第1章 系统概述.docx

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第1章系统概述

第1章微型机系统概述

第1节微型计算机的发展

1.早期微型计算机

2.IBM-PC机及各种兼容机

3.高性能微型机

第2节微型机系统的基本组成

微型机系统由硬件和软件两部分组成。

如图1-1所示

1. 主机系统

主机系统通常包括机箱、电源、主机板、软盘驱动器、硬盘驱动器、光盘驱动器等。

各种卡件是插接在主机的扩展槽上，以解决各种数据的输入输出问题，常用的卡件有声卡、显卡和视频卡等。

（1） 机箱

机箱作为计算机主机的外壳，它既是微型机系统部件安装架，同时还是整个系统的散热和保护设施。

机箱按其外型可分为卧式机箱和立式机箱如图1-2所示。

（2）电源

（2）电源是计算机主机的动力核心，它担负着向计算机中所有部件提供电能的重任。

目前计算机中所使用的电源均为开关电源。

（3）主板

主板又称为主机板、系统板等，是安装在机箱内最大的一块多层印刷电路板。

主板上一般安装有CPU、内存、各种板卡的扩展插槽，以及相关的控制芯片组，它将微型机的各主要部件紧密联系在一起，是整个系统的枢纽。

（4）CPU

CPU也称为微处理器，是整个微型机系统的核心。

随着超大规模集成电路制造技术的发展，CPU的主频越来越高（目前已达到3.06GHz以上），在其中所集成的电子元件越来越多，功能也越来越强大。

（5） 内存

内存是指中央处理器（CPU）能够直接访问的存储器，又称为主存储器、主存。

由于内存直接与CPU进行数据交换，因此内存都采用速度较快的半导体存储器作为存储介质。

168线SDRAM与184线DDRSDRAM内存条

（6）   显卡

显卡又称为显示卡，它的主要作用是将CPU送来的影像数据，处理成显示器可以接受的格式，再送到显示屏上形成影像

（7） 声卡

声卡也称之为声音卡、音频卡、音效卡等。

声卡是微型机系统中用于声音媒体的输入、输出、编辑处理的专用的扩展卡。

（8）视频卡

视频卡是微型机系统中用于对视频进行采集，播放处理的部件。

（9）软盘驱动器

软盘驱动器是计算机的标准外部存贮器，有时可以用来启动微型机系统。

由于其盘片的可换性和可携带性，还可以用来传递、备份一些比较小文件。

但面对日益庞大的数据文件，容量小、速度慢的1.44MB软盘驱动器显示出很大的局限性，越来越不适应微型机的需要。

目前1.44MB软盘驱动器作为微型机标准配置尚可维持一段时间

（10）硬盘驱动器

硬盘驱动器简称硬盘，由于采用了温切斯特技术（Winchester）所以又称为温盘，它是微型机最重要的外部存贮部件，操作系统及安装在微型机中的各种软件和数据都保存在硬盘上。

随着计算机技术的发展，硬盘无论速度和容量都有了飞速的发展，如今大容量，高速硬盘已成为微型机的基本配置。

（11）CD-ROM驱动器

CD-ROM是CompactDisc-ReadOnlyMemory的缩写，是一种只

读光盘驱动设备，简称光驱它是采用光学方式的读出装置，其存贮

信息的光盘具有标准化、大容量、检索方便，信息保存时间长，价

格低廉的特点，可同时有效地各种信息，光驱已成为微型机不可缺

少的配置。

2. 外部设备

微型机系统的外部设备，除了常用的人-机交互设备，如显示器、打印机、键盘、鼠标、扫描仪等之外，还包括视频输入设备，以及音频输入输出设备，如，如摄像机、话筒、音箱、和MIDI设备等。

