计算机系统硬件选型.docx
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计算机系统硬件选型
计算机系统部件的选型
计算机选型原则:
够用为度,留有余地,部件匹配,相互兼容,质量优先。
1.1 计算机系统的硬件配置
计算机系统的硬件标准配置包括主机、显示器、键盘、软硬盘驱动器等。
多媒体套件(如光驱、声卡、网卡、音箱等)也逐渐成为配置计算机系统的必然选择。
1.1.1主机单元
主机单元由主板、微处理器、内存条、外设接口卡等四大部分构成。
1.主板
主板是连通各部件的基本通道,控制着各部件之间的指令流和数据流,是硬件系统的核心部件,直接影响运行速度。
其性能取决于芯片组。
主板是一块四层及以上的印刷电路板,两外表面为信号通路,内层提供地线和电源线。
主板上装有CPU插座、内存插槽、软硬盘插口、总线扩展槽、COM口、键盘和鼠标接口等。
主板根据所安装CPU类型的不同有X86、奔腾(PentiumP1)、奔Ⅱ(P2)、奔Ⅲ(P3)、奔Ⅳ(P4)等系列主板。
2.微处理器CPU
微处理器CPU也称中央处理器,由运算器和控制器组成,是计算机系统中的核心器件,决定计算机的档次和性能。
常见的CPU类型有Intel和AMD两大类。
主频从25、…、66、…、300MHz、…、2.2GHz、…、3.06GHz、…。
CPU主频与主板的前端主频和工作主频不同。
主板的前端主频目前已达800MHz,而工作主频较低,多为66、100、133MHz等,所以CPU主频除以主板的工作主频为CPU的倍频。
随着CPU主频的提高,为降低功耗,工作电压从最早的5V,已降至1.2V,甚至更低。
3.内存条
内存Memory也称为存储器,如同CPU一样是计算机必不可少部件。
程序只有装入内存方可运行。
存储容量愈大,计算机的执行速度相对就快。
内存分为两类:
一类是RAM随机存储器,另一类是ROM只读存储器。
其中RAM又可分为两种,一种是DRAM动态随机存取存储器,另一种是SRAM静态随机存储器。
DRAM集成度高、结构简单、功耗低、生产成本低等,主要用于计算机的主存和显存。
而SRAM相对比较复杂、造价高、速度快,棸阌糜诟咚傩∪萘看娲⑵鰿ache。
常用内存有168线SDRAM和RDRRAMBUS、184线DDRSDRAM,单条容量已达512MB以上。
4.外设接口卡和功能卡
外设接口卡是外设与主机通讯的接口部件。
如显示卡、声卡、MODEM卡、网卡、多功能卡、USB卡、SCSI卡等。
另外,还有一些卡如防病毒卡、汉卡等,不是用来作为外设的硬接口,而是将软件做在了硬卡上,称为功能卡。
1.1.2外部设备
外部设备是指与主机连接的输入输出设备。
1.键盘
键盘是计算机必备的标准输入设备。
键位分为标准字符区、功能键区、编辑键区和小键盘区。
键盘常用的有101键(标准键盘)、104键、107键。
2.显示器
显示器是计算机重要的输出设备,其作用是显示输入的命令、数据和显示程序运行后输出。
常见的显示器有阴极射线管式和液晶式两种。
类型有MDA、CGA(4色)、EGA(16色)、VGA(256色)、SVGA(800×600)、TVGA(1024×768)、XGA(1024×768和1280×1024)。
屏幕尺寸有14、15、17、21in等。
点距有0.31、0.28、0.27、0.24、0.21等。
3.软盘驱动器
软盘驱动器是外部存储器。
广泛使用的软驱为3.5in,软盘容量有720K、1.44M、2.88MB,转速为300r/min。
另一种光磁盘容量为100~120MB。
4.硬盘驱动器
硬盘驱动器是计算机中必不可少的重要外部存储器。
大小有1.8、2.5和3.5in,硬盘容量已达200~300GB,转速为5400、7200、10000、15000r/min。
正朝着小体积、大容量、高速度、性价比更高和耐使方向发展。
5.光盘驱动器
光盘驱动器也是计算机的外存储器,用于读取光盘信息的装置。
存储媒体有只读光盘CDROM、一次刻录光盘CD-R、反复刻录光盘CD-RW。
6.打印机
打印机是计算机系统中常用的输出设备,可实现信息的文稿或图形输出。
常用的打印机有针式、喷墨、激光、热敏打印机等。
7.其他设备
(1)鼠标(Mouse)。
能方便地将光标定位,完成各种图形化操作,是计算机视窗操作中不可缺少的输入设备。
鼠标有两键、三键和带滚轮等。
(2)音箱。
计算机中有了声卡并不表示就可以欣赏美妙的音乐,声卡只是计算机发声的先决条件,还需要外接音箱才行。
常用音箱有无源音箱和有源音箱。
