電腦硬件

主板上承載着CPU（即中央處理器）、內存（隨機存取存儲器）和為擴展卡提供的插槽 （可是CPU和內存並不是集成在主板上，不是主板的附件，本身也屬於電腦硬件） 主板，又叫主機板(mainboard)、系統板(systemboard)或母板(motherboard)；它安裝在機箱內，是微機最基本的也是最重要的部件之一。主板一般為4-6層矩形電路板，上面安裝了組成計算機的主要電路系統，一般有南北橋芯片（有的南北橋整合在一起）BIOS芯片、I/O控制芯片、鍵盤和麪板控制開關接口、指示燈插接件、擴充插槽、主板及插卡的直流電源供電接插件等元件。

：BIOS（Basic Input/Output System，基本輸入輸出系統）全稱是ROM－BIOS，是只讀存儲器基本輸入/輸出系統的簡寫，它實際是一組被固化到電腦中，為電腦提供最低級最直接的硬件控制的程序，它是連通軟件程序和硬件設備之間的樞紐，通俗地説，BIOS是硬件與軟件程序之間的一個“轉換器”或者説是接口（雖然它本身也只是一個程序），負責解決硬件的即時要求，並按軟件對硬件的操作要求具體執行。

北橋芯片：北橋芯片（North Bridge）是主板芯片組中起主導作用的最重要的組成部分，也稱為主橋（Host Bridge）。北橋芯片負責與CPU的聯繫並控制內存、AGP數據在北橋內部傳輸，提供對CPU的類型和主頻、系統的前端總線頻率、內存的類型和最大容量、AGP插槽、ECC糾錯等支持，整合型芯片組的北橋芯片還集成了顯示核心。

南橋芯片： 南橋芯片（South Bridge）是主板芯片組的重要組成部分，負責I/O總線之間的通信，如PCI總線、USB、LAN、ATA、SATA、音頻控制器、鍵盤控制器、實時時鐘控制器、高級電源管理等，一般位於主板上離CPU插槽較遠的下方，PCI插槽的附近，這種佈局是考慮到它所連接的I/O總線較多，離處理器遠一點有利於佈線。相對於北橋芯片來説，其數據處理量並不算大，所以南橋芯片有時候沒有覆蓋散熱片。

RAID控制芯片：相當於一塊RAID卡的作用，可支持多個硬盤組成各種RAID模式。目前更正了主板上集成的RAID控制芯片主要有兩種：HPT372 RAID控制芯片和Promise RAID控制芯片。

電源是為電腦提供動力的源頭，它有：主板接口：20+4pin， CPU接口（4+4pin）：1個，顯卡接口（6+2Pin）：2個，硬盤接口（SATA）：4個，供電接口（大4pin）：3個，分別為電腦中相應的硬件供電

內存是計算機中重要的部件之一，它是與CPU進行溝通的橋樑。計算機中所有程序的運行都是在內存中進行的，因此內存的性能對計算機的影響非常大。內存(Memory)也被稱為內存儲器，其作用是用於暫時存放CPU中的運算數據，以及與硬盤等外部存儲器交換的數據。只要計算機在運行中，CPU就會把需要運算的數據調到內存中進行運算，當運算完成後CPU再將結果傳送出來，內存的運行也決定了計算機的穩定運行。 內存是由內存芯片、電路板、金手指等部分組成的。

ROM表示只讀存儲器（Read Only Memory），在製造ROM的時候，信息（數據或程序）就被存入並永久保存。這些信息只能讀出，一般不能寫入，即使機器停電，這些數據也不會丟失。ROM一般用於存放計算機的基本程序和數據，如BIOS ROM。其物理外形一般是雙列直插式（DIP）的集成塊。

隨機存儲器（RAM）

隨機存儲器（Random Access Memory）表示既可以從中讀取數據，也可以寫入數據。當機器電源關閉時，存於其中的數據就會丟失。我們通常購買或升級的內存條就是用作電腦的內存，內存條（SIMM）就是將RAM集成塊集中在一起的一小塊電路板，它插在計算機中的內存插槽上，以減少RAM集成塊佔用的空間。市場上常見的內存條有1G/條，2G/條，4G/條等。