（1）显示器

显示器是微型机与用户沟通的窗口，是微型机必备的外部设备。

目前，最常见的显示器就是阴极射线（CRT）显示器，这也是几十年来显示器家族中的主力成员。

现17寸的纯平显示器已经成为市场的主流。

经过多年的发展，现在液晶显示器的技术已经比较成熟，液晶显示器与普通CRT显示器相比，屏幕尺寸更大，体积却小得多，也更加美观。

另外，由于液晶显示器的可视区域是平面的，因此，可视范围比同尺寸的CRT显示器大得多。

一般来说，一台15寸的液晶显示器可提供和普通17寸显示器相当的可视面积。

液晶显示器的图形更清晰，不存在刷新频率和画面闪烁的问题。

（2）打印机

打印机是多媒体微型机系统重要外围输出设备之一，可以把在计算机上设计的文档实实在在地打印成令人赏心悦目的印刷品。

目前常用的打印机类型有：

针式打印机、喷墨打印机和激光打印机。

（3）键盘

键盘是微型机最重要的外部输入设备之一。

最初的键盘为84键，后来出现

了101键的键盘，在Win95出现以后，104键的键盘又出现了，它和101键的键盘

相比，多了几个快捷键，用来快速调用Win95里的菜单。

微软的Windows98流行

后，市场上又出现了一种108键的“Win98”键盘，区别是多了Win98的功能键：

Power、Sleep和WakeUp。

（4）鼠标

鼠标是微型机系统中的一种辅助输入设备，它可增强或代替键盘上的光标移动键和其他键（如回车键）的功能，使用鼠标可在屏幕上更快速、更准确地移动和定位光标，并可点击相应的命令使其执行。

