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硬件(英文名Hardware)是计算机硬件的简称(中国大陆及香港用语,台湾叫作:硬体),是指计算机系统中由电子,机械和光电元件等组成的各种物理装置的总称。这些物理装置按系统结构的要求构成一个有机整体为计算机软件运行提供物质基础。简而言之,硬件的功能是输入并存储程序和数据,以及执行程序把数据加工成可以利用的形式。从外观上来看,微机由主机箱和外部设备组成。主机箱内主要包括CPU、内存、主板、硬盘驱动器、光盘驱动器、各种扩展卡、连接线、电源等;外部设备包括鼠标、键盘等。 展开全文
硬件(英文名Hardware)是计算机硬件的简称(中国大陆及香港用语,台湾叫作:硬体),是指计算机系统中由电子,机械和光电元件等组成的各种物理装置的总称。这些物理装置按系统结构的要求构成一个有机整体为计算机软件运行提供物质基础。简而言之,硬件的功能是输入并存储程序和数据,以及执行程序把数据加工成可以利用的形式。从外观上来看,微机由主机箱和外部设备组成。主机箱内主要包括CPU、内存、主板、硬盘驱动器、光盘驱动器、各种扩展卡、连接线、电源等;外部设备包括鼠标、键盘等。
信息
外文名
Hardware
分    类
输出设备、输入设备、CPU等
中文名
硬件
全    称
计算机硬件
硬件基本部件
计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五个逻辑部件组成运算器由算术逻辑单元(ALU)、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。算术逻辑运算单元(ALU)的基本功能为加、减、乘、除四则运算,与、或、非、异或等逻辑操作,以及移位、求补等操作。控制器(Control Unit),是整个计算机系统的控制中心,它指挥计算机各部分协调地工作,保证计算机按照预先规定的目标和步骤有条不紊地进行操作及处理。控制器从存储器中逐条取出指令,分析每条指令规定的是什么操作以及所需数据的存放位置等,然后根据分析的结果向计算机其它部件发出控制信号,统一指挥整个计算机完成指令所规定的操作。中央处理器( CentralProcessingUnit,CPU),由运算器和控制器组成,是任何计算机系统中必备的核心部件。CPU由运算器和控制器组成,分别由运算电路和控制电路实现。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。有了存储器,计算机才有记忆功能,才能保证正常工作。向计算机输入数据和信息的设备。是计算机与用户或其他设备通信的桥梁。输入设备是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。输出设备(Output Device)是计算机的终端设备,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、声音等形式表示出来。
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  • 计算机硬件思维导图

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    计算机硬件

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  • 计算机硬件概述

    千次阅读 2019-09-15 14:57:43
    第二节:计算机硬件基础2.1 冯诺依曼结2.2 巧记计算机硬件2.3 计算机硬件实物图解2.3.1 cpu2.3.1.1 CPU的分类2.3.1.1.1 精简指令集2.3.1.1.2 复杂指令集2.3.1.2 CPU历史2.3.1.3 控制器2.3.1.4 处理器设计的演变2.3....

    第二节:计算机硬件基础

    2.1 冯诺依曼结构

    冯诺依曼
    1944年,冯·诺伊曼参加原子弹的研制工作,该工作涉及到极为困难的计算。在对原子核反应过程的研究中,要对一个反应的传播做出“是”或“否”的回答。解决这一问题通常需要通过几十亿次的数学运算和逻辑指令,尽管最终的数据并不要求十分精确,但所有的中间运算过程均不可缺少,且要尽可能保持准确。他所在的洛·斯阿拉莫斯实验室为此聘用了一百多名女计算员,利用台式计算机从早到晚计算,还是远远不能满足需要。无穷无尽的数字和逻辑指令如同沙漠一样把人的智慧和精力吸尽。

    被计算机所困扰的诺伊曼在一次极为偶然的机会中知道了ENIAC计算机的研制计划,从此他投身到计算机研制这一宏伟的事业中,建立了一生中最大的丰功伟绩。

    1944年夏的一天,正在火车站候车的冯·诺伊曼巧遇戈尔斯坦,并同他进行了短暂的交谈。当时,戈尔斯坦是美国弹道实验室的军方负责人,他正参与ENIAC计算机的研制工作。在交谈在,戈尔斯坦告诉了冯·诺伊曼有关ENIAC的研制情况。具有远见卓识的冯·诺伊曼为这一研制计划所吸引,他意识到了这项工作的深远意义。

    冯·诺依曼由ENIAC机研制组的戈尔德斯廷中尉介绍参加ENIAC机研制小组后,便带领这批富有创新精神的年轻科技人员,向着更高的目标进军.1945年,他们在共同讨论的基础上,发表了一个全新的"存储程序通用电子计算机方案"–EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer的缩写).在这过程中,冯·诺依曼显示出他雄厚的数理基础知识,充分发挥了他的顾问作用及探索问题和综合分析的能力。诺伊曼以“关于EDVAC的报告草案”为题,起草了长达101页的总结报告。报告广泛而具体地介绍了制造电子计算机和程序设计的新思想。这份报告是计算机发展史上一个划时代的文献,它向世界宣告:电子计算机的时代开始了。

