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  • 计算机硬件知识

    2012-08-28 12:54:01
    计算机硬件知识
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  • 计算机硬件知识讲解

    2013-10-31 22:38:22
    很全的一份计算机硬件知识文档,包括基本硬件和一些反码补码等知识
  • 计算机硬件知识的介绍,还是很不错的,下下来看看吧。
  • 计算机硬件知识总结

    千次阅读 2018-02-26 20:23:10
    计算机硬件对于软件工程师来说很多时候只是停留在一个概念上,例如CPU和内存,硬盘等等,这些都属于计算机组成原理里面必然会介绍到的,博主大学前期接触过大量的计算机硬件知识,曾几何时我甚至考虑过全身心投入到...

    计算机硬件对于软件工程师来说很多时候只是停留在一个概念上,例如CPU和内存,硬盘等等,这些都属于计算机组成原理里面必然会介绍到的,博主大学前期接触过大量的计算机硬件知识,曾几何时我甚至考虑过全身心投入到半导体行业,但是考虑到环境限制因素和个人职业的发展,折中选择了软件方向,但是最近阅读了一些机器学习相关的文章,也尝试过自己去训练模型,发现模型训练对硬件的要求比较特殊,这也让我有机会来从新总结一下硬件方面的知识,从软件工程师的角度介绍一下我理解的硬件知识。
    首先我主要介绍的是单机系统的硬件组成,不太涉及路由器和交换机等等网络设备,毕竟即使是分布式系统也是由一台台机器组成的,分布式系统技术会涉及很多网络和数据一致性方面的问题,这在单机系统里这些问题都几乎被解决了,因为它是由系统总线与各种高速并且可靠协议的传输保证。
    只要是计算机体系结构就离不开三个部分,处理运算模块,存储模块,通信模块。在单机系统里对应就是CPU,内存与硬盘,系统总线。
    无论是服务器还是PC,体系都差不多,只是在各个具体的部件对于性能和稳定性有一些特殊的要求,例如服务器更要求稳定性,因为服务器要保证7x24服务,而个人电脑更多强调的是比较强劲的性能,偶尔宕机只需要重新启动即可,这样用户是可以接受的。典型的电脑配置包含几个部分:CPU,内存,硬盘,显卡,主板,电源早期还有北桥(内置内存控制器等模块),南桥,还有散热系统。

    CPU是计算机的核心部件,也是计算机系统的核心,主要包含运算器,控制器,寄存器和之间的总线,还包含各个缓存与指令集。CPU的主要参数包括主频和多级缓存,还有核心架构,还有制造工艺,核心数,一般来说主频越高单位时间能够做的处理越快,早期的CPU位宽比较低,现在位宽都是64位,只有64位处理器才支持64和32操作系统,32位只支持32,幸运的是现在CPU几乎都是64。当然在同样架构的情况下比较主频才有意义,否则不同架构之间的单纯的比较主频是意义不大的。运算器进行逻辑运算会把中间值缓存到多级缓存,cache L1~L3,L1很小,但是速度最快,L3最次,这个当然是越大越好,但是由于其造价十分高昂,也由于空间限制,不可能制造的太大。因为同样的运算结果往往会被多次访问,这样的缓存结构能够大大增加数据访问的命中率,这样就能大大消除运算与存储之间的鸿沟。控制器能够有条不紊的协调多个组件之间的运行,指令集是各种组合操作的一套原语集,优化各种指令的执行效率,感兴趣可以了解下流水线的概念。CPU现在主要的是分为精简RISC和复杂CISC两个指令集,RISC主要是用简单的指令组合成复杂的指令,执行效率高。CISC是用复杂的指令尽量多的包含常见操作,执行效率低。现在主流的x86架构是CISC,intel与AMD处理器就是x86架构,比较广泛的RISC为IBM的powerPC,其应用在playstation游戏上,或则是著名的ARM都是RISC,其广泛应用在智能手机上。CPU的制造工艺为SOC上的晶体管逻辑门电路之间的距离,一般来说工艺为一个数字,这个数字越小代表着越精密,其在同样范围内的面积上能够放越多的晶体管,同样面积的范围处理能力也就越强,漏电也会降低,功耗也就越低,按照著名的摩尔定律预测,从1960年代开始,每18个月大概同样面积大小的芯片上的晶体管数量就会翻倍,当然最近几年由于已经逼近10nm,摩尔定律的时间周期正在延长,个人认为这与人们对高能效计算需求的迫切性是有关系的,毕竟现在大部分人的手机都比十年前的PC性能都强,计算能力已经比较过剩,这也间接加速了云计算的发展。比较著名的CPU设计厂家为Intel, AMD,Qualcomm, ARM,IBM,三星,联芯科技,联发科。著名的代工厂有TSMC(台积电),三星,global foundries。

    内存:内存的存在也是为了解决CPU与硬盘之间的速度差异,内存的特点是易失性存储,因为它的数据在断电之后就会消失,所以无法做永久的数据存储,但是其速度较快,因为早期的磁盘是机械部件,现在的存储一般也是容量和价格并不能兼得,所以内存就是为了解决这个问题,任何程序都会直接从外部存储先加载到内存,然后提供给CPU进行处理,内存的指标主要看内存类型,最先进的是DDR4内存,还要看带宽,其与CPU之间的通信是通过前端总线BUS去交互,外频X倍频=主频,主频x前端带宽基本就能得到前端总线的带宽,如果主板上支持多个slot插口,同样类型的内存还能组成双通道,这样就能大大提升带宽。内存一般也是由闪存颗粒组成,闪存颗粒也分很多种,NAND SLC,TLC等等,主要是性能和寿命之间的差异。

