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第零章、 计算器概论切换分辨率为800x600最近更新日期: /08/03这几年鸟哥开始在大学任教了, 在教学的经验中发现到, 由于对Linux有兴趣的朋友很多可能并非信息相关科系出身, 因此对于计算机硬件及计算器方面的概念不熟。然而操作系统这种咚咚跟硬件有相当程度的关连性, 因此, 如果不了解一下计算器概论, 要很快的了解Linux的概念是有点难度的。因此, 鸟哥就自作聪明的新增一个小章节来谈谈计概啰! 因为鸟哥也不是信息相关学门出身, 因此, 写的不好的地方请大家多多指教啊! _1.计算机: 辅助人脑的好工具1.1计算机硬件的五大单元1.2CPU的种类1.3接口设备1.4运作流程1.5计算机分类1.6计算机上面常见的计算单位(容量、 速度等)2.个人计算机架构与接口设备2.1CPU: CPU的外频与倍频,32位与64位,CPU等级2.2内存2.3显示适配器2.4硬盘与储存设备2.5PCI适配卡2.6主板2.7电源供应器2.8选购须知3.数据表示方式3.1数字系统3.2文字编码系统4.软件程序运作4.1机器程序与编译程序4.2操作系统4.3应用程序5.重点回顾6.本章习题7.参考数据与延伸阅读8.针对本文的建议: 计算机: 辅助人脑的好工具进入二十一世纪的现在, 没有用过计算机的朋友应该算很少了吧? 可是, 你了解计算机是什么吗? 计算机的机壳里面含有什么组件? 不同的计算机能够作什么事情? 你生活周遭有哪些电器用品内部是含有计算机相关组件的? 底下我们就来谈一谈这些东西呢! 所谓的计算机就是一种计算器, 而计算器其实是: 接受用户输入指令与数据, 经由中央处理器的数学与逻辑单元运算处理后, 以产生或储存成有用的信息。因此, 只要有输入设备(不论是键盘还是触摸屏)及输出设备(屏幕或直接打印出来), 让你能够输入数据使该机器产生信息的, 那就是一部计算器了。图1.1.1、 计算器的功能根据这个定义你知道哪些东西是计算器了吗? 包括一般商店用的简易型加减乘除计算器、 打电话用的手机、 开车用的卫星定位系统(GPS)、 提款用的提款机(ATM)、 你常使用的桌上型个人计算机、 可携带的笔记本电脑还有这两年( , )很火红的EeePC(或称为netbook)等等, 这些都是计算器! 那么计算器主要的组成组件是什么呢? 底下我们以常见的个人计算机来作为说明。计算机硬件的五大单元关于计算机的组成部分, 其实你能够观察你的桌面计算机分析一下, 依外观来说这家伙主要分为三部分: 输入单元: 包括键盘、 鼠标、 卡片阅读机、 扫描仪、 手写板、 触控屏幕等等一堆; 主机部分: 这个就是系统单元, 被主机机壳保护住了, 里面含有CPU与主存储器等; 输出单元: 例如屏幕、 打印机等等我们主要透过输入设备如鼠标与键盘来将一些数据输入到主机里面, 然后再由主机的功能处理成为图表或文章等信息后, 将结果传输到输出设备, 如屏幕或打印机上面。重点在于主机里面含有什么组件呢? 如果你曾经拆开过计算机主机机壳, 会发现其实主机里面最重要的就是一片主板, 上面安插了中央处理器(CPU)以及主存储器还有一些适配卡装置而已。整部主机的重点在于中央处理器(CentralProcessingUnit,CPU), CPU为一个具有特定功能的芯片, 里头含有微指令集, 如果你想要让主机进行什么特异的功能, 就得要参考这颗CPU是否有相关内建的微指令集才能够。由于CPU的工作主要在于管理与运算, 因此在CPU内又可分为两个主要的单元, 分别是: 算数逻辑单元与控制单元。(注1)其中算数逻辑单元主要负责程序运算与逻辑判断, 控制单元则主要在协调各周边组件与各单元间的工作。既然CPU的重点是在进行运算与判断, 那么要被运算与判断的数据是从哪里来的? CPU读取的数据都是从主存储器来的! 主存储器内的数据则是从输入单元所传输进来! 而CPU处理完毕的数据也必须要先写回主存储器中, 最后数据才从主存储器传输到输出单元。综合上面所说的, 我们会知道其实计算机是由几个单元所组成的, 包括输入单元、 输出单元、 CPU内部的控制单元、 算数逻辑单元与主存储器五大部分。