2021-08-11

什么是计算机

数字电子计算机（Electronic Digital Computer）
计算机是一种能按照事先存储的程序，自动地、高速地、精确地进行大量数值计算，并且具有记忆（存储）能力、逻辑判断能力和可靠性能的数字化信息处理能力的现代化智能电子设备。

计算机特点

• 计算精度高。由于计算机内部采用浮点数（也就是科学计数法）表示方法，而且计算机的字长从8位、16位增加到32位、64位甚至更长，从而使计算结果具有很高的精度
• 存储容量大。计算机具有内存储器和外存储器。内存储器用来存储正在运行的程序和数据，外存储器用来存储需要长期保存的数据
• 计算自动化。由于计算机可以存储程序，从而使得计算机可以在程序的控制下自动地完成各种操作，而无须人工干预。更重要的是，在机器内部可以快速地进行程序的逻辑选择，从而使全部计算过程实现真正的自动化
• 连接与网络化。计算机设置了各种接口，可以实现网络连接，从而方便地进行资源共享与信息交流
• 通用性强。各种系统软件和应用软件的迅速发展，不仅使计算机易于操作，而且大大扩展了计算机的功能，计算机不仅可以进行科学计算，还具有管理功能、模拟功能、控制功能、图形处理功能等

计算机分类

• 巨型计算机（Supercomputer）
  超级计算机 采用大规模并行处理的体系结构，通常包含数以千万计的CPU。它有极强的运算处理能力，运算速度达到每秒千万亿次运算
• 大型计算机（Mainframe）
  指速度快、存储容量大、通信连网功能完善、可靠性高、安全性好、有丰富的系统软件和应用软件的计算机，通常含有几十个甚至更多个CPU。它可以同时运行多个操作系统，因此不像是一台计算机而更像是多台虚拟机，因而可以替代多台普通的服务器
• 服务器（Server）
• 个人计算机（Personal Computer）
• 嵌入式计算机

计算机组成

运算器
控制器
存储器
输入设备
输出设备

指令与指令系统

操作码
用来告诉CPU需要执行哪一条指令或者这条指令要做的程序，该做的的事
地址码
指令所在位置

比特（bit）

二进位 比特只有两种状态0或1 可以表示数值 文字 符号 图像 声音
二进制数
进位计数制
二进制 01

1=0001 2=0010 3=0011 4=0100 5=0101 6=0110 7=0111 8=1000 9=1001
10=1010 11=1011 12=1100 13=1101 14=1110 15=1111 16=10000 17=10001 18=10010 19=10011
20=10100 21=10101 22=10110 23=10111 24=11000 25=11001 26=11010 27=11011 28=11100 29=11101
30=11110 31=11111 32=100000 33=100001 34=100010 35=100011 36=100100 37=100101 38=100110 39=100111
40=101000 41=101001 42=101010 43=101011 44=101100 45=101101 46=101110 47=101111 48=110000 49=110001
50=110010
60=111100
70=1000110
80=1010000
90=1011010
100=1100100

比特储存

储存1个比特需要2种稳定状态得器件 一半使用成为触发器得双稳态电路来完成
触发器有两个稳定状态，可分别用来表示0和1，在输入信号的作用下，可以记录1个比特。使用集成电路制成的触发器工作速度极快，其工作频率可达到GHz的水平（1GHz=109Hz）

传输

数据是可以传输的，数据也只有通过传输和交流才能发挥它的作用。在数字通信技术中，数据的传输是通过比特的传输来实现的。近距离传输比特时可以直接进行传输（如计算机读出或者写入移动硬盘中的文件，通过打印机打印某个文档的内容等），在远距离或者无线传输比特时，就需要用比特对载波进行调制，然后才能传输至目的地

逻辑电路

计算机是电子设备，计算机的硬件中需要使用许多功能电路，例如触发器、寄存器、计数器、译码器、比较器、半加器、全加器等。这些功能电路都是使用基本的逻辑电路经过逻辑组合而成，再把这些功能电路有机地集成起来，就可以组成一个完整的计算机硬件系统