    硬盘:硬盘是真正存储数据的介质,现在也主要分为机械硬盘和固态硬盘,因为在这几十年,计算能力提升了上百倍,但是存储的接口却提升的十分缓慢,这就导致CPU出现了吃不饱的现象,木桶效应比较明显,毕竟机械硬盘是由机械臂,磁盘,转轴,控制器,硬盘缓存几个部件构成,虽然内部是真空,但是由于是机械部件,其寻磁道的时间是非常缓慢的,提升缓存一定程度可以提升速度但是无法根本上解决问题,这就导致了固态硬盘的发展,固态硬盘就是用闪存技术去存储数据,电子会比机械跑的更快。闪存的介质包含很多种,SLC性能相对低(但是仍旧远大于机械硬盘),但是寿命长点,TLC性能高,但是寿命短。固态硬盘也分多种接口,SATA是能够直接跟老的机械硬盘无力接口兼容,但是受到接口协议的限制,速度无法放开,理论也就600M/s,PCI-E和M.2接口是非常快的,至于接口,我在这里不展开了,主要就是各种协议和通道的区别导致的理论速度的差异,还有不同的主控和写入格式和制造工艺等等带来的差异会导致市面上的固态硬盘价格也区别比较大。固态硬盘主要的厂家有三星,英特尔,浦科特等,机械硬盘主要有希捷,西部数据,和HGST等。

    显卡:显卡主要由GPU和PCB面板构成,GPU全称为(Graphic process unit)图像处理单元,早期的电脑是只有集成显卡的,就是集成在主板上,或则后来还有APU, GPU早期也只是协助图像的处理,因为图像的显示是需要处理像素单元的,这样的运算让CPU来做并不是特别的合适,CPU主要适合做一些复杂的逻辑运算,而图像显示的处理更多是大量的简单的工作,CPU的核心一般也就是4个或则8个,就算是服务器,最多也就32个,这跟功耗和软件支持都有很大关系,GPU天生的设计就是大量核心,但是每个核心都不是特别的复杂,这样就非常适合做一些并行的操作,这也是现在火热的比特币挖矿的技术支持。GPU动辄上百个核心,每个核心能够做细微的运算再合并到显存进行输出,这是显卡的原理。英伟达的CUDA框架也可以让你用GPU做一些非图像的东西,例如深度学习模型的训练等等。

    主板:主板是很重要的,但是却最容易被忽视的一个部分,它是所有硬件之间通信的基础,只有主板能够协调各个硬件的工作,才能让整个计算机系统正常运行,主板上主要包含电路板,主板芯片,CMOS芯片和CPU与GPU和内存硬盘等插槽,IO面板等等。早期的主板芯片分为南桥和北桥,北桥主要有内存控制器和集成显卡和连接南桥的通道,现在内存控制器早已集成到CPU,北桥在很多主板已经消失,功能转移到其他部件内。南桥就主要连接了CPU和各个IO部件的通信。IO面板提供了鼠标键盘网线等等接口。主板也分为大板Ex-ATX和小板M-ATX和普通的主板,ATX代表设计布局,统一的布局方便兼容机箱。

    以上是我对与计算机硬件比较核心的硬件的理解,很多比较细小的方面没有详细展开,也可能存在一定的错误,但是大的内容应该没什么问题,特此做个总结,后期如果有人感兴趣,我可以更详细分析各个部件的一些指标甚至是制造过程。

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    2009-11-23 23:50:40
    计算机硬件知识课件 高中信息课程 基础知识
  • 计算机硬件知识整理

    2017-03-12 09:25:00
    计算机硬件知识整理 一.编程语言的作用 编程语言,就是让计算机为解决某个问题,而使用某种程序设计语言编写程序代码,并最终得到相应结果的过程。为了使计算机能够理解人的意图,人类就必须将需解决的问题的思路...

    计算机硬件知识整理

    一.编程语言的作用

    编程语言,就是让计算机为解决某个问题,而使用某种程序设计语言编写程序代码,并最终得到相应结果的过程。
    为了使计算机能够理解人的意图,人类就必须将需解决的问题的思路通过计算机能够理解的形式告诉计算机,这种人和计算机之间交流的过程就是编程。


    目前的主要编程语言有,Java, C, C++, Python, PHP, Pearl等。

    二. 编程语言的作用及与操作系统和硬件的关系

    操作系统(Operating System,简称OS)是管理和控制计算机硬件与软件的计算机程序,任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。

    操作系统是用户和计算机的接口,同时也是计算机硬件和其他软件的接口。操作系统的功能包括管理计算机系统的硬件、软件及数据资源,控制程序运行,改善人机界面,为其它应用软件提
    供支持,让计算机系统所有资源最大限度地发挥作用,提供各种形式的用户界面,使用户有一个好的工作环境,为其它软件的开发提供必要的服务和相应的接口等。实际上,用户是不用接触
    操作系统的,操作系统管理着计算机硬件资源,同时按照应用程序的资源请求,分配资源,如:划分CPU时间,内存空间的开辟,调用打印机等。