相关性如下所示: 图1.1.2、 计算机的五大单元(注2)上面图标中的系统单元其实指的就是计算机机壳内的主要组件, 而重点在于CPU与主存储器。特别要看的是实线部分的传输方向, 基本上数据都是流经过主存储器再转出去的! 至于数据会流进/流出内存则是CPU所发布的控制命令! 而CPU实际要处理的数据则完全来自于主存储器! 这是个很重要的概念喔! 而由上面的图示我们也能知道, 所有的单元都是由CPU内部的控制单元来负责协调的, 因此CPU是整个计算机系统的最重要部分! 那么当前世界上有哪些主流的CPU呢? 是否刚刚我们谈到的硬件内全部都是相同的CPU种类呢? 底下我们就来谈一谈。CPU的种类如前面说过的, CPU其实内部已经含有一些小指令集, 我们所使用的软件都要经过CPU内部的微指令集来达成才行。那这些指令集的设计主要又被分为两种设计理念, 这就是当前世界上常见到的两种主要CPU种类: 分别是精简指令集(RISC)与复杂指令集(CISC)系统。底下我们就来谈谈这两种不同CPU种类的差异啰! 精简指令集(ReducedInstructionSetComputing,RISC): (注3)这种CPU的设计中, 微指令集较为精简, 每个指令的运行时间都很短, 完成的动作也很单纯, 指令的执行效能较佳; 可是若要做复杂的事情, 就要由多个指令来完成。常见的RISC微指令集CPU主要例如升阳(Sun)公司的SPARC系列、 IBM公司的PowerArchitecture(包括PowerPC)系列、 与ARM系列等。在应用方面, SPARC架构的计算机常见于学术领域的大型工作站中, 包括银行金融体系的主服务器也都有这类的计算机架构; 至于PowerPC架构的应用上, 例如新力(Sony)公司出产的PlayStation3(PS3)就是使用PowerPC架构的Cell处理器; 那ARM呢? 你常使用的各厂牌手机、 PDA、 导航系统、 网络设备(交换器、 路由器等)等, 几乎都是使用ARM架构的CPU喔! 老实说, 当前世界上使用范围最广的CPU可能就是ARM呢! (注4) 复杂指令集(ComplexInstructionSetComputer,CISC): (注5)与RISC不同的, CISC在微指令集的每个小指令能够执行一些较低阶的硬件操作, 指令数目多而且复杂, 每条指令的长度并不相同。因为指令执行较为复杂因此每条指令花费的时间较长, 但每条个别指令能够处理的工作较为丰富。常见的CISC微指令集CPU主要有AMD、 Intel、 VIA等的x86架构的CPU。由于AMD、 Intel、 VIA所开发出来的x86架构CPU被大量使用于个人计算机(Personalcomputer)用途上面, 因此, 个人计算机常被称为x86架构的计算机! 那为何称为x86架构(注6)呢? 这是因为最早的那颗Intel发展出来的CPU代号称为8086, 后来依此架构又开发出80286,80386., 因此这种架构的CPU就被称为x86架构了。在 以前由Intel所开发的x86架构CPU由8位升级到16、 32位, 后来AMD依此架构修改新一代的CPU为64位, 为了区别两者的差异, 因此64位的个人计算机CPU又被统称为x86_64的架构喔! 那么不同的x86架构的CPU有什么差异呢? 除了CPU的整体结构(如第二层快取、 每次运作可执行的指令数等)之外, 主要是在于微指令集的不同。新的x86的CPU大多含有很先进的微指令集, 这些微指令集能够加速多媒体程序的运作, 也能够加强虚拟化的效能, 而且某些微指令集更能够增加能源效率, 让CPU耗电量降低呢! 由于电费越来越高, 购买计算机时, 除了整体的效能之外, 节能省电的CPU特色也能够考虑喔! 例题: 最新的Intel/AMD的x86架构中, 请查询出多媒体、 虚拟化、 省电功能各有哪些重要的微指令集? (仅供参考)答: 多媒体微指令集: MMX,SSE,SSE2,SSE3,SSE4,AMD-3DNow! 虚拟化微指令集: Intel-VT,AMD-SVM 省电功能: Intel-SpeedStep,AMD-PowerNow! 