基本逻辑运算

逻辑运算又称布尔运算，和普通代数运算一样也用字母表示变量，但变量的值只有“1”和“0”两种，所谓逻辑值“1”（表示“真”或“对”）和逻辑值“0”（表示“假”或“错”），代表两种相反的逻辑状态，在计算机中，可以用电位的高与低、脉冲的有或无来表示。在基本逻辑运算中，逻辑乘（“与”运算）用符号“AND”或“∧”表示；逻辑加（“或”运算）用符号“OR”或“∨”表示；逻辑非（“反”运算）用符号“NOT”或“-”表示

电路

逻辑门为计算机的各种功能电路提供了构件。电路是由多个逻辑门组合而成，可以执行算术运算、逻辑运算、存储数据等各种复杂操作。在电路中，一个逻辑门的输出通常作为另一个逻辑门（或多个逻辑门）的输入。

电子计算机由具有各种逻辑功能的逻辑部件组成，这些逻辑部件按其结构可分为两大类，一类是组合电路，输入值明确决定了输出；另一类是时序电路，它的输出是输入值和电路现有状态的函数。有了组合电路和时序电路，再进行合理的设计，就可以表示和实现逻辑代数的基本运算。

组合电路

把一个逻辑门的输出作为另一个逻辑门的输入，就可以把门组合成组合电路

时序电路

虽然组合电路能够很好地处理像加、减等这样的操作，但是要单独使用组合电路，使操作按照一定的顺序执行，需要串联起许多组合电路，而要通过硬件实现这种电路代价是很大的，并且灵活性也很差。为了实现一种有效而且灵活的操作序列，我们需要构造一种能够存储各种操作之间的信息的电路，我们称这种电路为时序电路
在数字电路理论中，时序电路是指电路任何时刻的稳态输出不仅取决于当前的输入，还与前一时刻输入形成的状态有关。也就是说时序电路一定有记忆功能的元件，如各种触发器，寄存器等。
时序电路与组合电路的区别如下。
时序电路具有记忆功能，它的输出不仅取决于当时的输入值，而且还与电路过去的状态有关。
组合电路在逻辑功能上的特点是任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入，与电路原来的状态无关。

触发器

触发器在计算机中可用于临时存储信息，每个触发器存储一个二进制位数据，若干触发器组合成一个寄存器，即可存储一组二进制数据（如一个整数、一个浮点数或一条指令等），这样的寄存器在CPU中有很多个。

集成电路及其发展

集成电路（Integrated Circuit，IC）是20世纪50年代后期至60年代发展起来的一种新型半导体器件。它是经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等半导体制造工艺，把构成具有一定功能的电路所需的半导体、电阻、电容等元件与它们之间的连接导线全部集成在一小块硅片（也称为芯片）上，其中内嵌了多个逻辑门，然后焊接封装在一个管壳内的电子器件中。其封装外壳有圆壳式、扁平式或双列直插式等多种形式。集成电路技术包括芯片制造技术与设计技术，主要体现在加工设备，加工工艺，封装测试，批量生产及设计创新的能力上。

计算机硬件子系统

一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统组成，没有配备任何软件的计算机称为裸机。硬件是计算机的物质基础，软件的运行最终都被转换为对硬件设备的操作，硬件系统的发展给软件系统提供了良好的开发环境

计算机硬件系统的基本组成

随着集成电路技术的成熟，处理器的运行速度和存储器的存储容量成倍增长，使得计算机的性能不断提高。然而，高质量的器件不是产生高性能计算机的唯一因素，如何设计和配置计算机系统使其具有更高的性能价格比，适应不同用户的要求，成为亟待解决的问题

计算机的体系结构

冯·诺依曼计算机主要由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成

运算器:是计算机对数据进行加工处理的部件，完成对二进制数的加、减、乘、除等基本运算，以及与、或、非等基本逻辑运算
控制器：用于控制计算机的各部件协调工作。控制器从内存中读取指令并根据该指令向有关部件发出控制命令
存储器：是计算机的记忆装置，用于存放程序和数据
输入设备：用于从外界将程序和数据输入计算机
输出设备：用于将计算机处理后的结果转换成外界能够识别和使用的数字、文字、图形、声音、电压等形式的信息并输出