    EDVAC方案明确奠定了新机器由五个部分组成,包括:运算器1、逻辑控制装置2、存储器3、输入4和输出设备5,并描述了这五部分的职能和相互关系.报告中,诺伊曼对EDVAC中的两大设计思想作了进一步的论证,为计算机的设计树立了一座里程碑。

    EDVAC设计思想之一是二进制,他根据电子元件双稳工作的特点,建议在电子计算机中采用二进制。报告还提到了二进制的优点,并预言,二进制的采用将大简化机器的逻辑线路。
    在这里插入图片描述

    2.2 巧记计算机硬件

    计算机是人的奴隶,可以将其当作一个人去看,请思考下述组件等同于人的哪些器官:

    控制器+运算器=CPU,CPU、内存(主存储器)以及其他I/O设备都由一条系统总线(bus)连接起来并通过总线与其他设备通信
    现代计算机的结构更复杂,包括多重总线,后面会讲到
    在这里插入图片描述

    将计算机类比为人
    上课开始,老师讲课,学生听课,老师是程序员,学生是计算机,学生的器官都是计算机各部分组成

    1.你通过耳朵接收老师讲的知识->输入
    输入设备是耳朵或眼睛或嘴巴,负责接收外部的信息存入内存

    2.通过自己的神经,将接收的数据存入自己的内存/短期记忆(总线、内存)
    内存是人的记忆,负责临时存储

    3.光听不行,你还需要反应/处理老师讲的知识,于是你的大脑/cpu从短期记忆里取出知识/指令,分析知识/指令,然后学习知识/执行指令 (cpu取指、分析、执行)
    cpu是人的大脑,负责控制全身和运算

    4.你通过作业或者说话输出你学到的结果
    输出设备是你的脸部(表情)或者屁股,负责经过处理后输出的结果

    5.你想要永久将知识保存下来,只能拿出一个笔记本,把刚刚学会的知识都写到本子上,这个本子就是硬盘(磁盘)
    硬盘是人的笔记本,负责永久存储

    2.3 计算机硬件实物图解

    在这里插入图片描述
    我们买来电脑,如果只有键盘鼠标、显示器、音箱,我们能玩电脑么?肯定不能。 那么其实电脑机箱才是真正的工作的设备,输入输出设备只是用来让我们和电脑机箱来做交互的。

    那机箱内部都有什么呢?我们看一下下面的图片:
    在这里插入图片描述
    我们来看一下这里的零件都有什么用

    主板:连接所有其他设备的设备,是其他设备的载体,主板主要是为CPU、内存、显卡、硬盘等提供平台,相当于人体的躯干,关联着各个器官。
    主板

    2.3.1 cpu

    CPU:中央处理单元(Cntral Pocessing Uit)的缩写,也叫处理器,是计算机的运算核心和控制核心。人靠大脑思考,电脑靠CPU来运算、控制。让电脑的各个部件顺利工作,起到协调和控制作用。
    在这里插入图片描述
    通常将运算器和控制器合称为中央处理器(Central Processing Unit,CPU)。其中运算器用来主要负责程序运算与逻辑判断,控制器则主要协调各组件和各单元的工作,所以CPU的工作主要在于管理和运算。可以说计算机的大脑就是CPU,它从内存中取指令->解码->执行,然后再取指->解码->执行下一条指令,周而复始,直至整个程序被执行完成。

    既然CPU的重点在于进行运算和判断,那么要被运算与判断的数据是从哪里来的?CPU读取的数据都是从主存储器(内存)来的!主存储器内的数据则是从输入单元所传输进来!而CPU处理完毕的数据也必须先写回主存储器中,最后数据才从主存储器传输到输出单元。

    综合上面所说的,我们会知道其实计算机是由:输入单元、输出单元、CPU(控制单元、算术逻辑单元)与主存储器五大单元构成的。也可以说CPU+输入输出+主存储器构成了电子计算机的三大核心组件,相关性如下图:
      cpu
      在超大规模集成电路构成的微型计算机中,往往将CPU制成一块具有特定功能的芯片,称为微处理器,芯片里边有编写好的微指令集,我们在主机上的所有操作或者说任何软件的执行最终都要转化成cpu的指令去执行,如输入输出,阅读,视频,上网等这些都要参考CPU是否内置有相关微指令集才行。如果没有那么CPU无法处理这些操作。不同的CPU指令集不同对应的功能也不同,这就好比不同的人脑,对于大多数人类来说,人脑的结构一样,但是大家的智商都有差别。
      
       那么目前世界上的主流CPU由那些呢?我们笔记本上贴的Intel、AMD是怎么回事呢?下面我们来认识一下:

    2.3.1.1 CPU的分类

    我们已经知道CPU内部是含有微指令集的,我们所使用的的软件都要经过CPU内部的微指令集来完成才行。这些指令集的设计主要又被分为两种设计理念,这就是目前世界上常见到的两种主要的CPU种类:分别是精简指令集(RISC)与复杂指令集(CISC)系统。下面我们就来谈谈这两种不同CPU种类的差异!

