Core i3/i5,DMI、FDI总线,DMI是指Direct Media InterfaceI(直接媒体接口)。 它基于PCI-Express总线，因此具有PCI-E总线的优势。DMI实现了上行与下行各1GB/s的数据传输率，总带宽达到2GB/s。 FDI ： Flexible Display Interface：Intel适应性显示接口。Intel 5系芯片组出来后，创新性的采用了单芯片组（整合南北桥PCH）,集成显卡被内置到CPU中，显卡模块通过一条单独的FDI总线与主板芯片进行连接，取代了FSB总线，而显示核心与CPU交流发生在CPU的内部。,1.3 微机及其发展 一. IBM PC、IBM PC/XT,1. 1981年8月-IBM PC微机 准16位，主频4.77MHz，20位地址线，寻址能力1MB，平均速度65万次/秒 微机配置： 256-640KB内存，360KB双软驱，8位PC总线 2. 1983年- IBM PC/XT 相比IBM PC

6、增加了一个10MB硬盘，8位XT总线,二、80286微机,1984年8月推出，属IBM PC/AT（80286以上微机） 16位，片内集成了存储管理和虚地址结构。 地址总线扩展到24位，直接寻址16MB。提供1GB虚地址空间。 CPU有实地址、保护虚地址两种运行方式 支持多任务，主频最高为12MHz。 80286微机配置 20MB硬盘，1.2MB软驱，16位ISA标准总线,三、80386微机,1. 80386DX 32位，32位地址线，物理寻址4GB，虚拟寻址64TB 2. 微机配置 常见主频33MHZ，1M-4M内存，40M硬盘、1.44+1.2双软驱， 16位ISA标准总线 3.分化：IBM PS/2 32位，与PC不兼容，MCA总线,四、80486微机,1.微处理器- 1988年 32位数据和地址线，片内集成FPU， RISC技术，片内 8KB cache，片外L2 128KB（系统性能提升70%） 芯片内部设有时钟倍频器，从而降低了对外部输入频率的要求，提高了系统的稳定性 2.微机配置： 主频常见为66/80MHZ，8-16MB内存，420MB硬盘，（1.44MB+1.2MB）

7、双软驱， 总线采用：ISA、VESA(VL)、PCI,五、Pentium微机,1. Pentium 微处理器-1993年 32位，超标量（2）流水线，快速浮点单元，动态分枝预测，独立的指令cache和数据cache（降低了CACHE争用），L1 16KB P-Pro(高能奔腾)1995年,L1 32KB,超标量为3，同步捆绑式256KB L2 cache P-MMX(多能奔腾)1996年,改进的分支预测和增强流水线技术， L1 32KB, L2 cache 512KB 2.微机配置 主频常见为166/200MHZ，32-64MB内存，2.1GB硬盘 1.44MB单软.,六、Pentium-1997年,1.Pentium 是P-Pro的改进型，动态控制技术，双独立总线结构，32KB (16+16) L1 cache，捆绑式同步256KB L2 cache，SLOT插座，主频300-450MHZ 以上特点使Pentium 比P-Pro快1倍左右。 2. Celeron(赛扬)- 1998年 主频为266300MHz，无内置L2 cache（整体性能下降近14）。改进的Celeron在CPU

8、内部整合了128KB的L2 cache，与CPU同频工作，使CPU整数运算能力大大提高。,七、Pentium -2000年2月,Ll cache（32+32）KB ，L2 cache 512KB,八、Pentium 4-2000年11月,Pentium 4 1.6GHZ L1 20KB，L2 256KB Pentium 4 2.8GHz FSB 800MHZ,L1 20KB，L2 512KB Pentium 4 3.2GHz FSB 800MHZ,L1 16KB，L2 1MB Itanium 2 1.6 GHz ($4226) FSB 400MHZ L3 9MB,Pentium 4 CPU,九、Pentium D -2005年5月,执行单任务时，P-4和P-D没多大区别；执行多任务处理时，双核P-D的效率是P-4的1.3倍左右。,十、 Core 2 Duo -2006年7月,十一、 Core i7 处理器,Core i7 965比Core 2 QX965面积大,1.4 CPU的性能指标,1. CPU外频：即CPU总线频率，是由主板为CPU提供的基准 时钟频率。 2. 主频：即CPU的内

9、核的实际工作频率。以前，CPU的主频 与外频相等。从486 DX2以后，主频比外频高， 主频外频 倍频系数 3. 前端总线(FSB)频率（内存总线速度）：是 CPU与内存以及L2 Cache（仅指Socket 7主板）之间交换数据的工作时钟。它实际也标志着电脑的整体运行速度。,1.4 CPU的性能指标,4.扩展总线速度: 指微机系统中局部总线如VESA 或PCI总线接口卡的工作速度。 5.工作电压(Supply Voltage):CPU正常工作所需的电压。 早期CPU的工作电压一般为5V，随着CPU主频的提高，CPU工作电压在逐步下降，以解决发热过高的问题。 6. 地址总线宽度:决定CPU可以访问的物理内存的地址空间。对于486以上的微机系统，地址线的宽度为32位，即最大可直接访问4096 MB的物理空间。,1.4 CPU的性能指标,7.数据总线宽度:决定了CPU与内存以及输入/输出设备之间一 次数据传输的信息量。 8.内置协处理器:协助CPU完成复杂的数学运算（浮点运算）。如：CAD、3DMAX等软件就需要协处理器支持。 9.超标量:指在一个时钟周期内CPU可以执行一条以上的指令。 Pentium级以上CPU均具有超标量结构；而486以下的 CPU属于低标量结构。,1.4 CPU的性能指标,10. L1、L2 Cache的容量和速率： L1、L2 Cache的容量和工作速率对微机速度起关 键作用，L2 Cache主要提高运行2D图形处理较多的商业软件速度有显著作用。 11. 回写(Write Back)结构的高速缓存它对读和写操作均有效，速度较快。而采用写通(Write-through）结构的高速缓存，仅对读操作有效. 12. 多核心,附1： CPU中的指令集,1.INTEL 公司的MMX、SSE 、SSE2、SSE3 MMX(multi-media extension)：多媒体扩展指令集技术，采用SIMD(单指令多数据）技术，可对一条命令多个数据同时进行处理。 SSE(internet streaming SIMD extensions)：是MMX和3D Now!相结合的产物，

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