冯·诺依曼体系结构的主要特征是

存储程序 数据和操作数的指令在逻辑上是一致的，而且它们都存储在计算机的存储器中
处理与存储独立 处理信息的部件（运算器和控制器）独立于存储信息的部件（存储器）

计算机主机

计算机主机是指计算机硬件系统中用于放置主板及其他主要部件的容器。计算机主机通常包括CPU、内存、硬盘、光驱、电源，以及其他输入/输出控制器和接口，如USB控制器、显卡、网卡、声卡等。位于主机箱内的部件通常称为内设，而位于主机箱之外的部件通常称为外设（如显示器、键盘、鼠标、外接硬盘、外接光驱等）

CPU的结构与性能

CPU是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心和控制核心。CPU所有组成部分被制作在一块面积仅为几平方厘米的半导体芯片上，体积很小，因此也常称为微处理器（Microprocessor）
CPU主要包括运算器（Arithmetic Logical Unit，ALU）和控制器（Control Unit，CU）两大部件。此外，还包括若干个寄存器和高速缓冲存储器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线。CPU与内部存储器和输入/输出设备合称为电子计算机三大核心部件

程序执行过程

要用计算机求解某个特定问题，必须事先编写程序，告诉计算机需要做什么，按什么步骤去做，有序地指令集合构成程序。每个程序最终在计算机上执行时采用的都是用机器语言编写的指令，机器语言指令是内置在计算机电路中的指令，固化在计算机的硬件中，每一条指令的操作码规定了处理器可以执行的一个非常低级的操作

在计算机系统中，硬件和软件的结合点是计算机指令系统，计算机硬件系统最终只能执行由机器指令组成的程序，所以任何程序必须转换成计算机的硬件系统能够执行的一系列指令，才能够被执行。

程序在执行时首先被装入内存，CPU负责从内存中逐条取出指令，分析识别指令然后执行指令，指令的执行过程构成了一个“读取—译码—执行”周期，称为机器周期

指令与指令系统

指令是构成程序的基本单位。指令采用二进位表示，它用来规定计算机执行什么操作。大多数情况下，指令由两个部分组成

操作码：指计算机执行某种操作的一个命令词（例如，加、减、乘、除、逻辑加、逻辑乘、取数、存数等）的二进制代码

操作数地址：指该指令所操作（处理）的数据或者数据所在位置。操作数地址可能是1个、2个甚至3个，这需要由操作码决定
尽管计算机可以运行非常复杂的程序完成多种多样的功能，然而，任何复杂程序的运行总是由CPU一条一条地执行指令来完成的。CPU执行每一条指令都还要分成若干步，每一步仅仅完成一个或几个非常简单的操作（称为微操作）。

每一种CPU都有它自己独特的一组指令。CPU所能执行的全部指令称为该CPU的指令系统。通常，指令系统中有数以百计的不同的指令，它们分成许多类，例如，在Core 2处理器中共有七大类指令，即数据传送类、算术运算类、逻辑运算类、移位操作类、位（位串）操作类、控制转移类、输入/输出类。每一类指令（如数据传送类、算术运算类）又按照操作数的性质（如整数、实数）、长度（16位、32位、64位、128位等）等区分为许多不同的指令

不同公司的cpu有各自的指令系统 未必兼容

CPU的主要性能指标

一般来说，CPU的主要性能指标基本上反映出了它所配置的计算机的整体性能，因此CPU的性能指标十分重要

主频、外频和倍频

主频也叫时钟频率（Clock Speed），表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度，单位是MHz、GHz等，它与CPU实际的运算能力并没有直接关系。一般来说，主频越高，一个时钟周期里面完成的指令数也越多，CPU的速度也就越快

CPU的外频为CPU与周边设备传输数据的频率，通常为系统总线的工作频率，具体是指CPU到芯片组之间的总线速度，单位也是MHz

倍频是指CPU主频与外频之间的相对比例关系

通常所说的超频（Over Clock）简单来说就是人为提高CPU的外频或倍频，使之运行频率得到大幅提升，即CPU超频

前端总线频率

前端总线（Front Side Bus，FSB）频率（即总线频率）是将CPU连接到北桥芯片的总线频率。计算机的前端总线频率是由CPU和北桥芯片（北桥芯片负责联系内存、显卡等数据吞吐量大的部件）共同决定的。因此，它的大小直接影响CPU与内存直接数据交换速度

数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率，即数据带宽＝（总线频率×数据位宽）÷8。例如，100MHz外频是指数字脉冲信号在每秒钟震荡一千万次，而100MHz前端总线指的是每秒钟CPU（64位）可接受的数据传输量。