    我们今天的软件例如QQ, Youtube等都是在操作系统上运行的,在远古时代,程序员把硬件拆开,研究掌握硬件的所有具体细节,用编程语言之间操作硬件来编程的,但这是在没有任何操作系
    统的环境下进行的,因此也就影响了开发效率。所以,计算机硬件,操作系统,软件三者是相互依托,不可分离的。因此,我们可以看到,一套完整的计算机系统分为:计算机硬件,操作系
    统,软件(程序员开发的就是软件)。

    三. 计算机硬件介绍

    计算机硬件由CPU、内存以及I/O设备构成,这些都由一条系统总线(bus)连接起来并通过总线与其他设备通信。

    各部分具体介绍:

    CPU: 中央处理器(CPU,Central Processing Unit)是一块超大规模的集成电路,是一台计算机的运算核心(Core)和控制核心( Control Unit)。它的功能主要是解释计算机指令以及处
    理计算机软件中的数据。它相当于人的大脑,负责命令和运算。


    内存(Memory),用于暂时存放CPU中的运算数据,以及与硬盘等外部存储器交换的数据,它是与CPU进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的,因此内存的性能对计算机的
    影响非常大。其作用是只要计算机在运行中,CPU就会把需要运算的数据调到内存中进行运算,当运算完成后CPU再将结果传送出来,内存的运行也决定了计算机的稳定运行。 内存是由内存芯
    片、电路板、金手指等部分组成的,它相当于人的记忆,负责临时存储。


    硬盘(Hard Disk)是电脑主要的存储媒介之一,由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。碟片外覆盖有铁磁性材料。
    硬盘有固态硬盘(SSD 盘,新式硬盘)、机械硬盘(HDD 传统硬盘)、混合硬盘(HHD 一块基于传统机械硬盘诞生出来的新硬盘)。硬盘就像是人的笔记本,负责永久存储。

    输入设备(Input Device)是人或外部与计算机进行交互的一种装置,键盘,鼠标,摄像头,扫描仪,光笔,手写输入板,游戏杆,语音输入装置等都属于输入设备。输入设备是,用于把原始
    数据和处理这些数的程序输入到计算机中。输入设备是耳朵或眼睛,负责接收外部的信息传给CPU。

    输出设备(Output Device)是计算机硬件系统的终端设备,用于接收计算机数据的输出显示、打印、声音、控制外围设备操作等。也是把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音。
    等形式表现出来。常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统、磁记录设备等。输出设备相当于你的表情,负责经过处理后输出的结果。

    以上所有的设备都通过总线连接,总线相当于人的神经。

    3.1 处理器

    CPU的处理过程:取指->解码->执行下一条指令,周而复始,直至整个程序被执行完成。

    寄存器(Register)是中央处理器内的组成部分。寄存器是有限存贮容量的高速存贮部件,它们可用来暂存指令、数据和地址。在中央处理器的控制部件中,包含的寄存器有指令寄存器(IR)
    和程序计数器(PC)。在中央处理器的算术及逻辑部件中,存器有累加器(ACC)。


    寄存器的分类:

    1.通用寄存器:用来保存变量和临时结果的寄存器。

    2.程序计数器:它保存了将要取出的下一条指令的内存地址,在指令取出后,程序计算器就被更新以便执行后期的指令。

    3.堆栈指针,它指向内存中当前栈的顶端。该栈包含已经进入但是还没有退出的每个过程中的一个框架。在一个过程的堆栈框架中保存了有关的输入参数、局部变量以及那些没有保存在寄存
    器中的临时变量。

    4.程序状态字寄存器(Program Status Word,PSW),这个寄存器包含了条码位(由比较指令设置)、CPU优先级、模式(用户态或内核态),以及各种其他控制位。用户通常读入整个PSW,但是只
    对其中少量的字段写入。在系统调用和I/O中,PSW是非常重要的!

    寄存器的维护:操作系统必须知晓所有的寄存器。在时间多路复用的CPU中,操作系统会经常中止正在运行的某个程序并启动(或再次启动)另一个程序。每次停止一个运行着的程序时,操作
    系统必须保存所有的寄存器,这样在稍后该程序被再次运行时,可以把这些寄存器重新装入。

    内核态与用户态

    除了在嵌入式系统中的非常简答的CPU之外,多数CPU都有两种模式,即内核态与用户态。

    内核态: CPU可以访问内存所有数据, 包括外围设备, 例如硬盘, 网卡. CPU也可以将自己从一个程序切换到另一个程序

    用户态: 只能受限的访问内存, 且不允许访问外围设备. 占用CPU的能力被剥夺, CPU资源可以被其他程序获取

    内核态与用户态切换 
     
    2. 用户态和内核态的转换

    1)用户态切换到内核态的3种方式

    a. 系统调用

    这是用户态进程主动要求切换到内核态的一种方式,用户态进程通过系统调用申请使用操作系统提供的服务程序完成工作,比如前例中fork()实际上就是执行了一个创建新进程的系统调用。
    而系统调用的机制其核心还是使用了操作系统为用户特别开放的一个中断来实现,例如Linux的int 80h中断。

    b. 异常

    当CPU在执行运行在用户态下的程序时,发生了某些事先不可知的异常,这时会触发由当前运行进程切换到处理此异常的内核相关程序中,也就转到了内核态,比如缺页异常。

    c. 外围设备的中断

    当外围设备完成用户请求的操作后,会向CPU发出相应的中断信号,这时CPU会暂停执行下一条即将要执行的指令转而去执行与中断信号对应的处理程序,如果先前执行的指令是用户态下的程
    序,那么这个转换的过程自然也就发生了由用户态到内核态的切换。比如硬盘读写操作完成,系统会切换到硬盘读写的中断处理程序中执行后续操作等。