高速緩衝存儲器（Cache）

Cache也是我們經常遇到的概念，也就是平常看到的一級緩存（L1 Cache）、二級緩存（L2 Cache）、三級緩存（L3 Cache）這些數據，它位於CPU與內存之間，是一個讀寫速度比內存更快的存儲器。當CPU向內存中寫入或讀出數據時，這個數據也被存儲進高速緩衝存儲器中。當CPU再次需要這些數據時，CPU就從高速緩衝存儲器讀取數據，而不是訪問較慢的內存，當然，如需要的數據在Cache中沒有，CPU會再去讀取內存中的數據。

物理存儲器和地址空間

物理存儲器和存儲地址空間是兩個不同的概念。但是由於這兩者有十分密切的關係，而且兩者都用B、KB、MB、GB來度量其容量大小，因此容易產生認識上的混淆。初學者弄清這兩個不同的概念，有助於進一步認識內存儲器和用好內存儲器。

物理存儲器是指實際存在的具體存儲器芯片。如主板上裝插的內存條和裝載有系統的BIOS的ROM芯片，顯示卡上的顯示RAM芯片和裝載顯示BIOS的ROM芯片，以及各種適配卡上的RAM芯片和ROM芯片都是物理存儲器。

存儲地址空間是指對存儲器編碼（編碼地址）的範圍。所謂編碼就是對每一個物理存儲單元（一個字節）分配一個號碼，通常叫作“編址”。分配一個號碼給一個存儲單元的目的是為了便於找到它，完成數據的讀寫，這就是所謂的“尋址”（所以，有人也把地址空間稱為尋址空間）。

地址空間的大小和物理存儲器的大小並不一定相等。舉個例子來説明這個問題：某層樓共有17個房間，其編號為801～817。這17個房間是物理的，而其地址空間採用了三位編碼，其範圍是800～899共100個地址，可見地址空間是大於實際房間數量的。

對於386以上檔次的微機，其地址總線為32位，因此地址空間可達2的32次方，即4GB。雖然如此，但是我們一般使用的一些操作系統例如windows xp、卻最多隻能識別或者使用3.25G的內存，64位的操作系統能識別並使用4G和4G以上的的內存，

好了，可以解釋為什麼會產生諸如：常規內存、保留內存、上位內存、高端內存、擴充內存和擴展內存等不同內存類型。

EDORAM、 FPRAM、 SDRAM、 DDR、 DDR2、 DDR3、DDR4、 Rambus、DDR5

硬盤（英文名：Hard Disk Drive 簡稱HDD 全名 温徹斯特式硬盤）是電腦主要的存儲媒介之一，由一個或者多個鋁製或者玻璃制的碟片組成。這些碟片外覆蓋有鐵磁性材料。絕大多數硬盤都是固定硬盤，被永久性地密封固定在硬盤驅動器中。

硬盤分為固態硬盤（SSD）和機械硬盤（HDD）；SSD採用閃存顆粒來存儲，HDD採用磁性碟片來存儲，下面主要介紹HDD。

　磁頭是硬盤中最昂貴的部件，也是硬盤技術中最重要和最關鍵的一環。傳統的磁頭是讀寫合一的電磁感應式磁頭，但是，硬盤的讀、寫卻是兩種截然不同的操作，為此，這種二合一磁頭在設計時必須要同時兼顧到讀/寫兩種特性，從而造成了硬盤設計上的侷限。而MR磁頭（Magnetoresistive heads），即磁阻磁頭，採用的是分離式的磁頭結構：寫入磁頭仍採用傳統的磁感應磁頭（MR磁頭不能進行寫操作），讀取磁頭則採用新型的MR磁頭，即所謂的感應寫、磁阻讀。這樣，在設計時就可以針對兩者的不同特性分別進行優化，以得到最好的讀/寫性能。另外，MR磁頭是通過阻值變化而不是電流變化去感應信號幅度，因而對信號變化相當敏感，讀取數據的準確性也相應提高。而且由於讀取的信號幅度與磁道寬度無關，故磁道可以做得很窄，從而提高了盤片密度，達到200MB/英寸2，而使用傳統的磁頭只能達到20MB/英寸2，這也是MR磁頭被廣泛應用的最主要原因。目前，MR磁頭已得到廣泛應用，而採用多層結構和磁阻效應更好的材料製作的GMR磁頭（Giant Magnetoresistive heads）也逐漸普及。磁道