64/32位兼容技术: AMD-AMD64,Intel-EM64T接口设备单有CPU也无法运作计算机的, 因此计算机还需要其它的接口设备才能够实际运作。除了前面稍微提到的输入/输出设备, 以及CPU与主存储器之外, 还有什么接口设备呢? 其实最重要的接口设备是主板! 因为主板负责将所有的设备通通连接在一起, 让所有的设备能够进行协调与沟通。而主板上面最重要的组件就是主板芯片组! 这个芯片组能够将所有的设备汇集在一起! 其它重要的设备还有: 储存装置: 储存装置包括硬盘、 软盘、 光盘、 磁带等等; 显示设备: 显示适配器对于玩3D游戏来说是非常重要的一环, 她与显示的精致度、 色彩与分辨率都有关系; 网络装置: 没有网络活不下去啊! 因此网络卡对于计算机来说也是相当重要的! 更详细的各项周边装置我们将在下个小节进行介绍! 在这里我们先来了解一下各组件的关系啰! 那就是, 计算机是如何运作的呢? 运作流程如果不是很了解计算机的运作流程, 鸟哥拿个简单的想法来思考好了假设计算机是一个人体, 那么每个组件对应到那个地方呢? 能够这样思考: 图1.4.1、 各组件运作 CPU=脑袋瓜子: 每个人会作的事情都不一样(微指令集的差异), 但主要都是透过脑袋瓜子来进行判断与控制身体各部分的活动; 主存储器=脑袋中的记录区块: 在实际活动过程中, 我们的脑袋瓜子能够将外界的互动暂时记录起来, 提供CPU来进行判断; 硬盘=脑袋中的记忆区块: 将重要的数据记录起来, 以便未来将这些重要的经验再次的使用; 主板=神经系统: 仿佛人类的神经一样, 将所有重要的组件连接起来, 包括手脚的活动都是脑袋瓜子发布命令后, 透过神经(主板)传导给手脚来进行活动啊! 各项接口设备=人体与外界沟通的手、 脚、 皮肤、 眼睛等: 就仿佛手脚一般, 是人体与外界互动的重要关键! 显示适配器=脑袋中的影像: 将来自眼睛的刺激转成影响后在脑袋中呈现, 因此显示适配器所产生的数据源也是CPU控制的。 电源供应器(Power)=心脏: 所有的组件要能运作得要有足够的电力供给才行! 这电力供给就仿佛心脏一样, 如果心脏不够力, 那么全身也就无法动弹的! 心脏不稳定呢? 那你的身体当然可能断断续续的不稳定! 由这样的关系图当中, 我们知道整个活动中最重要的就是脑袋瓜子! 而脑袋瓜子当中与现在正在进行的工作有关的就是CPU与主存储器! 任何外界的接触都必须要由脑袋瓜子中的主存储器记录下来, 然后给脑袋中的CPU依据这些数据进行判断后, 再发布命令给各个接口设备! 如果需要用到过去的经验, 就得由过去的经验(硬盘)当中读取啰! 也就是说, 整个人体最重要的地方就是脑袋瓜子, 同样的, 整部主机当中最重要的就是CPU与主存储器, 而CPU的数据源通通来自于主存储器, 如果要由过去的经验来判断事情时, 也要将经验(硬盘)挪到当前的记忆(主存储器)当中, 再交由CPU来判断喔! 这点得要再次的强调啊! 下个章节当中, 我们就对当前常见的个人计算机各个组件来进行说明啰! 计算机分类知道了计算机的基本组成与周边装置, 也知道其实计算机的CPU种类非常的多, 再来我们想要了解的是, 计算机如何分类? 计算机的分类非常多种, 如果以计算机的复杂度与运算能力进行分类的话, 主要能够分为这几类: 超级计算机(Supercomputer)超级计算机是运作速度最快的计算机, 可是她的维护、 操作费用也最高! 主要是用于需要有高速计算的计划中。例如: 国防军事、 气象预测、 太空科技, 用在模拟的领域较多。详情也能够参考: 国家高速网络与计算中心! 至于全世界最快速的前500大超级计算机, 则请参考: 。 大型计算机(MainframeComputer)大型计算机一般也具有数个高速的CPU, 功能上虽不及超级计算机, 但也可用来处理大量资料与复杂的运算。例如大型企业的主机、 全国性的证券交易所等每天需要处理数百万笔数据的企业机构, 或者是大型企业的数据库服务器等等。 迷你计算机(Minicomputer)迷你计算机仍保有大型计算机同时支持多用户的特性, 可是主机能够放在一般作业场所, 不必像前两个大型计算机需要特殊的空调场所。一般见来作为科学研究、 工程分析与工厂的流程管理等。 