硬盘、软驱
显示器
打印机 音箱/耳机
声卡
插头和插座(I/O接口)
U盘、移动硬盘 光盘驱动器
2
2.3 PC机的主机
主板
1 音箱 5 CPU 2 调制解调器 6 键盘 3 麦克风 7 鼠标器 8 CD驱动器 3 4 内存条
9 软驱 12 I/O接口 10 硬盘驱动器 13 CRT显示器 11 打印机 14 扩展卡
13
2.3 PC机的主机
2.3.2 内存储器
14
2.3 PC机的主机
复习：内存与外存的关系及比较
①任务启动时，执行 该任务的程序和数据 将从外存成批传送到 内存 外存储器 ⑤任务完成后，将处 理得到的全部结果成 批传送到外存以长久 保存
指令1 指令2
程 序
指令k
指令n 数据1 数据2 数据m
内 存 储 器 ④将指令的运算处理 数 结果送回内存保存
Intel Core i7 16GB/s 处理器
DDR3内存条 DDR3内存条
PCI-E 3.0 x8 显卡
PCI-E 3.0 x8 显卡
8GB/s
8GB/s
FDI
DMI 2.0
1GB/s
Intel 高清晰音频 8 x PCI-E 2.0 x1 6 x SATA；eSATA Intel 硬盘阵列技术
当CPU需要从内存读(写)数据或
10 4
主存储器
0 4 8 12 1 5 9 13
主存中的部分信息复 制在cache存储器中
2 6 10 14
3 7 11 15
指令时，先检查cache中有没有， 若有，就直接从cache中读取，
而不用访问主存储器
21
2.3 PC主机的组成
教学参考：
如何提高cache的命中率？
2.3 PC主机的组成
2.3.1 主板、芯片组与BIOS 2.3.2 内存储器 2.3.3 I/O总线和I/O接口
台式PC的物理组成
台式PC 主机
机箱、电源
台 式 机
外部设备 输入设备
主板
芯片组 BIOS ROM CMOS
PCI插槽(I/O总线)
键盘 鼠标器 麦克风 摄像头
输出设备
CPU 内存条 显示卡 网卡 外存储器
2.3 PC机的主机
内存储器的分类及应用
内存由半导体存储器芯片组成，芯片有多种类型：
静态随机存取存储器SRAM
随机存取 存储器 (RAM)
（用作Cache存储器）
• 每个存储单元(cell)由6个晶体管组成 • 只要加上电，信息就能一直保持 • 对电器干扰相对不很敏感 • 比DRAM更快，也更贵
166MHz
200MHz 233MHz 250MHz 266MHz
800MHz
933MHz 1000MHz 1066MHz
19
2.3 PC机的主机
100,000,000 10,000,000 1,000,000
存储器与CPU速度差距愈来愈大
Disk seek time DRAM access time SRAM access time CPU cycle time Disk seek time
2.3 PC机的主机
教学参考：
DDR内存条的类型、速率及相关参数
DDR
时钟频率=100MHz 总线频率=100MHz 传输频率=200MHz
DDR2
时钟频率=100MHz 总线频率=200MHz 传输频率=400MHz
存储单元 阵列
缓冲器 内存条 类型
DDR2-400 DDR3-800 DDR2-533 DDR3-1066 DDR2-667 DDR3-1333 DDR2-800 DDR3-1600 DDR3-1866 DDR3-2000 DDR3-2133
增大cache容量 采用多级cache技术(2级或3级等) cache中采用快速的查找算法，判定是否命中 不能命中时，采用有效的算法将读入的内容替换
cache中暂时不使用的内容
编译器优化目标程序 程序员写出cache-friendly的程序
22
2.3 PC主机的组成
小结：计算机存储器的层次结构
· · · · · · · · · · · ·
读/写控制信号 控制线
读写控制电路
11110 11111
主存是CPU可直接访问的存储器，用于存放供CPU处理的指令和数据
特点： 以字节为单位进行连续编址，每个存储单元为1个字节（8个二进位） 存储容量：主存储器中所包含的存储单元的总数（单位：MB或GB） 存取时间：从CPU送出内存单元的地址码开始，到主存读出数据并送到 CPU （或者是把CPU数据写入主存）所需要的时间（单位：ns，1 ns = 10-9 s）
(5个)
PS/2 接口 音频 端口 PCI-E x1 插槽 (2个)
7
PCI插槽 (3个)
独立显卡
2.3 PC机的主机
安装了CPU和内存条的主板
8
2.3 PC机的主机
(2) 芯片组的作用
CPU芯片
CPU前端总线 图形卡接口
北桥
MCH 双通道
DDR 2 DDR 2 音频Codec 电话Modem
存 储 器
支持3个显示器 10 x USB 2.0 4 x USB 3.0
Intel集成以太网 10/100/1000
PCH Z77 高速 芯片组
(每个) 6Gb/s
PCI-E x1SM bus 千兆以太网连接
Intel ME固件 与BIOS支持
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2.3 PC机的主机
(3) BIOS
什么是BIOS （Basic Input/Output System） ？ 中文名为“基本输入/输出系统”，它是存放在主板上 只读存储器（ROM）芯片中的一组机器语言程序 功能： 诊断计算机故障 启动计算机工作 控制基本外设的输入输出操作 ( 键盘、鼠标、磁盘读 写、屏幕显示等) BIOS 芯片 保存BIOS的只读存储器(ROM)芯片
硬盘接口(x2) 以太网接口 键盘 , 鼠标 , 软驱 , 并口,串口等 Super I/O
南桥
ICH5
PCI 插槽(≤6个) USB 2.0接口(x8) 电源管理、时钟生成
ROM BIOS
芯片组是PC机各组成部分相互连接和通信的枢纽

