0.2 个人计算机架构与接口设备
整个主板上面最重要的就是芯片组了！ 芯片组通常又分为两个桥接器来控制各组件的通信，分别是
① 北桥负责连接速度较快的CPU、内存与显卡等组件（目前北桥芯片组的功能被瓜分了）；
② 南桥负责连接速度较慢的周边接口，包括硬盘、USB、网卡等。
AMD的芯片组架构与Intel不同的地方在于，内存是直接与CPU通信而不通过北桥。
CPU的数据主要都是来自于内存，因此AMD为了加速两者通信，将内存控制组件集成到CPU当中，理论上这样可以加速CPU与内存的传输速度。
我们的主板上有两个很重要的芯片，分别叫北桥芯片组、南桥芯片组。
早期的制造工艺粗糙，晶体管量偏少，处理器集成度较低，必须要由主板芯片组来承担大量功能，其中的北桥负责CPU与内存的数据交换、图形处理、CPU与PCIE数据交换，南桥则负责系统的输入输出功能。
所以北桥芯片还有个名字叫“图形与内存控制器”，南桥叫“输入/输出控制器”。
北桥芯片组因为与CPU联系密切所以它在主板靠近CPU的位置，而南桥芯片则在远离CPU的位置，所以我们是很好分辨北桥南桥的。
现在的CPU制造工艺越来越先进，集成度越来越高，内存控制器已被集成到CPU里，就连显卡也被收进CPU了（就是我们所说的核显），而PCIE控制器收归南桥管理了，因此北桥芯片组的功能被瓜分了，所以现在的Intel芯片组把北桥取消掉只剩南桥了，而AMD也只有早期的主板还保留着北桥和南桥。
主板的主要组件为CPU、内存、磁盘设备（IDE/SATA）、总线芯片组（南桥/北桥）、显卡接口（PCI-Express）与其他适配卡（PCI）。
0.2.1 CPU
CPU负责大量运算，因此CPU通常是具有相当高发热量的组件。CPU上面通常会安插一个风扇来主动散热。
CPU性能比较除了内部微指令集的因素外，CPU的频率也是一个重要因素。频率就是CPU每秒钟可以进行的工作次数。
3.0GHz ： 表示CPU在一秒内可以进行 3.0x10⁹次工作，每次工作都可以进行少数的指令运行之意。
▶ CPU的“外频”与“倍频”
各个组件都是通过北桥与南桥连接在一起。所以CPU与外部各组件的速度理论上应该要一致才好。但是CPU需要较强大的运算能力，因为很多判断与数据都是在CPU内处理的，因此CPU开放商就在CPU内再加上一个加速功能，所以CPU有所谓的外频与倍频
外频
CPU与外部组件进行数据传输/运算时的速度
倍频
CPU内部用来加速工作性能的一个倍数
两者相乘才是CPU的频率。
以Intel Core 2 Duo E8400 CPU来说，它的频率是3.0MHz， 而外频是 333Mhz， 因此倍频就是9倍（3.0G=333Mx9， 其中1G=1000M）。
超频指的是将CPU的倍频或者外频通过主板的设定功能更改称较高频率的一种方式。但CPU的倍频通常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。
▶ 32位与64位
CPU运算的数据都是由内存提供的，内存与CPU的通信速度靠的是外部频率，那每次工作可以传送的数据量有多大就是总线的功能了。 一般主板芯片组分为北桥与南桥，北桥的总线成为系统总线，因为是内存传输的主要信道，所以速度较快；南桥就是所谓的输入输出（I/O）总线，主要用于“联系”硬盘、USB、网卡等接口设备。
北桥所支持的频率称为前端总线速度（Front Side Bus，FSB），而每次传送的位数则是总线宽度。所谓的总线频宽则是“FSB x 总线宽度”，亦即每秒钟可以传送的最大数据量。目前常见的总线宽度有32/64位（bit）。
前端总线最高速度为1600MHz，则内存与北桥的频宽为 1600MHz x 64bit = 1600MHz x 8Bytes = 12800MB/s = 12.8GB/s。
与总线宽度相似，CPU每次能够处理的数据量成为字组大小（word size），字组大小依据CPU的设计而有32位与64位。计算机是32位或64位主要依据CPU解析的字组大小而来。 由于CPU每次能够解析的数据量有限，因此由内存传来的数据量就有所限制，这也导致32位的CPU最多只能支持最大到4GB的内存。
▶ CPU等级
x86架构的CPU在Intel的Pentium系列（1993年）后就有不统一的引脚位与设计，为了将不同种类的CPU规范等级，所以就有i386,i586,i686等名词出现。
基本上，在Intel Pentium MMX 与 AMD K6年代的CPU成为i586等级，而Intel Celeron 与 AMD Athlon(K7)年代之后的32位CPU久成为i686等级。至于目前的64位CPU则统称为x86_64等级。