工作站(Workstation)工作站的价格又比迷你计算机便宜许多, 是针对特殊用途而设计的计算机。在个人计算机的效能还没有提升到当前的状况之前, 工作站计算机的性能/价格比是所有计算机当中较佳的, 因此在学术研究与工程分析方面相当常见。 微电脑(Microcomputer)又能够称为个人计算机, 也是我们这里主要探讨的目标! 体积最小, 价格最低, 但功能还是五脏俱全的! 大致又可分为桌上型、 笔记型等等。若光以效能来说, 当前的个人计算机效能已经够快了, 甚至已经比工作站等级以上的计算机指令周期还要快! 可是工作站计算机强调的是稳定不当机, 而且运算过程要完全正确, 因此工作站以上等级的计算机在设计时的考虑与个人计算机并不相同啦! 这也是为啥工作站等级以上的个人计算机售价较贵的原因。计算机上面常见的计算单位(容量、 速度等)计算机的运算能力是由速度来决定的, 而存放在计算机储存设备当中的数据容量也是有单位的。 容量单位计算机依有没有通电来记录信息, 因此理论上它只认识0与1而已。0/1的单位我们称为bit。但bit实在太小了, 而且在储存数据时每份简单的数据都会使用到8个bits的大小来记录, 因此定义出byte这个单位, 她们的关系为: 1Byte=8bits不过同样的, Byte还是太小了, 在较大的容量情况下, 使用byte相当不容易判断数据的大小, 举例来说, 1000000bytes这样的显示方式你能够看得出有几个零吗? 因此后来就有一些常见的简化单位表示法, 例如K代表1024, M代表1024K等。而这些单位在不同的进位制下有不同的数值表示, 底下就列出常见的单位与进位制对应: 进位制KMGTP二进制10241024K1024M1024G1024T十进制10001000K1000M1000G1000T一般来说, 档案容量使用的是二进制的方式, 因此1GBytes的档案大小实际上为: 1024x1024x1024Bytes这么大! 速度单位则常使用十进制, 例如1GHz就是1000x1000x1000Hz的意思。 速度单位CPU的指令周期常使用MHz或者是GHz之类的单位, 这个Hz其实就是秒分之一。而在网络传输方面, 由于网络使用的是bit为单位, 因此网络常使用的单位为Mbps是Mbitspersecond, 亦即是每秒多少Mbit。举例来说, 大家常听到的8M/1MADSL传输速度, 如果转成档案容量的byte时, 其实理论最大传输值为: 每秒1Mbyte/每秒125Kbyte的上传/下载容量喔! 例题: 假设你今天购买了500GB的硬盘一颗, 可是格式化完毕后却只剩下460GB左右的容量, 这是什么原因? 答: 因为一般硬盘制造商会使用十进制的单位, 因此500GByte代表为500*1000*1000*1000Byte之意。转成档案的容量单位时使用二进制(1024为底), 因此就成为466GB左右的容量了。硬盘厂商并非要骗人, 只是因为硬盘的最小物理量为512Bytes, 最小的组成单位为扇区(sector), 一般硬盘容量的计算采用多少个sector, 因此才会使用十进制来处理的。相关的硬盘信息在这一章后面会提到的! 个人计算机架构与接口设备一般消费者常说的计算机一般指的就是x86的个人计算机架构, 因此我们有必要来了解一下这个架构的各个组件。事实上, Linux最早在发展的时候, 就是依据个人计算机的架构来发展的, 因此, 真的得要了解一下呢! 另外, 因为两大主流x86开发商(Intel,AMD)的CPU架构并不兼容, 而且设计理念也有所差异, 因此两大主流CPU所需要的主板芯片组设计也就不太相同。当前( )最新的主板架构主要是这样的: 图2.1.1、 Intel芯片架构就如同前一小节提到的, 整个主板上面最重要的就是芯片组了! 而芯片组一般又分为两个网桥来控制各组件的沟通, 分别是: (1)北桥: 负责链接速度较快的CPU、 主存储器与显示适配器等组件; (2)南桥: 负责连接速度较慢的周边接口, 包括硬盘、 USB、 网络卡等等。(芯片组的南北桥与三国的大小乔没有关系_)至于AMD的芯片组架构如下所示: 图2.1.2、 AMD芯片架构与Intel不同的地方在于主存储器是直接与CPU沟通而不透过北桥! 