(3)扫描仪。
可以扫描文稿、图片和实物。
应有汉字识别(OCR)功能。
(4)绘图仪。
是一种可以绘制工程图纸的输出设备。
按图号可分为0、1、2号等和彩色、黑白绘图仪。
(5)移动存储器。
有移动式硬盘和U盘,U盘采用FLASHROM存储器,容量为16~256MB。
1.2CPU选型
CPU是整个计算机系统的核心。
它能够进行各种运算和指令分析,并产生相应的操作和控制信息。
CPU的性能可以代表计算的档次和水平。
1.2.1、CPU类型及主要参数
1.CPU的核心和封装方式
1)CPU的核心
CPU是一块矩形或正方形的超大规模集成电路。
CPU的核心是薄薄的硅单晶片。
硅片上密布着几十万个到上亿个晶体管,其中包括运算器、寄存器、控制器和总线等。
通过改进制造工艺和减小刻线宽度,如今线宽已减小到0.13μm以下。
线宽是指芯片上的最基本功能单元棗门电路的宽度,因为实际上门电路之间连线的宽度同门电路的宽度相同,线宽可以描述制造工艺。
缩小线宽意味着晶体管可以做得更小、更密集,可以降低芯片功耗,系统更稳定,CPU得以运行在更高的频率下。
2)CPU的封装
CPU的封装使处理器核心与空气隔离,避免污染物的侵害。
良好的封装设计还有助于芯片散热。
最常见的是PGA针栅阵列封装(图1-1),随者CPU的引脚数目也不断增多,演化出PPGA塑料针栅阵列封装(图1-2)和FC-PGA反转芯片针栅阵列封装(图1-3)。
FC-PGA封装是把以往“倒挂”在封装基片下的核心翻转180o,这样可以缩短连线,并可使散热器直接贴着芯片,便于散热。
后因易损坏芯片,改用FC-PGA2封装(图1-4),在芯片上再盖一个金属盖。
2.CPU类型及主要参数
1)CPU主要的性能指标及参数
(1)主频、倍频、外频。
CPU的主频(也称内频)指的是CPU的内部时钟频率,也就是CPU的工作频率。
主频越高,单位时间内完成的指令就越多,CPU的速度也越臁PU外频指的是系统总线的时钟频率,简称总线频率,即主板上芯片组对CPU和内存的运行时钟频率。
外频越高,CPU与外部Cache和内存之间的交换数据的速度越快。
倍频则是指CPU主频与外频的倍数。
(2)内存总线速度。
内存总线速度是指CPU和内存之间的通信速度。
(3)高速缓存Cache。
CPU内置了L1Cache和L2Cache,可以大大提高CPU的运行效率。
不过高速缓冲存储器均由静态RAM组成,结构较复杂,在CPU管芯面积不能太大的情况下,Cache容量不可能做得太大。
(4)工作电压。
工作电压指的是CPU正常工作所需的电压。
早期为5V,随着制造工艺与主频的提高,CPU的工作电压已降至1.2V以下,解决发热高的问题。
(5)地址总线宽度。
地址总线宽度决定了CPU可以访问的物理地址空间,就是CPU到底能够使用多大容量的内存。
386DX至P4的地址总线宽度位32位,可以访问的地址空间为4GB,地址总线宽度将发展到64位。
(6)数据总线宽度。
数据总线宽度是CPU可以同时传输的数据位数,分为内部数据总线宽度和外部数据总线宽度。
386DX和486DX内外数据总线宽度均为32位,586以上的CPU内部数据总线宽度为32位,外部数据总线宽度为64位。
位数越多,可以同时传送的字节越多,速度也越快。
(7)超标量。
超标量是指在一个时钟周期内CPU可以执行一条以上的指令。
只有Pentium级以上CPU才具有这种超标量结构。
2)Intel
71年,Intel推出第一款CPU4004,4位数据总线,2300个晶体管。
16针直插式封装,功能很弱,计算速度很慢,只能用在计算器上。
79年,8088(图1-5),数据总线内16位,外8位,20位地址总线,可寻址1MB内存。
主频4.77MHz,40针直插式封装,29000个晶体管。
81年用于计算机。
82年,80286(图1-6),数据总线内外均为16位,地址总线24位,可寻址16MB,主频20MHz,13.4万个晶体管。
85年,80386DX(图1-7),数据总线内外均为32位,地址总线32位,可寻址4GB,主频33MHz,27.5万个晶体管。
89年,又出了80386SX,内32,外16。
89年,486DX(图1-8),数据总线内外均为32位,主频100MHz,地址总线32位。
带80387协处理器和一个8kB的高速缓存,并出现倍频技术,125万个晶体管。
486SX无协处理器。
93年,586(Pentium、P54C)(图1-9),主频最大200MHz,总线频率66MHz,工作电压3.3V、刻线工艺0.8~0.35μm,310万个晶体管。