目前很多程序都有对CPU做最佳化设计，如果哪天发现一些程序注明给686的CPU使用时，久不要将它安装在686以下等级的计算机中，否则会无法执行该软件。不过，在686机器上可以安装386的软件。也就是说，它们具有向下兼容的能力。
0.2.2 内存
▶ CPU所使用的数据都是来自于内存（Memory），不论是软件程序还是数据，都必须要读入内存后CPU才能利用。个人计算机的内存主要组件为动态随机访问内存（Dynamic Random Access Memory，DRAM），随机访问内存只有再通电时才能记录与使用，断电后数据就消失了。因此也称这种RAM为挥发性内存。
DRAM根据技术的更新分为好几代，而使用较广泛的有所谓的SDRAM与DDR SDRAM两种。这两种内存区别除了在于引脚位与工作电压上的不同之处，DDR是双倍数据传送速度（Double Data Rate），它可以在一次工作周期中进行两次数据的传送，感觉上就是CPU的倍频。所以传输速率方面比SDRAM还要好。
DDR SDRAM 依据技术的发展，有DDR、DDRⅡ、DDRⅢ等。
| SDRAM/DDR | 型号 | 数据宽度(bit) | 外频(MHz) | 频率(MHz) | 频宽 |
|---|---|---|---|---|---|
| SDRAM | PC100 | 64 | 100 | 100 | 800MB/S |
| SDRAM | PC133 | 64 | 133 | 133 | 1064MB/S |
| DDR | DDR266 | 64 | 133 | 266 | 2.1GB/S |
| DDR | DDR400 | 64 | 200 | 400 | 3.2GB/S |
| DDR | DDRⅡ800 | 64 | 400 | 800 | 6.4GB/S |
内存除了频率/频宽与型号需要考虑之外，容量也是很重要的。因为所有的数据都得要加载到内存当中才能够被CPU读取，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。通常内存越大表示系统越快，因为系统不用常常释放一些内存内部得数据。对服务器而言，内存的容量有时比CPU的速度还重要。
▶ 双通道设计
所有的数据必须要存放在内存中，所以内存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，为了加大这个宽度，芯片组厂商就将两个内存汇整在一起，如果一条内存可达64位，两条内存就可以达到128位，这就是双通道的设计理念。
如上所述，要启用双信道功能必须要安插两支（或四条）内存，这两条内存最好型号都一摸一样的比较好，因为启动双信道内存功能时，数据是同步写入/读出这一对内存中，如此才能够提升整体的频宽！所以除了容量大小一致以外，型号也最好相同。
▶ CPU频率与内存的关系
理论上，CPU与内存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比较佳。
举例：Intel E8400 CPU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。
▶ DRAM与SRAM
除了内存之外，整台个人计算机当中还有许多的“内存”存在！ 最为熟知的就是CPU内的第二层告诉缓存。如果某些很常用的程序或数据直接放置到CPU内部的话，CPU数据的读取就不需要通过北桥了。对于性能就可以大大提升，这就是第二层缓存的设计概念。
由于第二层缓存（L2 Cache）集成到CPU内部，因此L2内存的速度必须要与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访问内存（Static Random Access Memory，SRAM）。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，不过由于速度快，因此集成到CPU内成为高速缓存以加快数据的访问是个不错的方式！
▶ 只读存储器（ROM）
主板上的组件非常多，而每个组件的参数又具有可调整性。比如CPU与内存的频率是可调整的；主板上如有内置的网卡或者显卡时，该功能是否启动与功能的各项参数被记录到主板上面的一个成为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会有一个电池的缘故。