从前面的说明我们能够知道CPU的资料主要都是来自于主存储器提供, 因此AMD为了加速这两者的沟通, 因此将内存控制组件整合到CPU当中, 理论上这样能够加速CPU与主存储器的传输速度! 这是两种CPU在架构上面主要的差异点。毕竟当前世界上x86的CPU主要供货商为Intel, 因此底下鸟哥将以Intel的主板架构说明各组件啰! 我们以技嘉公司出的主板, 型号: GigabyteGA-X48-DQ6作为一个说明的范例, 主板各组件如下所示: 图2.1.3、 技嘉主板各组件(图片为各公司所有)主要的组件为: CPU、 主存储器、 磁盘装置(IDE/SATA)、 总线芯片组(南桥/北桥)、 显示适配器接口(PCI-Express)与其它适配卡(PCI)。底下的各项组件在讲解时, 请参考Intel芯片组架构与技嘉主板各组件来印证喔! CPU如同技嘉主板示意图上最上方的中央部分, 那就是CPU插槽。由于CPU负责大量运算, 因此CPU一般是具有相当高发热量的组件。因此如果你曾经拆开过主板, 应该就会看到CPU上头一般会安插一颗风扇来主动散热的。x86个人计算机的CPU主要供货商为Intel与AMD, 当前( )主流的CPU都是双核以上的架构了! 原本的单核心CPU仅有一个运算单元, 所谓的多核心则是在一颗CPU封装当中嵌入了两个以上的运算核心, 简单的说, 就是一个实体的CPU外壳中, 含有两个以上的CPU单元就是了。不同的CPU型号大多具有不同的脚位(CPU上面的插脚), 能够搭配的主板芯片组也不同, 因此当你想要将你的主机升级时, 不能只考虑CPU, 你还得要留意你的主板上面所支援的CPU型号喔! 不然买了最新的CPU也不能够安插在你的旧主板上头的! 当前主流的CPU有Intel的Core2Duo与AMD的Athlon64X2双核CPU, 高阶产品则有Intel的Corei7与AMD的PhenomII四核心CPU喔! 图2.1.4、 不同的CPU脚位我们前面谈到CPU内部含有微指令集, 不同的微指令集会导致CPU工作效率的优劣。除了这点之外, CPU效能的比较还有什么呢? 那就是CPU的频率了! 什么是频率呢? 简单的说, 频率就是CPU每秒钟能够进行的工作次数。因此频率越高表示这颗CPU单位时间内能够作更多的事情。举例来说, Intel的Core2Duo型号E8400的CPU频率为3.0GHz, 表示这颗CPU在一秒内能够进行3.0x109次工作, 每次工作都能够进行少数的指令运作之意。Tips:注意, 不同的CPU之间不能单纯的以频率来判断运算效能喔! 这是因为每颗CPU的微指令集不相同, 架构也不见得一样, 每次频率能够进行的工作指令数也不同之故! 因此, 频率当前仅能用来比较同款CPU的速度! CPU的外频与倍频我们能够看到图2.1.1的芯片架构图当中各个组件都是透过北桥与南桥所连接在一起。但就像一群人共同在处理一个连续作业一般, 如果这一群人里面有个人的动作特别快或特别慢, 将导致前面或者是后面的人事情一堆处理不完! 也就是说, 这一群人最好能够速度一致较佳! 因此, CPU与外部各组件的速度理论上应该要一致才好。可是因为CPU需要较强大的运算能力, 因为很多判断与数学都是在CPU内处理的, 因此CPU开发商就在CPU内再加上一个加速功能, 因此CPU有所谓的外频与倍频! 所谓的外频指的是CPU与外部组件进行数据传输时的速度, 倍频则是CPU内部用来加速工作效能的一个倍数, 两者相乘才是CPU的频率速度。我们以刚刚IntelCore2DuoE8400CPU来说, 她的频率是3.0GHz, 而外频是333MHz, 因此倍频就是9倍啰! (3.0G=333Mx9,其中1G=1000M)Tips:很多计算机硬件玩家很喜欢玩超频, 所谓的超频指的是: 将CPU的倍频或者是外频透过主板的设定功能更改成较高频率的一种方式。但因为CPU的倍频一般在出厂时已经被锁定而无法修改, 因此较常被超频的为外频。举例来说, 像上述3.0GHz的CPU如果想要超频, 能够将她的外频333MHz调整成为400MHz, 但如此一来整个主板的各个组件的运作频率可能都会被增加成原本的1.333倍(4/3), 虽然CPU可能能够到达3.6GHz, 但却因为频率并非正常速度, 故可能会造成当机等问题。 