    这3种方式是系统在运行时由用户态转到内核态的最主要方式,其中系统调用可以认为是用户进程主动发起的,异常和外围设备中断则是被动的。


    计算机中第二重要的就是存储了,所有人都意淫着存储:速度快(这样cpu的等待存储器的延迟就降低了)+容量大+价钱便宜。然后同时兼备三者是不可能的,所以有了如下的不同的处理方式

    3.2 存储器

    存储器(Memory)是计算机系统中的记忆设备,用来存放程序和数据。计算机中的全部信息,包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控
    制器指定的位置存入和取出信息。

    L1缓存就是一级缓存,L2缓存就是二级缓存。

      一级缓存即L1 Cache。集成在CPU内部中,用于CPU在处理数据过程中数据的暂时保存。由于缓存指令和数据与CPU同频工作,L1级高速缓存缓存的容量越大,存储信息越多,可减少CPU与
    内存之间的数据交换次数,提高CPU的运算效率。但因高速缓冲存储器均由静态RAM组成,结构较复杂,在有限的CPU芯片面积上,L1级高速缓存的容量不可能做得太大。

      二级缓存就是一级缓存的缓冲器:一级缓存制造成本很高因此它的容量有限,二级缓存的作用就是存储那些CPU处理时需要用到、一级缓存又无法存储的数据。同样道理,三级缓存和内存
    可以看作是二级缓存的缓冲器,它们的容量递增,但单位制造成本却递减。需要注意的是,无论是二级缓存、三级缓存还是内存都不能存储处理器操作的原始指令,这些指令只能存储在CPU的
    一级指令缓存中,而余下的二级缓存、三级缓存和内存仅用于存储CPU所需数据。

    内存:内存是计算机中重要的部件之一,它是与CPU进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的,因此内存的性能对计算机的影响非常大。内存(Memory)也被称为内存储器
    ,其作用是用于暂时存放CPU中的运算数据,以及与硬盘等外部存储器交换的数据。只要计算机在运行中,CPU就会把需要运算的数据调到内存中进行运算,当运算完成后CPU再将结果传送出来
    ,内存的运行也决定了计算机的稳定运行。 内存是由内存芯片、电路板、金手指等部分组成的。

    NVRAM 非易失性随机访问存储器 (Non-Volatile Random Access Memory),是指断电后仍能保持数据的一种RAM。  如果通俗地解释非易失性存储器,那就是指断电之后,所存储的数据不丢
    失的随机访问存储器。  之所以加如此的定语,是因为:  1.与此对应的随机访问存储器(Random Access Memory,RAM)包含SRAM和DRAM(其又分为SDRAM,DDR SDRAM,DDR2 SDRAM ,
    RDRAM,Direct RDRAM),断电之后信息就丢失了。其中,DRAM又分为SDRAM(由6个晶体管组成),DDR SDRAM(有一个晶体管组成),DDR2 SDRAM(利用电平脉冲的上升沿和下降沿传输数据
    ,使得数据传输频率相对于普通的DDR SDRAM加倍) ,和采用RSL技术的RDRAM,Direct RDRAM。


    闪存(Flash Memory)是一种长寿命的非易失性(在断电情况下仍能保持所存储的数据信息)的存储器,数据删除不是以单个的字节为单位而是以固定的区块为单位,区块大小一般为256KB到
    20MB。闪存是电子可擦除只读存储器(EEPROM)的变种,EEPROM与闪存不同的是,它能在字节水平上进行删除和重写而不是整个芯片擦写,这样闪存就比EEPROM的更新速度快。由于其断电时
    仍能保存数据,闪存通常被用来保存设置信息,如在电脑的BIOS(基本输入输出程序)、PDA(个人数字助理)、数码相机中保存资料等。另一方面,闪存不像RAM(随机存取存储器)一样以
    字节为单位改写数据,因此不能取代RAM。

    CMOS与BIOS电池

    磁盘结构

    所谓BIOS,实际上就是微机的基本输入输出系统(Basic Input-Output System),其内容集成在微机主板上的一个ROM芯片上,主要保存着有关微机系统最重要的基本输入输出程序,系统信
    息设置、开机上电自检程序和系统启动自举程序等。

    CMOS(本意是指互补金属氧化物半导体存储嚣,是一种大规模应用于集成电路芯片制造的原料)是微机主板上的一块可读写的RAM芯片,主要用来保存当前系统的硬件配置和操作人员对某些参数
    的设定。CMOS RAM芯片由系统通过一块后备电池供电,因此无论是在关机状态中,还是遇到系统掉电情况,CMOS信息都不会丢失。
    由于CMOS RAM芯片本身只是一块存储器,只具有保存数据的功能,所以对CMOS中各项参数的设定要通过专门的程序。早期的CMOS设置程序驻留在软盘上的(如IBM的PC/AT机型),使用很不方便
    。现在多数厂家将CMOS设置程序做到了 BIOS芯片中,在开机时通过按下某个特定键就可进入CMOS设置程序而非常方便地对系统进行设置,因此这种CMOS设置又通常被叫做BIOS设置。


