【linux学习】个人计算机架构

1. 个人计算机架构

个人计算机的架构通常是x86架构，主流的x86架构的CPU供应商主要为Intel。下图为Intel的主机板。

图1.1 主机板及其各组件

主机板上包括的组件有：CPU、主内存（RAM）、磁盘设备（IDE/SATA）、系统总线芯片组（南桥/北桥）、显示卡介面（PCI-Express）、其他介面卡（PCI）。

主机板上最重要的是芯片组，芯片组通常分为两个桥接器来控制各组件的沟通，（1）北桥：负责连接速度较快的组件，CPU/RAM/VGA，（2）南桥：负责连接较慢的周边界面，硬盘/USB/网卡/PCI。

2. CPU

CPU负责大量运算，因此CPU是一个具有相当高发热量的组件。CPU上头通常会安插一颗风扇来主动散热。主流的CPU是双核以上架构，即一颗CPU中嵌入了两个CPU单元。

不同的CPU型号具有不同的脚位（CPU上面的插脚），与其适配的主机板芯片组也不相同。

2.1 CPU的外频和倍频

如图1.1所示，主机板上的各组件通过南北桥连接，理论上CPU与外部各组件的运算速度应该保持一致，但是CPU需要强大的运算能力（需要控制其他组件并且要完成逻辑运算），因此CPU厂商在CPU内部增加了一个加速功能，也就引出了CPU的外频和倍频。

外频：CPU与外部组件进行数据传输时的速度
倍频：CPU内部，用来加速工作效能的一个倍数
$$CPU的频率=外频\times 倍频$$

例如，Intel Core 2 Duo E8400 CPU，频率为3.0GHz，外频为333MHz，因此可以推断出其倍频为 $3000MHz÷333MHz=9$

2.2 36位与64位

系统总线芯片组（南桥/北桥）的作用是提供CPU与主内存之间的数据传输功能。北桥的系统总线称为：系统系统总线，它是内存传输的主要通道，速度较快。南桥的系统总线称为：输入输出(I/O)系统总线，用于联系硬盘/USB/网络卡等周边设备。

北桥支持的频率称为：前端系统总线速度（Font Side Bus, FSB）；
系统总线宽度：每次传输的bit数目，常见的系统总线宽度有32/64位；
系统总线频宽 = FSB × 系统总线宽度，即每秒钟可传送的最大数据量。

与系统总线宽度类似的是，CPU每次能够处理的数据量称为字长大小（word size），字长大小依据CPU的设计而有32位与64位。现在所称的计算机是32位或是64位主要依据这个CPU解析的字长大小而来。

3. 内存

如图1.1所示，主机板右上方的四个插槽，就是主内存的插槽。CPU使用的数据均来自主内存（main memory），数据必须要读入主内存后，CPU才能利用。个人计算机的主内存组件为动态随机访问内存（Dynamic Random Access Memory，DRAM）。该内存又称为挥发性内存，因其通电时才能使用，断电后数据消失。

随着技术的发展，DRAM主要发展出两类，一类是 SDRAM，另一类是 DDR。主要区别在于DDR具有双倍数据传输速度，即在一次工作周期中进行两场数据传输。

• 双通道设计
  传统的系统总线宽度为64位，为了加大这个宽度，芯片组厂商将两个主内存汇整在一起，如果一只内存达64位，两支内存可达128位，这就是双通道的设计理念。

• 只读内存（ROM）
  计算机开机时可以进入BIOS，BIOS（Basic Input Output System）是一套程序，它是写死到主机板上面的内存芯片中，该内存芯片在没有通电时也能够将数据记录下来，这个内存芯片就是只读内存（Read Only Memory，ROM）。ROM是非挥发性内存，即断电后数据不消失。

4. 显卡

如图1.1所示，PCI-Express为两个显示卡插槽。显卡称为VGA（Video Graphics Array），对于图形影像的显示重点在于解析度与色彩深度，因为每个图像显示的颜色会占用掉内存， 因此显示卡上面会有一个内存的容量，这个显示卡内存容量将会影响到最终你的萤幕解析度与色彩深度。

显示卡主要也是透过北桥芯片与CPU、主内存等沟通。