CMOS的数据如何读取与更新呢？ BIOS（Basic Input Output System）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（Read Only Memory，ROM）。 ROM是一种非挥发性的内存。BIOS对于个人计算机非常重要，它是系统开机时候首先会去读取的一个小程序！
另外，固件（firmware）很多也是使用ROM来进行软件的写入。固件像软件一样也是一个被计算机所执行的程序，然而它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对日常操作没有太大关系，但是它控制着开机时各项硬件参数的取得！所以很多的硬件上面都会有ROM来写入固件中。
BIOS对计算机是非常重要的，随着计算机发展，BIOS原本使用的是无法改写的ROM，因此根本无法修正BIOS程序，为此，现在的BIOS通常写入闪存（Flash Memory）或EEPROM中。
0.2.3 显卡
显卡又成为VGA（Video Graphics Array），对于图形影像得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色彩深度，因为每个图像显示的颜色会占用内存，因此显卡上会有一个内存的容量，这个显卡内存容量将影响到屏幕分辨率与色彩深度。
除了显卡内存外，由于三度空间游戏（3D game）与一些3D动画的流行，显卡的“运算能力”越来越重要。一些3D的运算早期是交给CPU去运行的，但是CPU并非完全针对这些3D来进行设计，而且CPU平时已经非常忙碌了。所以后来显卡上嵌入一个3D加速的芯片，这就是GPU称谓的由来。
显卡主要也是通过北桥芯片与CPU、内存等通信。显卡也是需要高速运算的一个组件，所以数据的传输也是越快越好。
显卡的规格由早期的PCI导向AGP，AGP又被PCI-Express规格替代。这些插槽最大的区别就是在数据传输的频宽了。
| 规格 | 数据宽度(bit) | 速度(MHz) | 频宽 |
|---|---|---|---|
| PCI | 32 | 33 | 133MB/s |
| PCI 2.2 | 64 | 66 | 533MB/s |
| PCI-X | 64 | 133 | 1064MB/s |
| AGP 4x | 32t | 66x4 | 1066MB/s |
| AGP 8x | 32 bit | 66x8 MHz | 2133MB/s |
| PCle x1 | 无 | 无 | 250MB/s |
| PCle x8 | 无 | 无 | 2GB/s |
| PCle x16 | 无 | 无 | 4GB/s |
比较特殊的是，PCle（PCI-Express）使用类似管线的概念来处理，每条管线可以具有250MB/s的频宽性能，管线越大(最大可达 x32) 则总频宽越高。
Q：假设桌面使用1024x768分辨率，且使用全彩（每个像素占用3B的容量），显卡至少需要多少内存才能使用这样的彩度？
A:1024x768分辨率会有786432个像素，每个像素占用3B，所以总共需要2.25MB以上。但如果考虑屏幕的刷新率（每秒钟屏幕的刷新次数），显卡的内存还是越大越好。
0.2.4 硬盘与存储设备
计算机系统上面的存储设备包括硬盘、软盘、MO、CD、DVD、磁带机、U盘（内存）等，乃至于大型机器的局域网存储设备（SAN，NAS）等，都是可以用来存储数据的。其中最常见的就是硬盘了。
▶ 硬盘的物理组成
硬盘由许多的盘片、机械手臂、磁头与主轴马达所组成。
实际的数据都是写在具有磁性物质的盘片上，而读写主要通过在机械手臂上的读取头（Head）来完成。实际运行时，主轴马达让盘片转动，然后机械手臂可伸展让读取头在盘片上面进行读写的操作。由于单一盘片容量有限，有的硬盘内部会有两个以上的盘片。
▶ 盘片上数据
盘片上面好像有多个同心圆绘制出的饼图，而由圆心以放射状的方式分割出磁盘的最小存储单位，那就是扇区（Sector），在物理组成分面，每个扇区大小为512bytes，这个值是不会改变的。而扇区组成的一个圆就成为磁道（Track），如果是在多硬盘上面，在所有盘片上面的同一个磁道可以组成一个柱面（Cylinder），柱面也是一般我们分割硬盘时的最小单位。
计算整个硬盘的存储量时：
简单的计算公式就是：header数量 x 每个header负责的柱面数量 x 每个柱面所含有的扇区数量 x 扇区的容量；
单位换算为：header x cylinder/header x sector/cylinder x 512bytes/secter；
