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计算机应用基础 · 计算机硬件

PC 机组成

PC 机组成

结构化讲义

A1-1.3 · 4 个大纲考点讲义 · 已精编

练本节题目

A1-1.3.1

主板、芯片组、BIOS、内存储器概述，I/O 总线和 I/O 接口。

精编讲义 v1#

PC 主板核心两大芯片组分工（经典双芯片架构）

必记
芯片组组件在主板上的物理位置管控连接的高速/慢速设备
北桥芯片（Northbridge / MCH）靠近 CPU，发热量大配有散热片连接 CPU、内存条（DDR）和高速独立显卡（PCI-E x16）等高速部件
南桥芯片（Southbridge / ICH）远离 CPU，靠近 PCI 插槽与 SATA 接口连接低速 I/O 部件（SATA 硬盘、USB 接口、网络声卡芯片、BIOS ROM、PCI 插槽）

现代 CPU 芯片架构集成趋势

重点

复习提示

现代主流 Intel 和 AMD 处理器已将传统北桥芯片的内存控制器（IMC）和 PCI-E 图形控制器直接完全集成在 CPU 芯片内部，主板仅保留单芯片 PCH（平台控制器中心）。

随堂自测（3 题 · 共 310 道关联题）展开作答
填空2 分自测不计入学习进度

CPU、内存、总线、各个设备的控制器的总称，称为_______

填空2 分自测不计入学习进度

题图是某 PC 机主板的实物图,图中 A 位置插入的部件是 _,B 位置插入的部件是 _ A B

填空2 分自测不计入学习进度

PC 使用的芯片组大多由两块芯片组成,它们的功能主要是提供____和 I/O 控制。

A1-1.3.2

BIOS 组成及运行过程，内存储器 RAM 和 ROM 各种类型。

精编讲义 v1#

BIOS 芯片与 CMOS 芯片核心区别辨析（专转本每年必考题）

必记
对比项BIOS（基本输入输出系统）CMOS（互补金属氧化物半导体）
硬件属性本质只读存储器（ROM / Flash ROM）中的一段底层固件程序随机存取存储器（RAM）芯片，需要纽扣电池维持供电
存储内容主板出厂固化的系统初始化代码、加电自检程序与基本 I/O 驱动存储用户设置的硬件动态参数（系统时间、开机启动顺序、CPU 频率、启动密码）
掉电特性掉电后内容永久保存，绝不丢失易失性 RAM，断电后内容立即丢失，依靠主板 CR2032 纽扣电池供电保存

计算机加电开机启动自检四阶段过程

必记
  • 1. 加电自检（POST，Power-On Self Test）：检查 CPU、内存、显卡、键盘等核心硬件工作是否正常，若有故障蜂鸣器报警
  • 2. 初始化：配置主板芯片组寄存器、即插即用（PnP）设备中断请求与资源分配
  • 3. 读取 CMOS 启动顺序（Boot Sequence）：寻找可引导设备（如 M.2 SSD、USB 闪存盘）
  • 4. 加载引导记录：将启动盘引导扇区的 Boot Loader 加载入内存，正式将控制权移交操作系统内核

RAM（随机存储器） vs ROM（只读存储器）两大类型细分

必记

静态 RAM

英文简称
SRAM
主要特性与存储机制
由触发器双稳态电路构成，速度极快、无需刷新，但功耗大、成本高、集成度低
典型应用
CPU 一/二/三级 Cache

动态 RAM

英文简称
DRAM
主要特性与存储机制
利用电容微弱电荷存储信息，电荷会自然漏电，必须每隔几毫秒定期执行动态刷新（Refresh）；集成度极高、成本低
典型应用
计算机主内存条（DDR）

快闪只读存储器

英文简称
Flash ROM
主要特性与存储机制
利用浮栅晶体管电子陷阱存储，支持电擦除重复写入，掉电数据不丢失
典型应用
主板 BIOS 固件、U 盘、SSD、手机存储
随堂自测（3 题 · 共 315 道关联题）展开作答
填空2 分自测不计入学习进度

PC 机的 BIOS 加电自检程序通过读取主板 _中的内容来识别硬件的配置，并根据配置信息对系统中各部件进行测试和初始化。

填空2 分自测不计入学习进度

____是存储在主板上的闪速存储器中的一组程序。

填空2 分自测不计入学习进度

在启动 PC 的过程中,用户可以按下键盘上的一个特定键运行存储在 BIOS 中的____程序,从而修改 CMOS 芯片中保存的系统配置信息。

A1-1.3.3

DDR SDRAM 各项参数，数据传输率计算，内存条封装形式。

精编讲义 v1#

内存数据传输带宽黄金计算公式（专转本高频必考计算）

必记

复习提示

==内存带宽（Byte/s） = 等效数据传输频率（Hz） × 数据总线位宽（bit） ÷ 8 • PC 台式机单根内存条标准数据位宽为 64 位（即 8 字节）； • 因此单通道内存带宽简写为：内存带宽（MB/s） = 等效传输频率（MHz） × 8 字节； • 若开启双通道内存模式==，总数据位宽翻倍为 128 位，带宽相应乘以 2。

各代 DDR SDRAM 核心参数演进与预取深度对比

必记

DDR SDRAM

工作电压
2.5 V
内部预取深度（Prefetch）
2-bit 预取
传输触发机制
时钟上升沿与下降沿双沿均传输数据（Double Data Rate）
常见标称规格与单通道带宽
DDR-400：带宽 = 400 × 8 = 3200 MB/s（PC3200）