32位与64位前面谈到CPU运算的数据都是由主存储器提供的, 主存储器与CPU的沟通速度靠的是外部频率, 那么每次工作能够传送的资料量有多大呢? 那就是总线的功能了。一般主板芯片组有分北桥与南桥, 北桥的总线称为系统总线, 因为是内存传输的主要信道, 因此速度较快。南桥就是所谓的输入输出(I/O)总线, 主要在联系硬盘、 USB、 网络卡等接口设备。当前北桥所支持的频率可高达333/400/533/800/1066/1333/1600MHz等不同频率, 支持情况依芯片组功能而有不同。北桥所支持的频率我们称为前端总线速度(FrontSideBus,FSB), 而每次传送的位数则是总线宽度。那所谓的总线带宽则是: FSBx总线宽度亦即每秒钟可传送的最大数据量。当前常见的总线宽度有32/64位(bits)。而如图2.1.1中的图示, 在该架构中前端总线最高速度可达1600MHz。我们看到内存与北桥的带宽为12.8GBytes/s, 亦即是1600MHz*64bits=1600MHz*8Bytes=12800MByes/s=12.8GBytes/s与总线宽度相似的, CPU每次能够处理的数据量称为字组大小(wordsize), 字组大小依据CPU的设计而有32位与64位。我们现在所称的计算机是32或64位主要是依据这个CPU解析的字组大小而来的! 早期的32位CPU中, 因为CPU每次能够解析的数据量有限, 因此由主存储器传来的数据量就有所限制了。这也导致32位的CPU最多只能支持最大到4GBytes的内存。Tips:字组大小与总线宽度是能够不同的! 举例来说, 在PentiumPro时代, 该CPU是32位的处理器, 但当时的芯片组能够设计出64位的总线宽度。在这样的架构下我们一般还是以CPU的字组大小来称呼该架构。个人计算机的64位CPU是到 由AMDAthlon64后才出现的。 CPU等级由于x86架构的CPU在Intel的Pentium系列(1993年)后就有不统一的脚位与设计, 为了将不同种类的CPU规范等级, 因此就有i386,i586,i686等名词出现了。基本上, 在IntelPentiumMMX与AMDK6年代的CPU称为i586等级, 而IntelCeleron与AMDAthlon(K7)年代之后的32位CPU就称为i686等级。至于当前的64位CPU则统称为x86_64等级。当前很多的程序都有对CPU做优化的设计, 万一哪天你发现一些程序是注明给686的CPU使用时, 就不要将她安装在586以下等级的计算机中, 否则可是会无法执行该软件的! 不过, 在686倒是能够安装386的软件喔! 也就是说, 这些东西具有向下兼容的能力啦! 内存如同图2.1.3、 技嘉主板示意图中的右上方部分的那四根插槽, 那就是主存储器的插槽了。主存储器插槽中间一般有个突起物将整个插槽稍微切分成为两个不等长的距离, 这样的设计能够让用户在安装主存储器时, 不至于前后脚位安插错误, 是一种防呆的设计喔。前面提到CPU所使用的数据都是来自于主存储器(mainmemory), 不论是软件程序还是数据, 都必须要读入主存储器后CPU才能利用。个人计算机的主存储器主要组件为动态随机存取内存(DynamicRandomAccessMemory,DRAM), 随机存取内存只有在通电时才能记录与使用, 断电后数据就消失了。因此我们也称这种RAM为挥发性内存。DRAM根据技术的更新又分好几代, 而使用上较广泛的有所谓的SDRAM与DDRSDRAM两种。这两种内存的差别除了在于脚位与工作电压上的不同之外, DDR是所谓的双倍数据传送速度(DoubleDataRate), 她能够在一次工作周期中进行两次数据的传送, 感觉上就仿佛是CPU的倍频啦! 因此传输频率方面比SDRAM还要好。新一代的PC大多使用DDR内存了。下表列出SDRAM与DDRSDRAM的型号与频率及带宽之间的关系。