100MHz×64bit=6400Mbit/s=800MByte/s（1Byte=8bit）。

外频与前端总线（FSB）的区别：前端总线的速度指的是数据传输的速度，外频是CPU与主板之间同步运行的速度

位和字长

位：在数字电路和计算机技术中采用二进制，代码只有“0”和“1”，其中无论是“0”或是“1”，在CPU中都是一“位”。字长：CPU中整数寄存器和定点运算器的宽度（即二进制整数运算的维数）。由于存储器地址是整数，整数运算是定点运算器完成的，因而定点运算器的宽度也就大体决定了地址码长度的多少。地址码的长度又决定了CPU可访问的存储空间的最大空间，是影响CPU的一个重要因素。字长的长度是不固定的，对于不同的CPU、字长的长度也不一样。多年来个人计算机使用的CPU大多是32位机和64位机。

缓存

CPU缓存（Cache Memory）大小也是CPU的重要指标之一，是位于CPU与内存之间的临时存储器，它的容量比内存小得多但是交换速度却比内存要快得多。缓存的出现主要是为了解决CPU运算速度与内存读写速度不匹配的矛盾，因为CPU运算速度要比内存读写速度快很多，这样会使CPU花费很长时间读取数据或把数据写入内存。在缓存中的数据是内存中的一小部分，但这一小部分是短时间内CPU即将访问的，当CPU调用大量数据时，就可避开内存直接从缓存中调用，从而加快读取速度

Cache（一级缓存）是CPU第一层高速缓存，分为数据缓存和指令缓存。内置的L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大，不过高速缓存均由静态RAM组成，结构较复杂，在CPU管芯面积不能太大的情况下，L1级高速缓存的容量不可能做得太大。一般服务器CPU的L1缓存的容量通常在32～256KB。

Cache（二级缓存）是CPU的第二层高速缓存，分内部和外部两种芯片。内部的芯片二级缓存运行速度与主频相同，而外部的二级缓存则只有主频的一半。L2高速缓存容量也会影响CPU的性能，原则是越大越好，现在家庭用计算机的CPU容量最大的是512KB，而服务器和工作站上的CPU的L2高速缓存高达256KB～1MB，有的高达2MB或者3MB。

Cache（三级缓存）是为读取二级缓存后未命中的数据设计的一种缓存，在拥有三级缓存的CPU中，只有约5%的数据需要从内存中调用，这进一步提高了CPU的效率。三级缓存分为两种，早期的是外置，从2012年开始都是内置的。L3缓存的应用可以进一步降低内存延迟，同时提升大数据量计算时处理器的性能。降低内存延迟和提升大数据量计算能力对游戏软件的运行都很有帮助。而在服务器领域增加L3缓存在性能方面仍然有显著的提升。比如，具有较大L3缓存的配置的CPU利用物理内存会更有效，故它比行动较慢的磁盘I/O子系统可以处理更多的数据请求

内核个数

为提高CPU芯片的性能，目前CPU芯片往往包含2个、4个、6个或更多个CPU内核，每个内核都是一个独立的CPU，有各自的一级、二级Cache，共享三级Cache和前端总线。在操作系统支持下，多个CPU内核并行工作，内核越多，CPU芯片的整体性能越高

多线程和超线程

CPU线程（Simultaneous Multithreading，SMT）可通过复制处理器上的结构状态，让同一个处理器上的多个线程同步执行并共享处理器的执行资源，可最大限度地实现宽发射、乱序的超标量处理，提高处理器运算部件的利用率，缓和由于数据相关或Cache未命中带来的访问内存延时

多线程技术则可以为高速的运算核心准备更多的待处理数据，减少运算核心的闲置时间

超线程技术是指在一颗CPU同时执行多个程序而共同分享一颗CPU内的资源，理论上要像两颗CPU一样在同一时间执行两个线程，即把单核心的CPU虚拟成双核心，双核心的CPU虚拟成四核心