北桥芯片：
1. 存储器控制功能；2. 连接CPU、存储器、显卡、南桥芯片的枢纽
北桥 芯片
存储器插槽 电源连接器
主板的作用：安装所有的电子器件、电路与连接件 ROM BIOS：存放最基础的软件——基本输入/输出系统(BIOS)
CMOS存储器：存放硬件配置信息和系统基本参数（日期、时
间、口令等）
6
2.3 PC机的主机
例：华硕P8B75-V
(4个) 最大容量32GB Core i7/i5/i3
据
② CPU 从 内 存 中 逐 条 读 取该程 序的指令 及 相关的数据
CPU
③逐条执行 指令，按指 令要求完成 对数据的运 算和处理
外存储器(简称外存或辅存)
存取速度慢 成本低、容量很大 不与CPU直接连接，计算机运行程序

内存储器(简称内存或主存) 存取速度快 成本高、容量相对较小
DRAM, 硬盘与CPU 之间的速度差距愈来愈大：
100,000 100,000,000 10,000 10,000,000 1,000 1,000,000 100 100,000 10 10,000 1 1,000 0 100
ns
ns
10 1 0
1980
1985
19901995源自2000200517
2.3 PC机的主机
PC机主存储器的物理结构
主存储器由1～4个内存条组成 内存条的组成： 把若干片DRAM芯片焊装在一小条印制电路板上制成 内存条必须插在主板上的内存条插槽中才能使用
4个内存条插槽
目前流行的是DDR2和DDR3内存条：

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均采用双列直插式，其触点分布在内存条的两面 DDR2 和DDR3均有240个引脚，但不可互换使用 PC机主板中一般都配备有2个或4个内存条插槽
数据总线
存储单元 阵列
缓冲器 存储器总线 时钟频率
200MHz 400MHz 266MHz 533MHz 333MHz 666MHz 400MHz
数据总线
内存条 名称
PC2-3200 PC3-6400 PC2-4200 PC3-8500 PC2-5300 PC3-10600 PC2-6400 PC3-12800 PC3-14900 PC3-16000 PC3-17000
Year
1980 1985 1990 1995 2000 2005
DRAM access 问题：由于 CPU 工 time 作速度很快，内存 SRAM access time 速度比较慢（差1～ CPU cycle time 2个数量级），从内 存取数或向内存写 数时，CPU往往需 要等待
Year
20
存储器 时钟频率
100MHz
133MHz
每秒 传输次数
400MT 800MT 533MT 1066MT 667MT 1333MT 800MT 1600MT 1866MT 2000MT 2133MT
最大 传输速率
3.2 GB/s 6.4 GB/s 4.2 GB/s 8.5 GB/s 5.3 GB/s 10.6 GB/s 6.4 GB/s 12.8 GB/s 15GB 16GB 17GB
由于CPU芯片越来越复杂，功能越来强大（如 Core i3
/i5 / i7 ），有些已将北桥芯片的存储器控制器和图形控
制器功能集成在CPU芯片之中 ，因此主板上北桥芯片已