（5）扫描仪

扫描仪是除键盘和鼠标之外被广泛应用于微型机的输入设备，扫描仪

使用光源照射被扫描物，利用光电转换原理，将被扫描物上的图形转换

成为数字信号输入微型机。

（6）音箱

在微型机系统中，音箱已是不可缺少的设备。

声卡只提供对音频信号的处理能力，而要让微型机能输出声音，音箱则是关键设备。

（7）上网设备

调制解调器，俗称作“猫”，是使微型机系统的信息能在电话网和互连网

上传输，而使用的信号变换器。

Modem可分为外置式、内置式两类。

外置式又称为台式Modem，是一台独立的设备，使用电缆通过

RS-232接口与主机相连；

内置式又称为卡式Modem，是一件专门的扩展卡，插在微机的

扩展槽中使用，具有通用Modem的功能。

第3节微型机系统的硬件资源管理

微型机系统中往往要使用多种系统卡件和I/O设备，这些卡件和设备一般都

要占用系统的IRQ中断、I/O地址和DMA通道。

然而微型机系统的硬件资源是有限

的，因此避免IRQ、I/O地址和DMA通道的冲突，是硬件安装和维护的十分重要的

问题。

本节将较详细的介绍I/O地址、IRQ中断请求、及DMA通道的基本概念、使

用及它们之间的关系。

1.中断请求

中断是一种使CPU中止正在执行的程序而转去处理其它事件的操作，是计算

机与外部设备通信的一般方式。

在微型机上一般有16个IRQ地址，即IRQ0-IRQ15

然而一些作为基本计算机功能已被系统占用。

2.DMA通道

DMA（DirectMemoryAccess）是“直接内存访问”之意。

主机系统与外部设备

之间交换信息是计算机最重要和最频繁的工作之一，特别是对微型机系统来说，

由于输入/输出数据量十分浩大，其输入/输出能力的大小和速度的高低，是决定

整个系统性能的最重要因素。

3.I/O地址

I/O地址又称为设备地址、口地址。

系统卡件和外部设备与CPU之间的通信，

就是通过这个地址来实现的。

第4节微型机配置的一般原则

1.配置与用途相适应

2.总体配置的先进性和合理性

3.兼容性或可扩充性

4.性能价格比

5.售后服务

第2章计算机主板

2.1主板结构标准

2.2主板内部插槽

2.3外部设备接口

2.4主板总线

2.5主板芯片组

2.6主板跳线

2.7主板技术

2.8主板选购

2.9主板故障分析与排除

第2章计算机主板

计算机主板是计算机系统管理硬件的核心载体。

它既是连接各个部件的物理通路，也是各部件之间数据传输的逻辑通路。

计算机在运行时对系统内的部件和外部设备的控制都必须通过主板来实现，同时计算机整体运行速度和稳定性也在很大程度上取决于主板的性能。

2.1主板结构标准

主板的结构标准是指主板上各元器件的布局排列方式和主板的尺寸大小及形状。

不同结构之间的差别主要包括尺寸大小和形状、元器件的布局、所使用的电源规格等。

2.1.1ATX结构

ATX主板是目前最常见的主板结构，它是Intel公司在1995年7月提出的。

ATX主板有如下特点：

1．空间增加。

2．提供标准的I/O面板插座。

3．硬盘/软盘接口电路设计在主板的边缘，提高了传输数据的速度。

4．内存条插槽移至主板中间，避免了与硬盘、软盘线挤在一起，内存条更换也更加方便。

5．使用20针的电源插座。

6．支持网络唤醒、Modem开机、键盘开机、定时开关机等功能。

7．支持硬件监视（HardwareMonitoring）功能。

8．高级电源配置接口ACPI（AdvancedConfigurationPowerInterface）功能。

9．STR（SuspendtoRAM）技术。

2.1.2MicroATX结构

MicroATX结构与ATX结构基本相同，只是减少了部分扩展槽，最多支持四个扩展槽，所以习惯上又称MicroATX结构主板为小板。

通常MicroATX结构的主板价格便宜，但扩充性不如ATX结构好。

2.1.3NLX结构

　NLX结构的主板将强电、扩展槽等部分从原主板上分离出来，单独设置在一块扩展板上，这样就大大提高了主板的可靠性，减少了信号传输中的干扰和衰减，提高了数据传输的速度和质量。