SDRAM/DDR型号数据宽度(bit)外频(MHz)频率速度带宽(频率x宽度)SDRAMPC10064100100800MBytes/secSDRAMPC133641331331064MBytes/secDDRDDR266641332662.1GBytes/secDDRDDR400642004003.2GBytes/secDDRDDRII800644008006.4GBytes/secDDRSDRAM又依据技术的发展, 有DDR,DDRII,DDRIII等等。Tips:主存储器型号的挑选与CPU及芯片组有关, 因此主板、 CPU与内存在购买的时候必须要考虑其相关性喔。并不是任何主板都能够安插DDRIII的内存呢! 主存储器除了频率/带宽与型号需要考虑之外, 内存的容量也是很重要的喔! 因为所有的数据都得要加载内存当中才能够被CPU判读, 如果内存容量不够大的话将会导致某些大容量数据无法被完整的加载, 此时已存在内存当中但暂时没有被使用到的数据必须要先被释放, 使得可用内存容量大于该数据, 那份新数据才能够被加载呢! 因此, 一般越大的内存代表越快速的系统, 这是因为系统不用常常释放一些内存内部的数据。以服务器来说, 主存储器的容量有时比CPU的速度还要来的重要的! 双通道设计由于所有的数据都必须要存放在主存储器, 因此主存储器的数据宽度当然是越大越好。但传统的总线宽度一般大约仅达64位, 为了要加大这个宽度, 因此芯片组厂商就将两个主存储器汇整在一起, 如果一支内存可达64位, 两支内存就能够达到128位了, 这就是双通道的设计理念。如上所述, 要启用双信道的功能你必须要安插两支(或四支)主存储器, 这两支内存最好连型号都一模一样比较好, 这是因为启动双信道内存功能时, 数据是同步写入/读出这一对主存储器中, 如此才能够提升整体的带宽啊! 因此当然除了容量大小要一致之外, 型号也最好相同啦! 你有没有发现图2.1.3、 技嘉主板示意图上那四根内存插槽的颜色呢? 是否分为两种颜色, 且两两成对? 为什么要这样设计? 答出来了吗? 是啦! 这种颜色的设计就是为了双通道来的! 要启动双信道的功能时, 你必须要将两根容量相同的主存储器插在相同颜色的插槽当中喔! CPU频率与主存储器的关系理论上, CPU与主存储器的外频应该要相同才好。不过, 因为技术方面的提升, 因此这两者的频率速度不会相同, 但外频则应该是一致的较佳。举例来说, 上面提到的IntelE8400CPU外频为333MHz, 则应该选用DDRII667这个型号, 因为该内存型号的外频为333MHz之故喔! DRAM与SRAM除了主存储器之外, 事实上整部个人计算机当中还有许许多多的内存存在喔! 最为我们所知的就是CPU内的第二层高速缓存。我们现在知道CPU的数据都是由主存储器提供, 但主存储器的数据毕竟得经由北桥送到CPU内。如果某些很常见的程序或数据能够放置到CPU内部的话, 那么CPU资料的读取就不需要透过北桥了! 对于效能来说不就能够大大的提升了? 这就是第二层快取的设计概念。第二层快取与主存储器及CPU的关系如下图所示: 图2.2.1、 内存相关性因为第二层快取(L2cache)整合到CPU内部, 因此这个L2内存的速度必须要CPU频率相同。使用DRAM是无法达到这个频率速度的, 此时就需要静态随机存取内存(StaticRandomAccessMemory,SRAM)的帮忙了。SRAM在设计上使用的晶体管数量较多, 价格较高, 且不易做成大容量, 不过由于其速度快, 因此整合到CPU内成为高速缓存以加快数据的存取是个不错的方式喔! 新一代的CPU都有内建容量不等的L2快取在CPU内部, 以加快CPU的运作效能。 只读存储器(ROM)主板上面的组件是非常多的, 而每个组件的参数又具有可调整性。举例来说, CPU与内存的频率是可调整的; 而主板上面如果有内建的网络卡或者是显示适配器时, 该功能是否要启动与该功能的各项参数, 是被记录到主板上头的一个称为CMOS的芯片上, 这个芯片需要借着额外的电源来发挥记录功能, 这也是为什么你的主板上面会有一颗电池的缘故。那CMOS内的数据如何读取与更新呢? 还记得你的计算机在开机的时候能够按下Del按键来进入一个名为BIOS的画面吧? BIOS(BasicInputOutputSystem)是一套程序, 这套程序是写死到主板上面的一个内存芯片中, 这个内存芯片在没有通电时也能够将数据记录下来, 那就是只读存储器(ReadOnlyMemory,ROM)。