當磁盤旋轉時，磁頭若保持在一個位置上，則每個磁頭都會在磁盤表面劃出一個圓形軌跡，這些圓形軌跡就叫做磁道。這些磁道用肉眼是根本看不到的，因為它們僅是盤面上以特殊方式磁化了的一些磁化區，磁盤上的信息便是沿着這樣的軌道存放的。相鄰磁道之間並不是緊挨着的，這是因為磁化單元相隔太近時磁性會相互產生影響，同時也為磁頭的讀寫帶來困難。一張1.44MB的3.5英寸軟盤，一面有80個磁道，而硬盤上的磁道密度則遠遠大於此值，通常一面有成千上萬個磁道。

磁盤上的每個磁道被等分為若干個弧段，這些弧段便是磁盤的扇區，每個扇區可以存放512個字節的信息，磁盤驅動器在向磁盤讀取和寫入數據時，要以扇區為單位。

硬盤通常由重疊的一組盤片構成，每個盤面都被劃分為數目相等的磁道，並從外緣的“0”開始編號，具有相同編號的磁道形成一個圓柱，稱之為磁盤的柱面。磁盤的柱面數與一個盤單面上的磁道數是相等的。無論是雙盤面還是單盤面，由於每個盤面都有自己的磁頭，因此，盤面數等於總的磁頭數。所謂硬盤的CHS，即Cylinder（柱面）、Head（磁頭）、Sector（扇區），只要知道了硬盤的CHS的數目，即可確定硬盤的容量，硬盤的容量=柱面數*磁頭數*扇區數*512B。

顯卡全稱顯示接口卡（Video card，Graphics card），又稱為顯示適配器（Video adapter），顯示器配置卡簡稱為顯卡，是個人電腦最基本組成部分之一。顯卡的用途是將計算機系統所需要的顯示信息進行轉換驅動，並向顯示器提供行掃描信號，控制顯示器的正確顯示，是連接顯示器和個人電腦主板的重要元件，是“人機對話”的重要設備之一。顯卡作為電腦主機裏的一個重要組成部分，承擔輸出顯示圖形的任務，對於從事專業圖形設計的人來説顯卡非常重要。 民用顯卡圖形芯片供應商主要包括AMD(超威半導體)和Nvidia(英偉達)2家。

顯示芯片簡稱GPU，全稱Graphic Processing Unit，中文翻譯為“圖形處理器”。GPU使顯卡減少了對CPU的依賴，並進行部分原本CPU的工作，尤其是在3D圖形處理時。GPU所採用的核心技術有硬件T&L（幾何轉換和光照處理）、立方環境材質貼圖和頂點混合、紋理壓縮和凹凸映射貼圖、雙重紋理四像素256位渲染引擎等，而硬件T&L技術可以説是GPU的標誌。GPU主要由nVIDIA與AMD兩家廠商生產。

顯存

顯存是顯示內存的簡稱。其主要功能就是暫時儲存顯示芯片要處理的數據和處理完畢的數據。圖形核心的性能愈強，需要的顯存也就越多。以前的顯存主要是SDR的，容量也不大。市面上的顯卡大部分採用的是GDDR3顯存，現在最新的顯卡則採用了性能更為出色的GDDR4或GDDR5顯存。

與驅動程序之間的控制程序，另外還存有顯示卡的型號、規格、生產廠家及出廠時間等信息。打開計算機時，通過顯示BIOS 內的一段控制程序，將這些信息反饋到屏幕上。早期顯示BIOS 是固化在ROM 中的，不可以修改，而多數顯示卡則採用了大容量的EPROM，即所謂的Flash BIOS，可以通過專用的程序進行改寫或升級。

集成顯卡是將顯示芯片、顯存及其相關電路都集成在主板上，與其融為一體；集成顯卡的顯示芯片有單獨的，但大部分都集成在主板的北橋芯片中；一些主板集成的顯卡也在主板上單獨安裝了顯存，但其容量較小，集成顯卡的顯示效果與處理性能相對較弱，不能對顯卡進行硬件升級，但可以通過CMOS調節頻率或刷入新BIOS文件實現軟件升級來挖掘顯示芯片的潛能。