简单的写法为：Head x Cylinder x Sector x 512bytes。
不过需要注意的是，硬盘制造商在显示硬盘容量时，大多是以十进制来编号，因此市售的500GB硬盘，理论上仅会有460GB左右的容量。
▶ 传输接口
IDE接口
IDE接口插槽所使用的排线较宽，每条排线上面可以接两个IDE设备，由于可以接两个设备，为了判别两个设备的主/从（Master/Slave）架构，因此这种磁盘驱动器上需要调整跳针（Jump）成为Master或Slave才行。这种接口的最高传输速度为Ultra 133规格，即每秒理论传输速度可达133MB。SATA接口
SATA插槽接口比IDE接口小很多，每条SATA连接线仅能接一个SATA设备。SATA接口除了速度较快之外，由于其排线较细小，所以有利于主机壳内部的散热与安装。目前SATA已经发展到第二代，其速度由SATA-1的每秒150MB提升到SATA-2每秒300MB的传输速度，因此目前主流个人计算机硬盘已经被SATA替代了。
由于SATA一条排线仅接一块硬盘，所以不需要调整跳针。不过主板上SATA插槽的数量并不是固定的，且每个插槽都有编号，所以连接SATA时，还是需要留意一下。
SCSI接口
另一种常见于工作站等级以上的硬盘传输接口，在控制器上含有一块处理器，除了运转速度快之外，也比较不会耗费CPU资源。选购
容量
通常首先考虑就是容量问题。硬盘可能可以算是一种消耗品，要注意重要数据还是得经常备份出来。
缓冲存储器
硬盘上含有一个缓冲存储器，这个内存可以将硬盘内常使用得数据缓存起来，以加速系统的读取性能。通常这个缓冲存储器越大越好，因为缓冲存储器的速度比数据从硬盘中被找出来快得多。目前主流的产品可达16MB左右的内存大小。
转速
硬盘主要利用主轴马达转动盘片来访问，因此转速的快慢会影响到性能。主流的桌面型计算机硬盘为每分钟7200转，笔记本计算机则是5400转。若有高性能的数据访问需求，可以考虑购买高转速硬盘。
▶ 运转须知
硬盘内部机械手臂上的磁头与盘片的接触是很细微的空间，如果有抖动或者脏污在磁头与硬盘之间，就会造成数据的损毁或者使硬盘整个损毁。
因此，通电后，不要移动主机，避免硬盘抖动，而导致整个硬盘数据发生问题。另外，也不要直接断电关机，因为机械手臂必须要归回原位，所以使用系统的正常关机方式才能够有比较好的硬盘保养。
0.2.5 PCI适配卡
PCI通常提供多个给用户，显卡、网卡、声卡、特殊功能卡等组件是使用PCI接口传输的。
由于PCI Express规格的发展，很多制造商都王PCle接口开发硬件了。不过还是很多硬件使用PCI接口，例如大卖场常见的网卡。
目前个人计算机的网卡是一种成为以太网（Ethernet）的规格，目前以太网速度轻轻松松就能达到 10/100/100 Mbit/s的速度，但同样速度的以太网卡所支持的标准可能不太一样，因此造成价差是非常大的。
由于各组件的价格一直下降，现在主板上通常已经集成了相当多的设备组件。常见集成到主板上的组件包括声卡、网卡、USB控制卡、显卡、磁盘阵列卡等。主板上可以发现很多方形的芯片，那通常是一些个别的设备芯片。由于主板集成了很多常用的功能芯片，所以现在主板上安插的PCI适配卡就少了很多。
0.2.6 主板
主板是整台主机相当重要的一个部分，以上所谈到的组件都是安插在主板上的。而主板上面负责通信各个组件的就是芯片组。芯片组一般分为北桥与南桥。北桥负责CPU/RAM/VGA等的连接，南桥则负责PCI接口与速度较慢的I/O设备。
由于芯片组负责所有设备的通信，所以芯片组（尤其是北桥）也是一个散发高热量的组件。因此主板上常会发现一些外接的小风扇或者是散热片在这组芯片上面。
▶ 芯片组功能
所有芯片组几乎都是参考CPU的能力去规划的，而CPU能够接受的内存规格也不相同，因此在新购买或升级主机时，CPU、主板、内存与相关的接口设备都需要同时考虑才行。
每一种芯片组的功能都不太相同，有的芯片组强调的是全功能，因此连显卡、音效、网络等都集成了，在这样集成芯片中，你几乎只要购买CPU、主板、内存再加上硬盘，就能够组装成一台主机了。不过集成型芯片的性能通常比较弱。
独立型芯片具有较高的性能，不过要附带额外的花费。例如显卡、网卡、声卡等。但是可以随时换接口设备。
▶ 设备I/O地址与IRQ中断信道
主板是负责各个计算机组件之间的通信，I/O设备及不同的存储设备等之间的通信就需要用到所谓的I/O地址与IRQ。
- I/O地址类似每个设备的门牌号，每个设备都有它自己的地址，一般来说，不能有两个设备使用同一个I/O地址，否则系统就不知道如何运行这两个设备了。