    3.3 磁盘

    计算机的外部存储器中也采用了类似磁带的装置,比较常用的一种叫磁盘。将圆形的磁性盘片装在一个方的密封盒子里,这样做的目的是为了防止磁盘表面划伤,导致数据丢失。有了磁盘之
    后,人们使用计算机就方便多了,不但可以把数据处理结果存放在磁盘中,还可以把很多输入到计算机中的数据存储到磁盘中,这样这些数据可以反复使用,避免了重复劳动。可是不久之后
    ,人们又发现了另一个问题:人们要存储到磁盘上的内容越来越多,众多的信息存储在一起,很不方便。这样就导致了文件系统的产生。只有低格才对磁盘有很大的伤害,其它的读写是不要
    紧的。

    平均寻道时间

    一般硬盘的平均寻道时间在7.14ms
    这里的寻道时间主要是指平均寻道时间,平均寻道时间是指MO磁光盘机在接收到系统指令后,磁头从开始移动到移动到数据所在磁道所需要的平均时间,它是指计算机在发出一个寻址命令,到相
    应目标数据被找到所需时间,单位为毫秒(ms).这是衡量MO磁光盘机的一个重要参数,其数值越小,则性能越好.
    平均寻道时间实际上是由MO磁光盘机转速、盘片容量等多个因素综合决定的一个参数,MO磁光盘机的转速越快,磁头在单位时间内所能扫过的盘片面积就越大;而MO磁光盘机的盘片容量越高,其
    数据记录密度也越高,磁头读写相同容量的数据时所需要扫过的盘片面积就越小,从而使平均寻道时间减少,从而提高MO磁光盘机性能.我们常以它来描述硬盘读取数据的能力.平均寻道时间越小
    ,硬盘的运行速率相应也就越快。

    平均延迟时间

    机械臂到达正确的磁道之后还必须等待旋转到数据所在的扇区下,这段时间成为延迟时间。

    虚拟内存:

    虚拟内存是计算机系统内存管理的一种技术。它使得应用程序认为它拥有连续的可用的内存(一个连续完整的地址空间),而实际上,它通常是被分隔成多个物理内存碎片,还有部分暂时存
    储在外部磁盘存储器上,在需要时进行数据交换。目前,大多数操作系统都使用了虚拟内存,如Windows家族的“虚拟内存”;Linux的“交换空间”等。

    3.4 磁带

    计算机磁带(cornputer magnetic tape),与磁带机起构成大中型计算机外存贮系统,要求存储容量大,可靠性高,数据传输快。


    3.5 I/O设备

    I/O设备,管理和控制计算机的所有输入/输出(I/O)设备是操作系统的主要功能之一,主要分为字符设备和块设备。一般由机械和电子两个部分组成。

    现代计算机系统中配置了大量的外围设备,即I/O设备。依据它们的工作方式的不同,通常进行如下分类:

    (1)字符设备(character device),又叫做人机交互设备。用户通过这些设备实现与计算机系统的通信。它们大多是以字符为单位发送和接受数据的,数据通信的速度比较慢。例如,键盘
    和显示器为一体的字符终端、打印机、扫描仪、包括鼠标等,还有早期的卡片和纸带输入和输出机。含有显卡的图形显示器的速度相对较快,可以用来进行图像处理中的复杂图形的显示。
    (2)块设备(block device),又叫外部存储器,用户通过这些设备实现程序和数据的长期保存。与字符设备相比,它们是以块为单位进行传输的,如磁盘、磁带和光盘等。块的常见尺寸为
    512~32768B之间。
    (3)网络通信设备。这类设备主要有网卡、调制解调器等,主要用于与远程设备的通信。这类设备的传输速度比字符设备高,但比外部存储器低。这种分类的方法并不完备,有些设备并没有
    包括。例如,时钟既不是按块访问,也不是按字符访问,它所做的是按照预先规定好的时间间隔产生中断。但是这种分类足以使操作系统构造出处理I/O设备的软件,使它们独立于具体的设备

    3.6 总线

    总线(Bus)是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线,它是由导线组成的传输线束, 按照计算机所传输的信息种类,计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线,
    分别用来传输数据、数据地址和控制信号。总线是一种内部结构,它是cpu、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道,主机的各个部件通过总线相连接,外部设备通过相应的接口电路再与
    总线相连接,从而形成了计算机硬件系统。在计算机系统中,各个部件之间传送信息的公共通路叫总线,微型计算机是以总线结构来连接各个功能部件的。

    北桥
    它主要负责CPU与内存之间的数据交换,并控制AGP、PCI数据在其内部的传输,是主板性能的主要决定因素。随着芯片的集成度越来越高,它也集成了不少其它功能。如:由于Althon64内部
    整合了内存控制器;nVidia在其NF3 250、NF4等芯片组中,去掉了南桥,而在北桥中则加入千兆网络、串口硬盘控制等功能。现在主流的北桥芯征的牌子有VIA、NVIDIA及SIS等
    南桥
    南桥芯片主要是负责I/O接口等一些外设接口的控制、IDE设备的控制及附加功能等等。常见的有VIA的8235、8237等;INTEL的有CH4、CH5、CH6等;nVIDIA的MCP、MCP-T、MCP RAID等。在这
    部分上,名牌主板与一般的主板并没有很大的差异,但是名牌主板凭着其出色的做工,还是成为不少人的首选。而不排除一部分质量稍差的主板为了在竞争中取得生存,可能会采用功能更强
    的南桥以求在功能上取胜。


    3.7 启动计算机

    计算机启动过程如下图:

     

     