集成顯卡的優點：是功耗低、發熱量小、部分集成顯卡的性能已經可以媲美入門級的獨立顯卡，所以不用花費額外的資金購買獨立顯卡。

集成顯卡的缺點：性能相對略低，且固化在主板或CPU上，本身無法更換，如果必須換，就只能換主板。

獨立顯卡是指將顯示芯片、顯存及其相關電路單獨做在一塊電路板上，自成一體而作為一塊獨立的板卡存在，它需佔用主板的擴展插槽（ISA、PCI、AGP或PCI-E）。

獨立顯卡的優點：單獨安裝有顯存，一般不佔用系統內存，在技術上也較集成顯卡先進得多，比集成顯卡能夠得到更好的顯示效果和性能，容易進行顯卡的硬件升級。

獨立顯卡的缺點：系統功耗有所加大，發熱量也較大，需額外花費購買顯卡的資金，同時（特別是對筆記本電腦）佔用更多空間。

由於顯卡性能的不同對於顯卡要求也不一樣，所以現在獨立顯卡實際分為兩類，一類專門為遊戲設計的娛樂顯卡，一類則是用於繪圖和3D渲染的專業顯卡。當前性能最強用於遊戲的獨立顯卡分別是英偉達的Titan X(新Pascal架構)和AMD的HD7990，而目前用於3D繪圖的獨立顯卡則是英偉達的Q6000。

核芯顯卡是Intel產品新一代圖形處理核心，和以往的顯卡設計不同，Intel憑藉其在處理器製程上的先進工藝以及新的架構設計，將圖形核心與處理核心整合在同一塊基板上，構成一顆完整的處理器。智能處理器架構這種設計上的整合大大縮減了處理核心、圖形核心、內存及內存控制器間的數據週轉時間，有效提升處理效能並大幅降低芯片組整體功耗，有助於縮小了核心組件的尺寸，為筆記本、一體機等產品的設計提供了更大選擇空間。

需要注意的是，核芯顯卡和傳統意義上的集成顯卡並不相同。筆記本平台採用的圖形解決方案主要有“獨立”和“集成”兩種，前者擁有單獨的圖形核心和獨立的顯存，能夠滿足複雜龐大的圖形處理需求，並提供高效的視頻編碼應用；集成顯卡則將圖形核心以單獨芯片的方式集成在主板上，並且動態共享部分系統內存作為顯存使用，因此能夠提供簡單的圖形處理能力，以及較為流暢的編碼應用。相對於前兩者，核芯顯卡則將圖形核心整合在處理器當中，進一步加強了圖形處理的效率，並把集成顯卡中的“處理器+南橋+北橋（圖形核心+內存控制+顯示輸出）”三芯片解決方案精簡為“處理器（處理核心+圖形核心+內存控制）+主板芯片（顯示輸出）”的雙芯片模式，有效降低了核心組件的整體功耗，更利於延長筆記本的續航時間。

核芯顯卡的優點：低功耗是核芯顯卡的最主要優勢，由於新的精簡架構及整合設計，核芯顯卡對整體能耗的控制更加優異，高效的處理性能大幅縮短了運算時間，進一步縮減了系統平台的能耗。高性能也是它的主要優勢：核芯顯卡擁有諸多優勢技術，可以帶來充足的圖形處理能力，相較前一代產品其性能的進步十分明顯。核芯顯卡可支持DX10/DX11、SM4.0、OpenGL2.0、以及全高清Full HD MPEG2/H.264/VC-1格式解碼等技術，即將加入的性能動態調節更可大幅提升核芯顯卡的處理能力，令其完全滿足於普通用户的需求。

核芯顯卡的缺點：配置核芯顯卡的CPU通常價格較高，同時其難以勝任大型遊戲。

總線是構成計算機系統的其他高速功能部件，如存儲器、通道等互相連接的總線。

一個單處理器系統中的總線，大致分為三類：

(1)內部總線：CPU內部連接各寄存器及運算部件之間的總線。

(2)系統總線：CPU同計算

(3)I/O總線：中、低速I/O計算機系統的互連機構，是多個系統功能部件之間進行數據傳送的公共通路。

設備之間互相連接的總線。

物理特性：指總線的物理連接方式，包括總線的根數，總線的插頭、插座的形狀，引腳線的排列方式等。

功能特性：描述總線中每一根線的功能。

電氣特性：定義每一根線上信號的傳遞方向及有效電平範圍。送入CPU的信號叫輸入信號(IN)，從CPU發出的信號叫輸出信號(OUT)。

時間特性：定義了每根線在什麼時間有效。規定了總線上各信號有效的時序關係，CPU才能正確無誤地使用。

相同的指令系統，相同的功能，不同廠家生產的各功能部件在實現方法上幾乎沒有相同的，但各廠家生產的相同功能部件卻可以互換使用，其原因在於它們都遵守了相同的系統總線的要求，這就是系統總線的標準化問題。