芯片面积191mm2,16kBL1Cache,Socket7架构。
95年,PentiumPro(高能奔腾)(图1-10),主频最大200MHz,总线66MHz,3.1~3.3V、0.5~0.35μm,550万个。
196mm2,16kBL1Cache,256kBL2Cache,Socket8。
因价高,故没有得到广泛使用。
97年,586MMX(P55C)(图1-11),主频最大233MHz,总线66MHz,2.8V、I/O3.3V,0.35μm,450万个。
128mm2,32kBL1Cache,Socket7,内增57条MMX指令。
97年,PⅡ(Klamath)(图1-12),主频最大333MHz,总线66MHz,2.8V、0.35μm,750万个。
130.9mm2,32kBL1Cache,CPU电路板上有512kBL2Cache,Slot1。
98年,PⅡ(Deschutes),主频最大450MHz,总线100MHz,2V,0.25μm,其余同上。
98年4月,Celeron(Covington)(图1-13),主频最大300MHz,总线66MHz,2V,0.25μm,750万个。
153.9mm2,32kBL1Cache,无L2Cache,Slot1。
98年8月,新Celeron(MondocinoPentiumII的内核)(图1-2),主频最大533MHz,总线66MHz,2V、0.25μm,900万个。
153.9mm2,32kBL1Cache,128kBL2Cache,Slot1和Socket370。
99年,PⅢ(Katmai)(图1-14),主频最大450MHz,总线100~133MHz,1.8V、0.25μm,950万个。
153.9mm2,FC-PGA封装,32kBL1Cache,512kBL2Cache,Slot1和Socket370。
2000年,PⅢ(Coppermine铜矿)(外形同图1-3),Intel的主打产品,主频最大1.5GHz,总线133MHz,1.6V、0.18um,2810万个。
106mm2,FC-PGA封装,32kBL1Cache,256kBL2全速ATC(AdvancedTransferCache,高级转移缓存),Socket370。
可以运行绝大部分软件。
2000年3月,CeleronⅡ(Coppermine内核)(外形同图1-3),主要为了填补奔腾2与奔腾3之间的空白地带,主频最大800MHz,66MHz,后新推出主频<1.1GHz,的100MHz外频,1.5~1.7V,0.18μm,FC-PGA封装,32kBL1Cache,128kBL2Cache,Socket370。
最大优势是价格便宜。
2000年11月,PⅣ(NetBurst架构)(外形同图1-4),主频最小1GHz以上,前端主频400MHz,外频100MHz,1.7V、0.13μm,4200万个。
217mm2,FC-PGA2封装,8kBL1Cache和256kBL2全速ATCCache均在CPU内,Socket478。
先期为Socket423,后被淘汰。
2001年末,PⅢCoppermine进一步改进制造工艺采用0.13μm制造,新版本Tualatin(图1-15)问世。
最初时钟频率是1.13/1.26GHz,内核集成512kBL2Cache,采用新的总线结构,封装结构采用FC-PGA2,Socket370。
2001年底Intel又推出了采用0.13μm的Northwoode(北木)核心P4(外形同图1-4)。
在2002年4月2日推出133MHz外频,533MHz前端总线频率(133×4)的P4,主频高达2.4GHz,随后又很快发布了2.53GHz,5500万个,Socket478。
2002年初,将PⅢTualatin核心引入赛扬Ⅲ(外形同图1-15),为FC-PGA2,0.13μm,主频为1~1.3GHz,100MHz外频,32kBL1Cache,256kBL2Cache,Socket370。
2002年6月,Willamette核心引入赛扬4(外形同图1-4),主频1.7GHz,艺0.18μm,同P4比较,只是二级缓存减少为256k,FC-PGA2,Socket478架构。
其他均一样。
2003年的Celeron采用Northwood核心,主频从2.2GHz到2.4GHz。
从PⅢ开始Intel就生产了PⅢ内核的致强Xeon服务器用CPU,而后又将PⅣ引入Xeon,XeonDP与MP也已问世(图1-16)。