- IRQ可以比作各个门牌连接到邮件中心（CPU）的专门路径。各设备可以通过IRQ中断信道来告知CPU该设备的工作情况，以方便CPU进行工作分配的任务。
▶ CMOS 与 BIOS
CMOS主要功能为记录主板上面的重要参数，包括系统时间、CPU电压与频率、各项设备的I/O地址与IRQ等，由于这些数据的记录要花费电力，因此主板上面才有电池。
BIOS为写入到主板上某一块闪存或EEPROM的程序，它可以在开机的时候执行，以加载CMOS当中的参数，并尝试调用存储设备中的开机程序，进一步进入操作系统当中。
▶ 连接接口设备
主板与各项输出/输入设备的连接主要都是在主机箱的后方
PS/2接口
常见的鼠标与键盘接口，不过渐渐被USB接口替代USB接口
目前相当流行的一个接口，支持即插即用。主流的USB版本为USB2.0，这个规格的速度可达480Mb/s，相对之下USB1.1仅达12Mb/s。USB3.0为蓝色插口。声音输出、输入与麦克风
这是一些圆形插孔，当主板有内置音效芯片是，才会有。RJ-45接口
如果有内置网络芯片，就会有该接口。类似电话街头，内部有八根线。HDMI
如果有内建显示芯片的话，可能就会提供这个与屏幕连接的接口了。这种接口可以同时传输声音与影像，目前也是电视机屏幕的主流连接接口。其他过时接口
早期用来连接鼠标的九针串行端口（com1），以及连接打印机的25针并列端口（LPT1）等。
0.2.7 电源供应器
机箱内，有个大大的铁盒子，有很多电源线会跑出来，那就是电源供应器了。 我们的CPU/RAM/主板/硬盘等等都需要用电，而近来的电脑元件耗电量越来越高，以前很古早的230W电源已经不够用了， 有的系统甚至得要有500W以上的电源才能够运行～
电源供应器相当于你的心脏， 心脏差的话，活动力就会不足了！所以， 稳定性差的电源供应器甚至是造成电脑不稳定的元凶！
- 能源转换率
电源供应器本身也会吃掉一部份的电力的！如果你的主机系统需要 300W 的电力时，因为电源供应器本身也会消耗掉一部份的电力， 因此你最好要挑选400W以上的电源供应器。
假如你的主板用电量为250W， 但是电源供应器其实已经使用掉320W的电力，则转换率为：250/320=0.78的意思。 这个数值越高表示被电源供应器“玩掉”的电力越少。
0.2.8 选购须知
在购买主机时应该需要进行整体的考虑，很难依照某一项标准来选购的。 老实说，如果你的公司需要一部服务器的话，建议不要自行组装，买品牌电脑的服务器比较好！ 这是因为自行组装的电脑虽然比较便宜，但是每项设备之间的适合性是否完美则有待自行检测。
在性能方面并非仅考虑CPU的能力而已，速度的快慢与“整体系统的最慢的那个设备有关！”，如果你是使用最快速的Intel i7 系列产品，使用最快的 DDR3-1600 内存， 但是配上一个慢慢的过时显卡，那么整体的3D速度性能将会卡在那个显卡上面！所以，在购买整套系统时， 请特别留意需要全部的接口都考虑进去。
例题：你的系统使用 i7 的 4790 CPU，使用了 DDR3-1600 内存，使用了 PCIe 2.0 x8 的磁盘阵列卡，这张卡上面安装了 8 颗 3TB 的理论速度可达 200MByte/s 的硬盘 （假设为可加总速度的 RAID0 配置）， 是安插在 CPU 控制芯片相连的插槽中。网络使用 Giga 网卡，安插在PCIe 2.0 x1 的接口上。在这样的设备中，上述的哪个环节速度可能是你的瓶颈？
答：DDR3-1600 的带宽可达：12.8GBytes/s
磁盘阵列卡理论传输率： PCIe 2.0 x 8 为 4GBytes/s
磁盘每颗 200MBytes/s，共八颗，总效率为： 200MBytes*8 ~ 1.6GBytes/s
网络接口使用 PCIe 2.0 1x 所以接口速度可达 500MBytes/s，但是 Giga 网络最高为125MBytes/s。
通过上述分析，我们知道，速度最慢的为网络的 125MBytes/s ！所以，如果想要让整体性能提升，网络恐怕就是需要克服的一环！
▶ 系统不稳定的可能原因
- 系统超频：这个行为很不好！不要这么做！
- 电源供应器不稳： 这也是个很严重的问题，当您测试完所有的元件都没有啥大问题时，记得测试一下电源供应器的稳定性！
- 内存无法负荷：现在的内存品质差很多，差一点的内存，可能会造成您的主机在忙碌的工作时， 产生不稳定或死机的现象喔！
- 系统过热：“热”是造成电子零件运行不良的主因之一，如果您的主机在夏天容易死机，冬天却还好，那么考虑一下加几个风扇吧！有助于机箱内的散热，系统会比较稳定！ “这个问题也是很常见的系统死机的元凶！”