1.單總線結構

在許多單處理器的計算機中，使用一條單一的系統總線來連接CPU、主存和I/O設備，叫做單總線結構。

此時要求連接到總線上的邏輯部件必須高速運行，以便在某些設備需要使用總線時能迅速獲得總線控制權；而當不再使用總線時，能迅速放棄總線控制權。

(1)取指令：當CPU取一條指令時，首先把程序計數器PC中的地址同控制信息一起送至總線上。在“取指令”情況下的地址是主存地址，此時該地址所指定的主存單元的內容一定是一條指令，而且將被傳送給CPU。

(2)傳送數據：取出指令之後，CPU將檢查操作碼。操作碼規定了對數據要執行什麼操作，以及數據是流進CPU還是流出CPU。

(3)I/O操作：如果該指令地址字段對應的是外圍設備地址，則外圍設備譯碼器予以響應，從而在CPU和與該地址相對應的外圍設備之間發生數據傳送，而數據傳送的方向由指令操作碼決定。

(4)DMA操作: 某些外圍設備也可以指定地址。如果一個由外圍設備指定的地址對應於一個主存單元，則主存予以響應，於是在主存和外設間將進行直接存儲器傳送(DMA)。

(5)單總線結構容易擴展成多CPU系統：這隻要在系統總線上掛接多個CPU即可。

2.雙總線結構

這種結構保持了單總線系統簡單、易於擴充的優點，但又在CPU和主存之間專門設置了一組高速的存儲總線，使CPU可通過專用總線與存儲器交換信息，並減輕了系統總線的負擔，同時主存仍可通過系統總線與外設之間實現DMA操作，而不必經過CPU。當然這種雙總線系統以增加硬件為代價。

早期總線的內部結構

它實際上是處理器芯片引腳的延伸，是處理器與I/O設備適配器的通道。這種簡單的總線一般由50—100條線組成，這些線按其功能可分為三類：地址線、數據線和控制線。

簡單總線結構的不足之處在於：

第一　CPU是總線上的主控者。

第二　總線信號是CPU引腳信號的延伸，故總線結構緊密與CPU相關，通用性較差。

當代流行的總線內部結構它是一些標準總線，追求與結構、CPU、技術無關的開發標準，並滿足包括多個CPU在內的主控者環境需求。

在當代總線結構中，CPU和它私有的cache一起作為一個模塊與總線相連。系統中允許有多個這樣的處理器模塊。而總線控制器完成幾個總線請求者之間的協調與仲裁。

整個總線分成如下四部分：

1.數據傳送總線：由地址線、數據線、控制線組成。

2.仲裁總線：包括總線請求線和總線授權線。

3.中斷和同步總線：用於處理帶優先級的中斷操作，包括中斷請求線和中斷認可線。

4.公用線;包括時鐘信號線、電源線、地線、系統復位線以及加電或斷電的時序信號線等。

聲卡、顯卡、調制解調器界面卡、 網絡界面卡、電視卡、視頻採集卡等…

鍵盤、鼠標、觸控板、軌跡球、 數碼化輸入板及輸入筆/指向器 、觸控熒幕、遊戲控制器、 遊戲控制桿、麥克風、掃描器、條碼閲讀機、網絡攝影機、數碼相機、手機、以及大量的USB外界產品。

打印機、點陣式打印機、噴墨打印機、激光打印機、揚聲器、顯示器

包括CRT、LCD、LED、PDP

硬盤、磁盤陣列控制器

CD 、CD-ROM、CD-RW、 CD-R 、DVD 、DVD/CD-RW、 Combo 、DVD-ROM、DVD-RW、DVD-R、DVD-RAMDVD+RW、DVD+R、 軟碟、磁帶機、 外置式硬盤、快閃存儲器、拇指碟 、記憶卡 、SD、CF、 MMC SM 、SSD（移動硬盤）

網絡互連設備例如路由器、交換機、集線器等

打印機、掃描儀、投影儀、複印機等