ROM是一种非挥发性的内存。另外, BIOS对于个人计算机来说是非常重要的, 因为她是系统在开机的时候首先会去读取的一个小程序喔! 另外, 韧体(firmware)(注7)很多也是使用ROM来进行软件的写入的。韧体像软件一样也是一个被计算机所执行的程序, 然而她是对于硬件内部而言更加重要的部分。例如BIOS就是一个韧体, BIOS虽然对于我们日常操作计算机系统没有什么太大的关系, 可是她却控制着开机时各项硬件参数的取得! 因此我们会知道很多的硬件上头都会有ROM来写入韧体这个软件。BIOS对计算机系统来讲是非常重要的, 因为她掌握了系统硬件的详细信息与开机设备的选择等等。可是计算机发展的速度太快了, 因此BIOS程序代码也可能需要作适度的修改才行, 因此你才会在很多主板官网找到BIOS的更新程序啊! 可是BIOS原本使用的是无法改写的ROM, 因此根本无法修正BIOS程序代码! 为此, 现在的BIOS一般是写入类似闪存(flash)或EEPROM(注8)中。(注9)显示适配器显示适配器插槽如同图2.1.3、 技嘉主板示意图所示, 是在中央较长的插槽! 这张主板中提供了两个显示适配器插槽喔! 显示适配器又称为VGA(VideoGraphicsArray), 她对于图形影像的显示扮演相当关键的角色。一般对于图形影像的显示重点在于分辨率与颜色深度, 因为每个图像显示的颜色会占用掉内存, 因此显示适配器上面会有一个内存的容量, 这个显示适配器内存容量将会影响到最终你的屏幕分辨率与颜色深度的喔! 除了显示适配器内存之外, 现在由于三度空间游戏(3Dgame)与一些3D动画的流行, 因此显示适配器的运算能力越来越重要。一些3D的运算早期是交给CPU去运作的, 可是CPU并非完全针对这些3D来进行设计的, 而且CPU平时已经非常忙碌了呢! 因此后来显示适配器厂商直接在显示适配器上面嵌入一个3D加速的芯片, 这就是所谓的GPU称谓的由来。显示适配器主要也是透过北桥芯片与CPU、 主存储器等沟通。如前面提到的, 对于图形影像(特别是3D游戏)来说, 显示适配器也是需要高速运算的一个组件, 因此数据的传输也是越快越好! 因此显示适配器的规格由早期的PCI导向AGP, 近期AGP又被PCI-Express规格所取代了。如前面技嘉主板图示当中看到的就是PCI-Express的插槽。这些插槽最大的差异就是在数据传输的带宽了! 如下所示: 规格宽度速度带宽PCI32bits33MHz133MBytes/sPCI2.264bits66MHz533MBytes/sPCI-X64bits133MHz1064MBytes/sAGP4x32bits66x4MHz1066MBytes/sAGP8x32bits66x8MHz2133MBytes/sPCIex1无无250MBytes/sPCIex8无无2GBytes/sPCIex16无无4GBytes/s比较特殊的是, PCIe(PCI-Express)使用的是类似管线的概念来处理, 每条管线能够具有250MBytes/s的带宽效能, 管线越大(最大可达x32)则总带宽越高! 当前显示适配器大多使用x16的PCIe规格, 这个规格至少能够达到4GBytes/s的带宽! 比起AGP是快很多的! 另外, 新的PCIe2.0规格也已经推出了, 这个规格又可将每个管线的效能提升一倍呢! 好可怕的传输量.如果你的主机是用来打3D游戏的, 那么显示适配器的选购是非常重要喔! 如果你的主机是用来做为网络服务器的, 那么简单的入门级显示适配器对你的主机来说就非常够用了! 因为网络服务器很少用到3D与图形影像功能。例题: 假设你的桌面使用1024x768分辨率, 且使用全彩(每个像素占用3bytes的容量), 请问你的显示适配器至少需要多少内存才能使用这样的彩度? 答: 因为1024x768分辨率中会有786432个像素, 每个像素占用3bytes, 因此总共需要2.25MBytes以上才行! 但如果考虑屏幕的更新率(每秒钟屏幕的更新次数), 显示适配器的