    转载于:https://www.cnblogs.com/Baby-Lady/p/6536989.html

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  • 培训中心课件,计算机硬件知识讲座,好东西
  • 计算机硬件知识大全

    2013-11-07 15:43:47
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  • 简单的计算机硬件知识总结

    简单的计算机硬件知识总结

    1、冯诺依曼体系

    包含输入设备、存储器、输出设备和CPU(包括运算器、控制器)。
    提出计算机按照2进制进行存储和运算,并且按照程序顺序执行。

    2、硬件

    主要包括中央处理器(CPU)、内存、存储设备、输入设备、输出设备、通信设备。通过总线实现连接和数据传输。
    (1)中央处理器----CPU
    主要包括运算器和控制器,运算器实现算术或者逻辑运算,控制器实现分析指令并发出相应控制信号的功能。
    其中,赫兹HZ是指令执行速度的计量单位,1HZ表示1秒1个脉冲。
    1个CPU只有一个核(core)----处理器中实现指令读取和执行的部分,多核可提高处理能力。
    (2)存储设备
    包含硬盘、内存(内存中的信息断电会消失)、光驱(CD和DVD)、USB闪存驱动器(U盘),最早期还有软盘(内存小,后被淘汰掉)。
    (3)内存
    区分比特bit、字节byte。
    比特bit:1个0 或者 1个1存储为一个bit,是计算机中最小的存储单位。
    字节byte:计算机中最基本的存储单元。如果从存储的角度来看,是最小的存储单位。
    8bit=1byte
    另有KB、MB、GB、TB,之间的转换都是1024。
    (4)输入和输出设备
    最常见的输入设备,例如鼠标;最常见的输出设备,例如显示器。
    显示器的分辨率:是指显示设备水平和垂直两个方向上显示的像素(px)数。通常表示为:水平方向上现实的像素数垂直方向上现实的像素数,eg.19201080。
    (5)通信设备
    计算机通过通信设备进行联网,现在常用的通信设备有:网络接口卡(NIC)、无线网络。

    3、操作系统

    也是软件,是介于硬件和应用程序之间的,管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序,用户和计算机的接口,同时也是计算机硬件和其他软件的接口。

    打卡第一天系统学习Java语言,虽然还没有正式接触Java内容,明天继续。

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  • 计算机硬件知识课件

    2013-04-27 21:45:02
    帮助更加了解计算机硬件方面的知识 1、掌握外部设备的组成; 2、识别主板、CPU、内存、硬盘并掌握其作用与性能指标; 3、能识别其他部件如显卡、声卡等并了解其作用;
  • 计算机硬件知识大全 鼠标、键盘基本知识 关于双硬盘的安装与设置 DM分区软件使用详解【图文】 教你23条让硬件长寿的基本技巧
  • 其中包含:计算机硬件知识入门及常见故障处理
  • 计算机硬件知识----带试题答案。 非常的全。。。。
  • 计算机硬件 目录 计算机硬件 一、CPU 1、什么是CPU 2、CPU生产厂商 3、CPU相关的参数(性能指标) 二、 主板 三、内存 四、硬盘 1、参数 五、显卡 六、显示器 1、基本概念 2、物理分辨率和图像图片...

    计算机硬件

     

    目录

    计算机硬件

    一、CPU

    1、什么是CPU

     2、CPU生产厂商

     3、CPU相关的参数(性能指标)

    二、 主板

    三、内存 

    四、硬盘

    1、参数

    五、显卡

    六、显示器

    1、基本概念

    2、物理分辨率和图像图片分辨率

    七、其他硬件


    一、CPU

    1、什么是CPU

    也叫中央处理器(CPU,central processing unit)作为计算机系统的运算和控制核心,是信息处理、程序运行的最终执行单元。简单来说,CPU就是计算机的大脑。它长成下面这个样子:

     2、CPU生产厂商

         CPU制造工艺的微米是指IC内电路与电路之间的距离。制造工艺的趋势是向密集度愈高的方向发展。密度愈高的IC电路设计,意味着在同样大小面积的IC中,可以拥有密度更高、功能更复杂的电路设计。主要的180nm、130nm、90nm、65nm、45纳米、22nm。

    • Intel:生产CPU的老大哥,市场份额占到80%,Intel生产的CPU就成了事实上的x86CPU技术规范和标准,最新的酷睿2成为CPU的首选。intel已经于2010年发布32纳米的制造工艺的酷睿i3/酷睿i5/酷睿i7系列并于2012年4月发布了22纳米酷睿i3/i5/i7系列。并且已有14nm产品的计划。

    • AMD:除了Intel公司外,最有力的挑战的就是AMD公司。AMD公司专门为计算机、通信和消费电子行业设计和制造各种创新的微处理器(CPU、GPU、APU、主板芯片组、电视卡芯片等)、闪存和低功率处理器解决方案,AMD 致力为技术用户——从企业、政府机构到个人消费者——提供基于标准的、以客户为中心的解决方案。
    • AMD是目前业内唯一一个可以提供高性能CPU、高性能独立显卡GPU、主板芯片组三大组件的半导体公司,为了明确其优势,AMD提出3A平台的新标志,在笔记本领域有“AMD VISION”标志的就表示该电脑采用3A构建方案,AMD 有超过70% 的收入都来自于国际市场,是一家真正意义上的跨国公司。