NLX结构的主板由底板和扩展板两个部分组成。

如果你的计算机使用的是卧式机箱的话，扩展板将竖插在底板上，而像显卡之类的接口卡则水平插在扩展板上。

而对于立式机箱，扩展板将横插在底板上。

其它结构

2.1.41．AT结构。

、

2．FlexATX结构。

3．LPX结构。

2.2主板内部插槽

2.2.1CPU插槽

在主板上有一个白色正方形、布满插孔的插座就是CPU的插槽。

不同类型的CPU使用的CPU插槽结构是不一样的，例如现在流行CeleronCPU使用的是Socket370插槽，而P4CPU使用的Socket478插槽。

2.2.2内存插槽

在主板上的内存插槽是细长的棕黑色插槽。

目前内存条插槽有DIMM和RIMM两种类型。

2.2.3AMR和CNR插槽

2.2.4红外线端口IrDa

　红外线端口通讯最大的优点就是简单方便，不需连线即可传输数据，数据传输速度能达到4Mbps，具有较好的保密功能。

主板红外线接口为用户使用遥控器、无线鼠标等无线传输设备奠定了基础。

使用红外线接口通讯时需安装红外线接口连接器，设置主板上的CMOS红外线接口参数，安装系统软件和协议等。

2.2.5其它插座

标准ATX主板配有20芯双排长方形电源插座和一字排开的三针CUP风扇的电源插座。

20芯电源插座一般都放在靠近主板的边上，而CUP风扇的电源插座有时放在主板的中间，有时放在靠近主板的边上。

对于P4主板还有另一组12V四方型插座。

主板上还安装有面板信号灯插座，以便用户用来观察计算机工作状态。

例如电源指示灯，硬盘工作灯等。

2.3外部设备接口

2.3.1IDE接口

IDE接口是用来连接IDE设备用的，一般靠近主板边缘，通常主板上有两个IDE接口，在主板上分别用IDE1和IDE2表示。

每个接口分别可以连接一个主设备（Master）和（Slaver）一个从设置，所以一般主板都可以连接四个IDE设备。

IDE接口中有40根针，插座中间有一个小的缺口，该缺口具有防反插和定位的作用，使用IDE数据线时，只有把接头上有箭头状突起边对准这个缺口才能插入。

2.3.2软驱接口

软驱接口是用来连接软驱用的，软驱接口中有34根针，在软驱接口旁边标有FDC或FDD字样，它的结构和IDE接口几乎完全相同。

通常情况下，硬盘数据线和软盘数据线上标有红色标记的为1号数据线。

2.3.3串行接口

目前大多数主板都提供了两个9针D型RS-232C异步串行通讯型接口，分别为COM1、COM2或COMA、COMB。

串行接口作用是用来连接串行鼠标、外置调制解调器、绘图仪等设备的。

2.3.4并行接口

并行接口一般用来连接打印机或扫描仪。

并口的工作模式主要有三种：

1．SPP（SingleParallelPort）标准工作模式。

2．EPP（EnhancedParallelPort）增强型工作模式。

3．ECP（EnhancedCapabilitiesPort）扩充型工作模式。

注意，并口的工作模式可在CMOS参数中进行设置，其工作模式要和打印机

的工作模式一致，否则打印机无法使用。

2.3.5USB接口

1．USB2.0规范的主要优点

（1）速度快

（2）连接简单快捷（3）无需外接电源（4）统一输入\输出接口标准（5）支持多设备连接（6）具有高保真音频。

（7）良好的兼容性。

2．USB设备连接

　USB电缆分为屏蔽型和非屏蔽型两种，我们通常使用的大多数都是非屏蔽型的USB电缆。

下行端口用于连接主机或USBHub扩展端口，上行端口用于连接具体的USB设备。

USB设备的供电通常有两种方式。

一种是设备电源由主机的USB接口直接供应。

这种设备大多是耗电量不大的纯电路类产品，如USB接口的Modem、USB接口的鼠标等；另一种USB设备需要单独供电，这类设备通常都是机电一体的装置，如USB接口的打印机等。

因为这些设备的机械传动部分需要大功率的电源才能驱动，而计算机主板的USB端口只能提供500mA的电流。

3．USB规范的组成

　USB规范由5个部分组成，它们分别是控制器、控制器驱动程序、USB芯片驱动程序、USB设备和针对不同设备的设备驱动程序。

4．USB规范4种不同的数据传输方式：

　按照设备对系统资源需求的不同，USB规范规定了4种不同的数据传输方式。

（1）控制方式传送

（2）同步方式传送（3）中断方式传送（4）批量方式传送

2.3.6IEEE1394接口

IEEE1394接口也是一种新型高效、高速的串行接口，通常将IEEE1394接口称为“火线”接口。

IEEE1394接口使用六芯电缆，包括两对双绞线信号线和两根电源线。

目前IEEE1394接口传输速率最高可达到1.6Gbps，适合连接高速的设备，如数码相机等。

它的最大传输电流可达1.5A，传输数据的直流电压可以在8到40v之间变换。

IEEE1394接口的互操作性和控制性能得到较大的改善，提高了系统管理能力，比如在系统重新启动后能够以更快的速度对总线进行重新配置。

2.3.7PS/2接口

PS/2接口仅能用于连接键盘和鼠标，如图2-8所示。

PS/2接口来源与IBM公司曾推出的IBMPS/2计算机，虽然IBMPS/2计算机已被淘汰，但PS/2接口却被保留下来，被后来计算机所使用。

PS/2接口最大好处就是不占用串口资源。

一般情况下，主板都配有两个PS/2接口，上为鼠标接口，下为键盘接口，鼠标的接口为绿色，键盘的接口为紫色。

PS/2接口使用6脚母插座，1脚为键盘/鼠标信号，3脚为地线，4脚为+5V电源，5脚为键盘/鼠标时钟信号，2脚和6脚空。

2.3.8游戏接口/音频接口

游戏接口用于声卡的MIDI接口和游戏杆（Joystick）接口，可连接各种MIDI设备。

在连接MIDI设备时需要向声卡的制造商购买一条MIDI转接线，包括两个圆形的5针MIDI接口和一个游戏杆接口，由于它们的信号是分离的，所以游戏杆和MIDI设备可以同时使用。