2004年2月,英特尔公司推出基于90nm制造工艺生产的新型奔腾4处理器(先前代号为Prescott)(图1-17)。
继承了超线程(HT)技术的多任务处理能力,增强型英特尔NetBurst微架构、更大的1MB二级高速缓存以及13条新增指令。
800MHz前端主频,核心尺寸为112mm2,核心电压约1.2V,Socket478插座,1.25亿个晶体管,支持“Yamhill”技术(该技术可令处理器同时支持32及64位的操作系统)。
Intel声称下一代处理器Prescott将达到6.0GHZ的频率,同时启动0.065μm工艺,采用Socket755插座。
Itanium、Itanium2是Intel的64位处理器(图1-18),主频最低800MHz,128kBL1Cache,256kB~1024kBL2Cache、4MB全速片外L3Cache、EPIC技术和128位浮点寄存器,可同时执行多达20个操作,世界级的浮点性能(每秒最高可执行64亿次操作),能够直接寻址16TB,每秒可处理2.1GB。
Intel正在研发集成4个Itanium2CPU内核的超级巨无霸CPU,预计将集成10亿晶体管。
这种处理器将采用0.065μm制程,在2007年面世。
2002年9月28日,中国科学院计算技术研究所正式发布国内首枚高性能通用CPU芯片龙芯(Godson-1)。
采用0.18微米工艺制造,主频最高可达266MHZ。
2005年4月18日发布了性能相当于Intel“奔3”芯片、主频达到500M赫兹的“龙芯2号”通用芯片已在北京神州龙芯集成电路设计有限公司完成开发。
主频达到1GHz、0.13μm的“龙芯3号”也将于明后年面市。
支持DDR内存。
“龙芯3号”将是一款多核处理器,至少是四核产品。
3)AMD(美国超微半导体公司)
96年到99年,AMD生产了K5、K6、K6-2/3Dnow、K6-3,为Socket7。
99年,Athlon(K7)(图1-19),主频550MHz以上,总线200MHz,1.6V、120mm2,128kBL1Cache,CPU电路板上有512kB~8MBL2Cache,SlotA。
2000年4月,Duron(毒龙)(外型同图1-19),主频最大800MHz,总线100MHz,工作电压1.5V,工艺0.18μm,2500万个。
120mm2,128kBL1Cache,64kBL2Cache,SocketA(Socket462)
2000年,Thunderbird(雷鸟)(外型同图1-19),相当于PⅢ。
750MHz~1GHz,SocketA。
为了集成256kBL2Cache用去了近1500万个,总数为3700万个。
2001年10月AMD正式发布AthlonXP(外型同图1-19)。
266MHz前端(133×2),采用0.18μm铜连线,128kBL1Cache和256kBL2Cache,1.75V,128mm2,3750万个,SocketA。
AthlonXP系列处理器后缀的型号有1500+~3000+,与实际运行频率有以下关系:
实际主频=型号×2÷3+333
目前常见的Athlon有AthlonXP、Athlon4、AthlonMP三个版本。
由于AthlonXP、Athlon4、AthlonMP的接口均为462针插槽接口,外观极为相似。
AthlonXP为桌面版的CPU,Athlon4为移动版CPU,AthlonMP服务器版CPU。
2003年为了更好推出64位的计算平台,AMD针对不同的市场,分别推出Opteron、AthlonFX和Athlon64三种64位处理器。
核心代号ClawHammer的Athlon643400+(图1-20)采用0.13μm,1.59亿个,193mm2,采用Socket754,核心上有金属片。
128kBL1Cache,1MBL2Cache。
Athlon64FX(图1-21)具备双通道内存控制器,0.09μm,总线频率高达800MHz,分成Socket940和Socket939两种架构。
Opteron(图1-22)引脚为940个,采用1MBL2Cache,支持双通道ECC校验DDR400内存,Opteron主要应用于高端服务器等领域。
1.2.2CPU编号
1.PentiumⅣ和CeleronⅣ
编号格式为1.5GHz/256/400/1.75VSL5N8MALAYL132A677-0110
1.5GHz/256/400/1.75V:
工作频率/L2Cache容量kB/前端总线频率MHz/工作电压;
SL5N8MALAY:
编号和产地;L132A677-0110:
序列号
PⅢ、CeleronⅡ和CeleronⅢ以后也采用与PⅣ相同的编号方式。
2.AthlonXP和MP
编号格式为AX1800DMT3CAXDA3000DKV4DAMP1800DMS3C
AX或AXD:
AMDAAthlonXP产品系列;AMP:
AMDAthlonMP产品系列;1800、3000:
PR频率;D:
封装方式(D=OPGA,M=卡匣式,A=PGA,其他为TBD);M或K:
工作电压(S=L=1.5V,U=1.6V,P=1.7V,M=1.75V,N=1.8V);T:
工作温度(Q=60℃X=65℃,R=70℃,Y=75℃,T=90℃,S=95℃;3:
二级缓存容量(1=64kB,2=128kB,3=256kB,4=512kB);B:
最大总线频率(A和B=200MHz,C=266MHz,D=333MHz)。
三、CPU选购注意事项
1.根据需要定位
应选择适合自己的CPU。
以平面设计、计算机美术应用及3D设计为主的用户经常要用到AdobePhotoshop、CoreDraw和3DMAX或AutoCAD等大型软件,在执行渲染、滤镜、函数建模等操作中,需一块高性能CPU。
CPU一定要选配套风扇,否则因散热不良使计算机性能下降或死机。
2.芯片组选择
应根据CPU来考虑与芯片组、主板和内存等部件的配合。
CPU性能的发挥与其他部件尤其是芯片组有很大关系。
一般来说,英特尔的芯片组与其微处理器系列是最佳组合,而AMD的CPU则与VIA、SiS等芯片组配合则有上乘表现。
3.选购指南
要进行性能价格的比较分析,使性能价格比最高。
应尽量买成熟产品,因为成熟产品被返修的可能性很小,无论从技术上还是质量上,成熟产品还是较为可靠。
1.3 主板选型
主板是微机最基本的也是最重要的部件之一,主板的性能影响着整个微机系统的性能。
主板的类型和档次决定着整个微机系统的类型和档次。
主板各种部件如图1-23所示。
1.3.1主板结构与类型
1.主板结构
1)CPU插座
由于CPU的结构和形状、针脚数以及各个针脚的功能定义都不相同,因此,不同CPU使用不同的插座。
Intel公司推出的一种称为Socket的零插拔力ZIF的CPU插座,只要将拉杆扳起,CPU就可以轻轻地取下或装上。
如图1-24所示。
2)控制芯片组
控制芯片组是主板的灵魂,决定了主板的等级和性能。
CPU通过芯片组与内存、高速缓存、PCI卡、ISA卡、AGP卡、硬盘等外部设备进行通信。
一般为两个集成电路,接受CPU的指令、控制内存、总线和接口等。
芯片组通常分北桥芯片(负责CPU的总线即系统总线管理)和南桥芯片(负责其他总线的管理)。
北桥芯片连接CPU、内存等,南桥芯片连接其他部分。
3)主板供电电路
在主板电源插口和CPU插座附近有一些大容量电解电容、大功率稳压管、滤波线圈和稳压集成块等,共同组成了主板的电源部分。
其性能好坏影响主板工作的稳定性。
4)内存插槽
目前主板上用来固定内存条的插槽为DIMM槽。
DIMM内存条安装时要垂直地将内存插入插座,取下时要扳开两边的卡子,内存就会被抬出插座。
5)AGP(AcceleratedGraphicsPort,图形加速端口)插槽
是主板上靠近CPU插座的褐色插槽,通过专用的AGP总线直接与北桥芯片相连。
将显卡与主板的芯片组、内存直接相连进行点对点传输,拥有高速频宽特点。
6)PCI(PeripheralComponentInterconnect,外部设备互联端口)插槽
是最常用的主板插槽(白色),声卡、网卡和SCSI卡都采用此接口。
7)ISA(IndustryStandardArchitecture,工业标准架构端口)插槽
为黑色插槽,这是最古老的主板插槽,它的工作频率最低,只有8MHz。
Intel公司已经在PC99规范中将此插槽彻底取消。
8)AMR(Audio/ModemRiser,声音/调制解调端口)插槽
可插入声卡或Modem卡,棕色插槽。
位置一般在AGP插槽旁边。
9)CNR(CommunicationNetworkingRiser,通信网络端口)插槽
可插入专用Modem卡和网卡。
还能建立专用的家庭电话网络(HomePNA),以及支持10/100MB局域网功能。
位置一般在PCI插槽旁边。
棕色插槽。
10)ACR(AdvancedCommunicationRiser,先进通讯接口)插槽
ACR标准接口的最大优势是完全兼容传统的AMR卡,
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