CPU的线程目前分两种，每核心一线程和每核心双线程。按照Intel的理论来讲，支持双线程的CPU效能要强于单线程

主板

主板，又叫主机板（Mainboard）、系统板（Systemboard）或母板（Motherboard），它安装在机箱内，是微机最基本的也是最重要的部件之一。主板一般为矩形电路板，上面安装了组成计算机的主要电路系统，一般有BIOS芯片、I/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指示灯插接件、扩充插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件等元件
主板采用了开放式结构。主板上大都有6～15个扩展插槽，供PC外围设备的控制卡（适配器）插接。通过更换这些插卡，可以对微机的相应子系统进行局部升级，使厂家和用户在配置机型方面有更大的灵活性
主板尺寸只有4种：空（ATX）、V（具有显示输出接口的ATX）、M（Micro ATX）、I（Mini ITX）

芯片组

芯片组（Chipset）是PC各组成部分相互连接和通信的枢纽，存储器控制、I/O控制功能几乎都集成在芯片组内，它既实现了PC总线的功能，又提供了各种I/O接口及相关的控制。没有芯片组，CPU就无法与内存、扩充卡、外设等交换信息

芯片组一般由两块超大规模集成电路组成——北桥芯片和南桥芯片。北桥芯片是存储控制中心（Memory Controller Hub，MCH），用于高速连接CPU、内存条、显卡，并与南桥芯片互连，如图3.10所示。南桥芯片是输入/输出控制中心（I/O Controller Hub，ICH），主要与PCI总线槽、USB接口、硬盘接口、音频编解码器、BIOS和CMOS存储器等连接，并借助Super I/O芯片提供对键盘、鼠标、串行口和并行口等的控制，如图3.11所示。CPU的时钟信号也由芯片组提供

芯片组决定了主板上所能安装的内存最大容量、速度及可使用的内存条的类型。此外，随着显卡、硬盘等设备性能的提高，芯片组中的控制接口电路也要相应变化。所以，芯片组是与CPU芯片及外设同步发展的

BIOS

BIOS和CMOS BIOS的中文名叫作基本输入/输出系统，它是存放在主板上Flash ROM芯片中的一组机器语言程序。由于存放在闪存中，即使机器关机，它的内容也不会改变。每次机器加电时，CPU总是首先执行BIOS程序，它具有诊断计算机故障及加载操作系统并引导其运行的功能

BIOS主要包含4个部分的程序：加电自检程序，系统盘主引导记录的装入程序（简称“引导装入程序”），CMOS设置程序和基本外围设备的驱动程序

CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）是微机主板上的一块可读写的RAM芯片，用来保存当前系统的硬件配置和用户对某些参数的设定。CMOS可由主板的电池供电，即使系统断电，信息也不会丢失。CMOS RAM本身只是一块存储器，只有数据保存功能，而对CMOS中各项参数的设定要通过专门的程序

CMOS参数大致包含如下的内容
Standard CMOS Setup：标准参数设置，包括日期，时间和软、硬盘参数等
BIOS Features Setup：设置一些系统选项
Chipset Features Setup：主板芯片参数设置
Power Management Setup：电源管理设置
PnP/PCI Configuration Setup：即插即用及PCI插件参数设置
Integrated Peripherals：整合外设的设置
其他：硬盘自动检测，系统口令，加载缺省设置，退出等

内存储器

计算机中的存储器分为内存和外存两大类。内存的存取速度快而容量相对较小，它与CPU高速相连，用来存放已经启动运行的程序和正在处理的数据。外存储器的存取速度较慢而容量相对很大，它与CPU不直接连接，用于持久地存放计算机中几乎所有的信息
通常，存取速度较快的存储器成本较高，速度较慢的存储器成本较低。为了使存储器的性能价格比得到提高，计算机中各种内存储器和外存储器往往组成一个层状的塔式结构它们相互取长补短，协调工作
内存储器包括寄存器、高速缓冲存储器（Cache）和主存储器。寄存器在CPU芯片的内部，高速缓冲存储器也制作在CPU芯片内，而主存储器由插在主板内存插槽中的若干内存条组成。内存条的质量好坏与容量大小会影响计算机的运行速度

存储器的分类

一般常用的微型计算机的存储器有磁芯存储器和半导体存储器，微型机的内存都采用半导体存储器。半导体存储器从使用功能上分为：随机存储器
（Random Access Memory，RAM，又称读写存储器）和只读存储器（Read Only Memory，ROM）