现在很多主板将声卡集成在主板上，因此主板上提供了音频接口，其中LineOut接口是用来连接扬声器或耳机的，Linein接口用来与外接CD播放器、磁带播放器或其它音频设备连接，MIC接口是用来与话筒相连的。

2.4主板总线

总线就是联接计算机中各部件的一组物理信号线及相关的控制电路，是计算机各部件之间传输信息的通道，它好比连接计算机系统各个部件之间的桥梁。

一般来说，总线大致可以分为系统总线、外部总线和内部总线三类。

决定总线性能的主要有总线时钟频率和总线宽度，总线数据传输速率或总线带宽是指在总线上每秒钟传输的最大字节数（MB/S）。

它们的相关计算公式为：

数据传输速率=总线时钟频率×总线宽度/8

2.4.1ISA总线

ISA总线又称“工业标准结构”（ISA-IndustryStandardArchitecture）总线。

ISA总线是总线的元老，ISA总线数据宽度只有16位，时钟频率为8.3MHz，数据传输率只有16MB/S。

ISA总线的主要缺点是不能动态地分配系统资源，CPU占用率高，插卡的数量亦有限。

ISA总线已被。

2.4.2PCI总线

PCI（PeripheralComponentInterconnect）总线，又称外部设备互连总线。

PCI总线或插槽是目前主板上最常见的，也是最多的插槽了，现在所有的主板都有它的踪影。

PCI总线定义了32位数据总线，工作频率为33MHz，同时支持10个外部设备。

在PCI总线V2.2规范中，可扩展为64位，工作频率为66MHz。

PCI总线是一种不依附于某个具体处理器的局部总线。

当PCI总线是32位、工作频率为33MHz时数据传输率为132MB/S；当PCI总线是64位、工作频率66MHz时数据传输率可达到528MB/S。

PCI总线插槽每边有62线，共124线，由于扩展卡定位挡片占据了4个位置，所以实际有120个触点。

64位的PCI总线插槽是在32位的PCI插槽基础上进行延长，每边增加32线，共增加64线。

PCI总线插槽分为5V供电电源和3.3V供电电源两种，如图2-1和2-2所示。

2.4.3PCI-X总线

PCI-X总线可使用32位/64位宽度的总线，其工作频率提升到133MHz，允许的最大带宽达1066MB/S。

PCI-X总线具有如下特点：

1．PCI-X总线允许目标设备仅与单个PCI-X设备间进行数据交换，提高了目标设备与PCI-X设备间进行数据交换的速度。

2．如果PCI-X总线设备没有任何数据传送，总线会自动将PCI-X设备暂停，以减少PCI设备间的等待时间。

3．PCI-X总线有可变的工作频率。

目前PCI-X总线可以支持66/100/133MHz三种频率，而在未来，它还将提供更多的频率支持。

2.4.4AGP总线

AGP（AcceleratedGraphicsPort）图形加速端口是在PCI总线基础上专门针对3D图形处理开发的高性能总线，AGP直接与主板的北桥芯片相连，让视频处理器与系统主内存直接相连，即在使用AGP芯片的显示卡与主存之间建立专用通道，使3D图形数据直接传送到主存，而不需要经过PCI总线。