    • IBM:国际商业机器公司IBM,拥有了自己的芯片生产线,主要生产服务器用POWER处理器。

    • 龙芯中国科学院计算所自主研发的通用CPU。龙芯(Loongson)从2001年至今共开发了1号、2号、3号三个系列处理器和龙芯桥片系列,2002年8月10日诞生的“龙芯一号”是我国首枚拥有自主知识产权的通用高性能微处理芯片  。在政企、安全、金融、能源等应用场景得到了广泛的应用。
    • 龙芯1号系列为32位低功耗、低成本处理器,主要面向低端嵌入式和专用应用领域;
    • 龙芯2号系列为64位低功耗单核或双核 [5]  系列处理器,主要面向工控和终端等领域;
    • 龙芯3号系列为64位多核系列处理器, 主要面向桌面和服务器等领域。 

     3、CPU相关的参数(性能指标)

     主频:也叫时钟频率,单位是兆赫(MHz)或千兆赫(GHz),用来表示CPU的运算、处理数据的速度。CPU的主频=外频×倍频系数,主频和实际的运算速度存在一定的关系,但并不是一个简单的线性关系. 所以,CPU的主频与CPU实际的运算能力是没有直接关系的,主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度。主频和实际的运算速度是有关的,只能说主频仅仅是CPU性能表现的一个方面,而不代表CPU的整体性能。

    外频:CPU的基准频率,单位是MHz,是CPU与主板之间同步运行的速度。CPU的外频决定着整块主板的运行速度。通俗地说,在台式机中,所说的超频,都是超CPU的外频(当然一般情况下,CPU的倍频都是被锁住的)相信这点是很好理解的。

    前端总线(FSB)频率(即总线频率):是直接影响CPU与内存直接数据交换速度,简单理解就是CPU算完了,要把结果传给内存了,两者之间的传输速度。

            外频与前端总线(FSB)频率的区别:前端总线的速度指的是数据传输的速度,外频是CPU与主板之间同步运行的速度。也就是说,100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一亿次;而100MHz前端总线指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是100MHz×64bit÷8bit/Byte=800MB/s。

    倍频系数:倍频系数是指CPU主频与外频之间的相对比例关系。在相同的外频下,倍频越高CPU的频率也越高。但实际上,在相同外频的前提下,高倍频的CPU本身意义并不大。这是因为CPU与系统之间数据传输速度是有限的,一味追求高主频而得到高倍频的CPU就会出现明显的“瓶颈”效应-CPU从系统中得到数据的极限速度不能够满足CPU运算的速度。

    CPU的位和字长:位:在数字电路和电脑技术中采用二进制,代码只有“0”和“1”,其中无论是 “0”或是“1”在CPU中都是 一“位”。

          字长:电脑技术中对CPU在单位时间内(同一时间)能一次处理的二进制数的位数叫字长。 所以能处理字长为8位数据的CPU通常就叫8位的CPU。同理32位的CPU就能在单位时间内处理字长为32位的二进制数据。字节和字长的区别:由于常用的英文字符用8位二进制就可以表示,所以通常就将8位称为一个字节。字长的长度是不固定的,对于不同的CPU、字长的长度也不一样。8位的CPU一次只能处理一个字节,而32位的CPU一次就能处理4个字节,同理字长为64位的CPU一次可以处理8个字节。

    缓存缓存(Cache)大小也是CPU的重要指标之一,CPU内缓存的运行频率极高,一般是和处理器同频运作,工作效率远远大于系统内存和硬盘,而且缓存的结构也对CPU速度的影响非常大。CPU往往需要重复读取同样的数据块,缓存容量的增大,可以大幅度提升CPU内部读取数据的命中率,而不用再重复到内存或者硬盘上寻找,以此提高系统性能。

    二、 主板

          主板是电脑各个配件的连接平台。主板的规格(尺寸)分为大、中、小三种,我们台式机的机箱中一般是全尺寸,使用的是大板。还有一些经济型的主板,为了节约成本,尺寸比较小,通常用于小型的机箱。电脑中的其他配件,如内存、CPU等都需要插到主板的特定插槽中才能使用。硬盘、电源等设备需要通过数据线跟主板上的各类接口连接。电源通过连线插到主板上之后,由主板就可以向电脑各个配件供电。

    三、内存 

           内存作用是用于暂时存放CPU中的运算数据,以及与硬盘外部存储器交换数据。只要计算机在运行中,操作系统就会把需要运算的数据从内存调到CPU中进行运算,当运算完成后CPU再将结果传送出来,内存的运行也决定了计算机的稳定运行。 内存条是由内存芯片、电路板、金手指等部分组成的。 

          内存又称主存,是CPU直接寻址存储空间,由半导体器件制成。内存的特点是存取速率快。内存是电脑中的主要部件,它是相对于外存而言的。我们平常使用的程序,如Windows操作系统、打字软件游戏软件等,一般都是安装硬盘外存上的,但仅此是不能使用其功能的,必须把它们调入内存中运行,才能真正使用其功能,我们平时输入一段文字,或玩一个游戏,其实都是在内存中进行的。就好比在一个书房里,存放书籍的书架和书柜相当于电脑的外存,而我们工作的办公桌就是内存。通常我们把要永久保存的、大量的数据存储外存上,而把一些临时的或少量的数据和程序放在内存上,当然内存的好坏会直接影响电脑的运行速度。