RAM RAM是一种可以随机读/写数据的存储器，也称为读/写存储器。RAM有以下两个特点

可以读出，也可以写入。读出时并不损坏原来存储的内容，只有写入时才修改原来所存储的内容

只能用于暂时存放信息，一旦断电，存储内容立即消失，即具有易失性

RAM目前多采用MOS型半导体集成电路芯片制成，根据其保存数据的机制又可分为动态（Dynamic RAM）和静态（Static RAM）两大类

动态随机存取存储器（DRAM）

芯片的电路简单，集成度高，功耗小，成本较低，适用于内存储器的主体部分（称为主存储器或主存）但速度较慢

静态随机存取存储器（SRAM）

与DRAM相比，它的电路较复杂，集成度低，功耗较大，制造成本高，价格贵，但工作速度很快，与CPU速度相差不多，适合用作高速缓冲存储器Cache（目前大多已经与CPU集成在同一芯片中）

ROM

ROM是一种能够永久或半永久性地保存数据的存储器，即使计算机断电（或关机）后，存放在ROM中的数据也不会丢失，所以也叫作非易失性存储器。目前使用最多的是Flash ROM（快擦除ROM，或闪烁存储器，简称闪存），这是一种新型的非易失性存储器，但又像RAM一样能方便地写入信息。它的工作原理是：在低电压下，存储的信息可读不可写，这时类似于ROM；而在较高的电压下，所存储的信息可以更改和删除，这时又类似于RAM。因此，Flash ROM除了用于存储BIOS程序外，它还可以用于存储卡、U盘和固态硬盘中

FLASH FLASH存储器

又称闪存，它结合了ROM和RAM的长处，不仅具备电子可擦除可编程（EEPROM）的性能，还不会断电丢失数据同时可以快速读取数据（NVRAM的优势），U盘和MP3里用的就是这种存储器。在过去的20年里，嵌入式系统一直使用ROM（EPROM）作为它们的存储设备，然而近年来Flash全面代替了ROM（EPROM）在嵌入式系统中的地位，用作存储Bootloader以及操作系统或者程序代码或者直接当硬盘（或U盘）使用

CMOS 互补金属氧化物半导体内存（Complementary Metal Oxide Semiconductor Memory，CMOS）

是一种只需要极少电量就能存放数据的芯片。由于耗能极低，CMOS内存可以由集成到主板上的一个小电池供电，这种电池在计算机通电时还能自动充电。因为CMOS芯片可以持续获得电量，所以即使在关机后，它也能保存有关计算机系统配置的重要数据

内存芯片和内存条

内存之所以能存储数据，就是因为有内存芯片。内存条是由若干内存芯片焊接在一定规格4层或6层印刷电路板上的，板的一侧有一排插脚，用于连接CPU和其他设备的通道

内存芯片

为了更好地对内存芯片安放、固定、密封、保护和增强导热性能的作用，并进行芯片内部与外部电路的沟通，必须对内存芯片进行封装

芯片容量：也称芯片的密度，是指该芯片存储的最大二进制位数

芯片的位宽：是在一个时钟周期内所能传送数据的位数，位数越大则瞬间所能传输的数据量越大。内存的位宽有32、64、128、256这几种型号

BANK：在芯片的内部，内存的数据是以位（bit）为单位写入一张大的矩阵中，每个单元称为CELL，只要指定一个行（Row），再指定一个列（Column），就可以准确地定位到某个CELL，这就是内存芯片寻址的基本原理。这个阵列就称为内存芯片的BANK，也称之为逻辑BANK（Logical BANK）。由于工艺上的原因，这个阵列不可能做得太大，所以一般内存芯片中都是将内存容量分成几个阵列来制造，也就是说内存芯片中存在多个逻辑BANK，随着芯片容量的不断增加，逻辑BANK数量也在不断增加，目前从32MB到1GB的芯片基本都是4个。内存条的物理BANK是内存和主板上的北桥芯片之间用来交换数据的通道。以SDRAM系统为例，CPU与内存之间（就是CPU到DIMM槽）的接口位宽是64bit，也就是CPU一次会向内存发送或从内存读取64bit的数据，那么这一个64bit的数据集合就是一个内存条BANK，很多厂家的产品说明里称之为物理BANK（Physical BANK），目前绝大多数的芯片组都只能支持一根内存包含两个物理BANK