这避免了经过窄带宽的PCI总线而形成系统瓶颈的现象，增加3D图形数据传输速度。

AGP接口的发展经历了AGP1×、AGP2×、AGPPro，AGP4×、AGP8×等阶段。

AGP1×总线数据宽度为32位，工作频率为33MHz，并利用时钟的上升沿和下降沿同时传输数据，数据传输率可达264MB/s。

AGP2×总线数据宽度仍为32bit位，工作频率66MHz，数据传输率可达528MB/s，比AGP1×快一倍。

同样AGP4×数据传输率可达1GB/s，而AGP×8数据传输率高达2GB/s。

目前常用的AGP接口有AGP4×、AGP8×及AGPPro接口，AGP扩展槽通常是棕色，其位置通常在主板的中间，一般主板上只有一个AGP扩展槽。

AGPPro插槽用来解决显示卡供电电源不足的问题。

当前的AGP插槽最大能向显示卡提供25W的功率，而AGPPro插槽结构能够向显示卡提供50W，甚至是110W的功率。

AGPPro插槽在结构上做了较大的改进，其长度要比普通的AGP插槽要长近一半，以保障AGP显卡拥有足够的工作电流，有效地保障了显卡的稳定性。

AGPPro插槽完全向下兼容，即普通的AGP显卡可以插在AGPPro插槽上，但AGPPro的显卡不能在普通的AGP插槽上使用。

AGPPro技术又规定了与附近PCI插槽的距离，按照严格的标准规定，对于AGPPro50（50W）显示卡需要在附近空出1根PCI插槽的位置，而对于AGPPro110（110W）显示卡则需要在附近空出2根PCI插槽的位置，以便AGPPro显示卡散热。

2.5主板芯片组

1．i845主板芯片组

Intel公司把主板芯片不同功能的器件分成两个部分，这两个部分称为南桥芯片（SouthBridgeChip）和北桥芯片（NorthBridgeChip），通常将南桥芯片和北桥芯片统称为主板芯片组。

从i845G主板芯片组图中我们可以知道：

南桥芯片（i82801DB，ICH4）主要负责管理PCI、USB总线、IDE接口、网卡、BIOS以及其它周边设备的数据传输；

而北桥芯片（i845G，GMCH）主要负责管理CPU、AGP总线以及内存之间的数据传输等功能。

2．i875主板芯片组

Intel公司推出了前端总线FSB为800MHz的主板芯片组i875P，它支持在处理器外频为200MHz时，P4处理器前端总线提高到800MHz，处理器的带宽提高到6.4Gb/S，支持AGP8x等。

对应的南桥芯片ICH5R（Intel82801ER）提供对SerialATA、RAID等功能支持。

该芯片组主要特点是支持性能加速技术PAT（PerformanceAccelerationTechnology）、双通道DDR（DualDDR）技术，支持传输流架构CSA（CommunicationStreamingArchitecture）。

3．北桥连接技术

目前南北桥连接技术主要有如下四种：

（1）Intel公司采用HubArchitecture（Hub架构）。

（2）威胜（VIA）公司推出的8位V—Link总线。

（3）矽统（SiS）公司采用MuTIoL技术。

（4）AMD公司推出的HyperTransport技术。

2.6主板跳线

主板上的跳线实际是一组用来改变主板电路工作状态的开关。

主板上常见跳线开关有如下几种：

1．清除开机口令跳线。

2．BIOS升级跳线。

3．系统总线频率跳线和CPU工作电压跳线。

2.7主板技术

1．防病毒技术：

如防BIOS写入保护功能，在BIOS中固化反CIH病毒程序等。

2．免跳线技术“：

通过BIOS程序或其它软件改变主板上的参数，而不需要打开机箱了。

3．温控监测技术：

采用温度检测和系统散热管理功能，用以防止过热而影响系统速度，或烧坏关键部件。

。

4、其它技术：

主板设计人性化，语音诊断技术

2.8主板选购

主板作为计算机的核心部件，起着连接计算机各主要部件的作用，主板犹如一座高楼大厦的主体结构，再好的CPU、内存条也要靠主板支持才能发挥出其优势。

1．注意主板的芯片组

芯片组决定着一块主板的主要性能，对系统的发挥起着关键的作用。

2．注意主板的制造工艺

检查主板质量可从以下几方面入手：

（1）主板是否全新。

（2）主板做工要精细。

（3）结构布局要合理，要利于散热。

（4）主板还应配有主板驱动程序以及印刷质量精美、解释详细的使用说明书。

（5）完善的售后服务体系。

3．注意主板的可扩展性

如果希望主板能最大限度地支持未来的硬件设备，最好的方法就是选购采用了最新芯片组的主板。

4．注意整合型主板

5．注意主板BIOS功能

2.9主板故障分析与排除

故障现象1：

在一块P4主板上安装Windo