    四、硬盘

        计算机系统的数据存储器或者叫外存,容量是硬盘最主要的参数。

    1、参数

    单碟容量:指硬盘单片盘片的容量,单碟容量越大,单位成本越低,平均访问时间也越短。

    转速:是硬盘内电机主轴的旋转速度,也就是硬盘盘片在一分钟内所能完成的最大转数。转速的快慢是标示硬盘档次的重要参数之一,它是决定硬盘内部传输率的关键因素之一,在很大程度上直接影响到硬盘的速度。硬盘的转速越快,硬盘寻找文件的速度也就越快,相对的硬盘的传输速度也就得到了提高。硬盘转速以每分钟多少转来表示,单位表示为RPM,RPM是Revolutions Per minute的缩写,是转/每分钟。RPM值越大,内部传输率就越快,访问时间就越短,硬盘的整体性能也就越好。

    家用的普通硬盘的转速一般有5400rpm、7200rpm几种,高转速硬盘是台式机用户的首选;而对于笔记本用户则是4200rpm、5400rpm为主,虽然已经有公司发布了7200rpm的笔记本硬盘,但在市场中还较为少见;服务器用户对硬盘性能要求最高,服务器中使用的SCSI硬盘转速基本都采用10000rpm,甚至还有15000rpm的,性能要超出家用产品很多。

    五、显卡

    显卡(英语:Video cardDisplay cardGraphics cardVideo adapter),是个人计算机最基本组成部分之一,用途是将计算机系统所需要的显示信息进行转换驱动显示器,并向显示器提供逐行或隔行扫描信号,控制显示器的正确显示,是连接显示器和个人计算机主板的重要组件。

    它主要负责把主机向显示器发出的显示信号转化为一般电器信号,使得显示器能明白个人计算机在让它做什么。显卡主要由显卡主板、显示芯片、显示存储器、散热器(散热片、风扇)等部分组成。显卡的主要芯片叫“显示芯片”(Video chipset,也叫GPUVPU,图形处理器或视觉处理器),是显卡的主要处理单元。显卡上也有和计算机存储器相似的存储器,称为“显示存储器”,简称显存。简单总述,显卡就是把存储的数字信息变成图片或者视频等数据,交给显示器显示出来。

    六、显示器

    1、基本概念

    720P指的是分辨率是1280 X 720,又名半高清,或者叫标准高清,是高清的最低标准,只要达到了720P这个标准,才干叫高清视频。1080P的分辨率为1920 X 1080,又名全高清。 

    • 根据不用分辨率可分为2K、4K屏:2K屏:1920*1080、1998*1080、2048*1080/2048*858;4K屏:3840*2160、3996*2160、4096*2160/4096*1716;
    • 像素:屏幕或者图片长度计量的最小单位,一个图片就是有千万个像素点构成的,每一个像素点内部,都是红绿蓝光学三原色进行不同的颜色搭配组成的,像素点越多,显示的图片和视频越清晰,就像分辨率1920*1080,表示长有1920个像素点,宽有1080个像素点。

    • 尺寸:屏幕或图片的长宽方向上各有多少个像素点构成

    • 分辨率:

      • 图片分辨率(逻辑分辨率):水平或垂直方向上每英寸的像素数,也就是分辨率的两个数字表明的是图片在长和宽上占的像素点数。图像的分辨率越高,所包括的像素就越多,图像就越清晰,印刷的质量也就越好。同时,它也会增加文件占用的存储空间。

      • 屏幕分辨率:也是显现分辨率,是屏幕图像的精密度,是指显现器所能显现的像素有多少,屏幕水平垂直方向的像素数,也就是有多少个发光器件而已。因为屏幕上的点、线和面都是由像素组成的,显现器可显现的像素越多,画面就越精密,同样的屏幕区域内能显现的信息也越多。

    • PPI:每英寸屏幕上的像素数量(仅屏幕才有这个概念)

    2、物理分辨率和图像图片分辨率

    物理屏幕像素值

    手机名称 小米6  
    屏幕分辨率 1920*1080 垂直水平方向各有 1920、1080个像素点
    屏幕宽高 4.49*2.52英寸 屏幕宽高的英寸值
    屏幕宽高 11.40*6.41 厘米 屏幕宽高的厘米值
    屏幕尺寸 5.15 英寸 屏幕左上角到右下角的距离值 13.08 厘米
    PPI 428 每英寸有 428 个像素点

    图片像素: 

    属性 白话
    图片尺寸 420*420 水平方向跟垂直方向各自有420个像素点
    图片分辨率 72*72 水平方向跟垂直方向上每英寸有72个像素点
    存储大小 15.95 KB (16,335 bytes) 图片存储在电脑硬盘上占用的空间大小
    图片实际长度 5.83 * 5.83 英寸 420 / 72
    图片实际长度 14.81 * 14.81 厘米 一英寸等于 2.54 厘米

    参考链接:

    七、其他硬件

    电源:他不是直接给CPU、显卡、内存、硬盘等各个配件供电的。而是将交流电变换为稳定的可靠的直流电,供给主机箱内的主板,然后再由主板给CPU、显卡、内存等各个配件供电。‘

    光驱:用来读写光碟内容的机器。光驱分为CD-ROM驱动器、DVD光驱(DVD-ROM)、康宝(COMBO)、蓝光光驱(BD_ROM)和刻录机。他的特点是容量大、成本低廉、稳定性好、便于携带、寿命长(跟生产厂商有关系)。

     鼠标、键盘、机箱,就不在多说。

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    2008-12-06 12:12:13
    计算机硬件 一、计算机组件知识 二、计算机装机原则 三、进阶学习

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