DDR2

工作电压
1.8 V
内部预取深度（Prefetch）
4-bit 预取
传输触发机制
双沿触发，内核频率仅为 I/O 频率的 1/2
常见标称规格与单通道带宽
DDR2-800：带宽 = 800 × 8 = 6400 MB/s（PC2-6400）

DDR3

工作电压
1.5 V
内部预取深度（Prefetch）
8-bit 预取
传输触发机制
双沿触发，功耗进一步降低
常见标称规格与单通道带宽
DDR3-1600：带宽 = 1600 × 8 = 12800 MB/s（PC3-12800）

DDR4

工作电压
1.2 V
内部预取深度（Prefetch）
16-bit 预取
传输触发机制
引入 Bank Group 架构，点对点拓扑
常见标称规格与单通道带宽
DDR4-3200：带宽 = 3200 × 8 = 25600 MB/s（PC4-25600）

DDR5

工作电压
1.1 V
内部预取深度（Prefetch）
32-bit 预取
传输触发机制
单根内存条内部集成双 32 位独立子通道与 PMIC 电源管理芯片
常见标称规格与单通道带宽
DDR5-4800 / 6400 等高速规格

内存条封装形式分类

重点

DIMM

英文全称
Dual In-line Memory Module（双列直插式内存模块）
金手指引脚特点
两面金手指引脚各自独立导电传输不同信号
主要适用设备
台式机电脑主板、工作站、机架服务器

SO-DIMM

英文全称
Small Outline DIMM（小外形双列直插模块）
金手指引脚特点
长度仅约为普通 DIMM 的一半，结构紧凑小巧
主要适用设备
笔记本电脑、Mini PC 迷你主机、便携一体机
随堂自测（3 题 · 共 26 道关联题）展开作答
填空2 分自测不计入学习进度

金士顿内存条 DDR4 2666，其中 2666 代表内存的 。

填空2 分自测不计入学习进度

DDR3 和 DDR4 均采用____内存条，一般 PC 主板上会配备 2 到 4 个 DIMM 插座。

单选2 分自测不计入学习进度

如右图是（）内存条,该种内存条内存频率提升明显,可达4266MHz,内存容量提升明显,可达128GB,功耗明显降低,电压达到1.2V、甚至更低,内存条外观变化明显,金手指变成弯曲状。

A1-1.3.4

I/O 总线，I/O 操作方式，常用的几类 I/O 设备接口，I/O 总线带宽计算。

精编讲义 v1#

四大 I/O 操作控制方式对比（从低级到高级，专转本每考必出大题）

必记

1. 程序直接查询方式

CPU 参与干预程度
CPU 全程死等（占用率 100%）
数据传送路径
外设 -> CPU 寄存器 -> 内存
特点与适用场景
CPU 轮询检测外设状态标志位，硬件最简单，但 CPU 效率极度低下

2. 中断驱动方式

CPU 参与干预程度
CPU 仅在准备好后介入响应
数据传送路径
外设 -> CPU 寄存器 -> 内存
特点与适用场景
外设就绪后向 CPU 发中断请求，CPU 暂停当前工作转去执行中断服务程序（ISR）；适合键盘、鼠标等慢速设备

3. DMA 直接内存访问

CPU 参与干预程度
仅在传送开始前和结束后干预
数据传送路径
外设与内存之间直接开辟高速通道，不经过 CPU 寄存器
特点与适用场景
由专用硬件 DMA 控制器（DMAC）接管总线控制权实现成块高速数据传送；适合硬盘、网卡、显卡等高速大批量数据传输

4. 通道控制方式

CPU 参与干预程度
CPU 只需发送启动指令
数据传送路径
外设与内存之间
特点与适用场景
通道具备独立硬件处理指令能力，拥有自己的通道程序，常用于大型机与高端服务器

常见 I/O 外部接口标准全览

必记

USB 2.0

传输方式
高速串行（4 根线：VCC、D-、D+、GND）
典型最高物理速率
480 Mbps（即 60 MB/s）
核心特点与适用设备
支持即插即用（PnP）和热插拔，黑色接口胶芯

USB 3.0（USB 3.1 Gen1）

传输方式
超高速串行（9 根线，新增双差分线）
典型最高物理速率
5 Gbps（约 500 MB/s）
核心特点与适用设备
蓝色接口胶芯，向下兼容 USB 2.0

Type-C 接口

传输方式
正反双面盲插物理接口
典型最高物理速率
最高可达 20Gbps / 40Gbps
核心特点与适用设备
支持 PD 大功率双向快充（最高 240W）、DP 视频信号输出与雷电协议

HDMI

传输方式
数字音视频高清多媒体接口
典型最高物理速率
18 Gbps (2.0) ~ 48 Gbps (2.1)
核心特点与适用设备
同时同步传输高分辨率数字视频和无损音频，电视机与显示器标配

DisplayPort（DP）

传输方式
PC 专业数字显示接口
典型最高物理速率
高达 80 Gbps (DP 2.0)
核心特点与适用设备
高刷新率电竞显示器与专业图形工作站首选，免版权费

串行接口 vs 并行接口发展趋势

必记

易错陷阱

专转本必考趋势：传统早期采用并行接口（如打印机并口 LPT、IDE 硬盘并口）；由于高频时并行多引脚间存在严重的电磁串扰与时钟偏移，现代高速接口全面转向采用差分信号的高速串行接口（如 PCI-E、SATA、USB、雷电）

随堂自测（3 题 · 共 547 道关联题）展开作答
填空2 分自测不计入学习进度

外围设备是通过______连接到主机上的.

填空2 分自测不计入学习进度

每一种外部设备都是由______和________两部分组成。

填空2 分自测不计入学习进度

设备和设备控制器之间是通过_______相互连接的。