工作速率：北桥读取内存数据时，在发出信号到第一批数据输出的这段时间，这个参数对于内存的性能有比较大的影响。tCAS：列寻址所需要的时钟周期（周期的数量表示延迟的长短）。tRCD：行寻址和列寻址时钟周期的差值。tRP：在下一个存储周期到来前，预充电需要的时钟周期。tRAS：对某行的数据进行存储时，从操作开始到寻址结束需要的总时间周期

内存条

主存储器在物理结构上由若干内存条组成，内存条是把若干片DRAM芯片焊在一小条印制电路板上做成的部件。内存条必须插入主板中相应的内存条插槽中才能使用。DDR2和DDR3均采用双列直插式（DIMM）内存条。PC主板中一般都配备有2个或4个DIMM插槽

内存条是连接CPU和其他设备的通道，起到缓冲和数据交换的作用。由于平常使用的程序，系统、打字软件、游戏软件等，一般都是安装在硬盘等外存上的，这样就不能直接使用其功能，必须把它们调入内存中运行，才能使用其功能，平时输入一段文字，或玩一个游戏，其实都是在内存中进行的。通常我们把要永久保存的、大量的数据存储在外存上，而把一些临时的或少量的数据和程序放在内存上

存取时间：存取时间（Memory Access Time）又称存储器访问时间，是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。内存的速度一般用存取时间衡量，即每次与CPU间数据处理耗费的时间，以纳秒（ns）为单位。目前大多数SDRAM和DDR内存存取时间为3.1ns、2.5ns、1.5ns、1.0ns等

容量：一根内存条可以容纳的二进制信息量。它是内存条的关键性参数。内存容量目前以GB作为单位，内存的容量一般都是2的整次方倍。目前台式机中主要采用的内存容量为1GB、2GB、4GB、8GB、16GB等

内存带宽：内存带宽是指内存与南桥芯片之间的数据传输率，单位一般为“MByte/s”或“GByte/s

内存主频：内存主频表示该内存所能达到的最高工作频率。内存主频是以MHz（兆赫）为单位来计量的。内存主频越高在一定程度上代表着内存所能达到的速度越快

CL延迟：CL（CAS Latency，CL）延迟是指内存存取数据所需的延迟时间，即内存接到CPU的指令后的反应速度。用数值表示，数字越小，代表反应所需的时间越短

内存的电压：内存正常工作所需要的电压值，不同类型的内存电压也不同，但各自均有自己的规格

I/O总线与I/O接口

I/O操作
输入/输出设备（又称I/O设备或外设）是计算机系统的重要组成部分，没有I/O设备，计算机就无法与外界（包括人、环境、其他计算机等）交换信息。

I/O操作的任务是将输入设备输入的信息送入内存的指定区域，或者将内存指定区域的内容送出到输出设备。通常，每个（类）I/O设备都有各自专用的控制器（I/O控制器），它们的任务是接受CPU启动I/O操作的命令后，独立地控制I/O设备的操作，直到I/O操作完成

I/O控制器是一组电子线路，不同设备的I/O控制器结构与功能不同，复杂程度相差也很大。有些设备（如键盘、鼠标器、打印机等）的I/O控制器比较简单，它们已经集成在主板上的芯片内

I/O总线

总线（Bus）指的是计算机部件之间传输信息的一组公用的信号线及相关控制电路。CPU芯片与北桥芯片相互连接的总线称为CPU总线（前端总线FSB），I/O设备控制器与CPU、存储器之间相互交换信息、传输数据的一组公用信号线称为I/O总线，也叫作主板总线，因为它与主板上扩充插槽中的各扩充板卡（I/O控制器）直接连接

总线上有三类信号——数据信号、地址信号和控制信号。传输这些信号的线路分别是数据线、地址线和控制线，协调与管理总线操作的是总线控制器（在CPU或芯片组内）

总线最重要的性能是它的数据传输速率，也称为总线的带宽（Bandwidth），即单位时间内总线上可传输的最大数据量。总线带宽的计算公式如下

总线带宽（MByte/s）=（数据线宽度/8）×总线工作频率（MHz）×每个总线周期的传输次数20世纪90年代初开始，PC一直采用一种称为PCI的I/O总线，它的工作频率是33

MHz，数据线宽度是32位（或64位），传输速率达133

MByte/s（或266

MByte/s）