    2.3.1.1.1 精简指令集

    精简指令集(Reduced Instruction Set Computing,RISC):这种CPU的设计中,微指令集较为精简,每个指令的运行时间都很短,完成的动作也很单纯,指令的执行效能较佳;但是若要做复杂的事情,就要由多个指令来完成。常见的RISC指令集CPU主要例如Sun公司的SPARC系列、IBM公司的Power Architecture(包括PowerPC)系列、与ARM系列等。【注:Sun已经被Oracle收购;】

    SPARC架构的计算机常用于学术领域的大型工作站中,包括银行金融体系的主服务器也都有这类的计算机架构;

    PowerPC架构的应用,如Sony出产的Play Station 3(PS3)使用的就是该架构的Cell处理器。

    ARM是世界上使用范围最广的CPU了,常用的各厂商的手机、PDA、导航系统、网络设备等,几乎都用该架构的CPU。

    2.3.1.1.2 复杂指令集

    复杂指令集(Complex Instruction Set Computer,CISC)与RISC不同,在CISC的微指令集中,每个小指令可以执行一些较低阶的硬件操作,指令数目多而且复杂,每条指令的长度并不相同。因此指令执行较为复杂所以每条指令花费的时间较长,但每条个别指令可以处理的工作较为丰富。常见的CISC微指令集CPU主要有AMD、Intel、VIA等的x86架构的CPU。

    由于AMD、Intel、VIA所开发出来的x86架构CPU被大量使用于个人计算机(Personal Computer)上面,因此,个人计算机常被称为x86架构的计算机!举个例子,我们在MySQL官网下载MySQL时名字为:
    Windows(x86,32-bit),ZIP Archive
    (mysql-5.7.20-win32.zip)

    我们发现名字中有x86,这其实就是告诉我们该软件应用于x86结构的计算机。那么为何称为x86架构呢?这是因为最早的那颗Intel发展出来的CPU代号称为8086,后来依此架构又开发出80285、80386…,因此这种架构的CPU就被称为x86架构了。

    在2003年以前由Intel所开发的x86架构CPU由8位升级到16、32位,后来AMD依此架构修改新一代的CPU为64位,为了区别两者的差异,因此64位的个人计算机CPU又被统称为x86_64的架构了。

    不同的x86架构的CPU的差别在哪呢?除了CPU的整体结构(如第二层缓存、每次运作可执行的指令数等)之外,主要是在于微指令集的不同。新的x86的CPU大多含有很先进的微指令集,这些微指令集可以加速多媒体程序的运作,也能够加强虚拟化的效能,而且某些微指令集更能够增加能源效率,让CPU耗电量降低,这对于高电费是个不错的消息。 试想一下,如果CPU的指令集都相同,那么OS是不是就不用分32bit和64bit了,各种程序的跨平台是不是就更简单了呢。

    2.3.1.2 CPU历史

    计算机的发展主要表现在其核心部件——微处理器【微处理器由一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理器。这些电路执行控制部件和算术逻辑部件的功能。微处理器能完成取指令、执行指令,以及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作,是微型计算机的运算控制部分。它可与存储器和外围电路芯片组成微型计算机。】的发展上,每当一款新型的微处理器出现时,就会带动计算机系统的其他部件的相应发展,如计算机体系结构的进一步优化,存储器存取容量的不断增大、存取速度的不断提高,外围设备的不断改进以及新设备的不断出现等。根据微处理器的字长和功能,可将其发展划分为以下几个阶段。
    在这里插入图片描述
     总结:CPU按照指令集可以分为精简指令集CPU和复杂指令集CPU两种,区别在于前者的指令集精简,每个指令的运行时间都很短,完成的动作也很单纯,指令的执行效能较佳;但是若要做复杂的事情,就要由多个指令来完成。后者的指令集每个小指令可以执行一些较低阶的硬件操作,指令数目多而且复杂,每条指令的长度并不相同。因为指令执行较为复杂所以每条指令花费的时间较长,但每条个别指令可以处理的工作较为丰富。

    根据位数又可分为32bit和64bit(指的是CPU一次执行指令的数据带宽),这个具体后面了解。CPU往往又可细分为运算器和控制器两部分,下面我们再来叙说一下这两部分。
    #2.1、运算器
      运算器是对信息进行处理和运算的部件。经常进行的运算是算术运算和逻辑运算,所以运算器又可称为算术逻辑运算部件(Arithmetic and Logical,ALU)。

    运算器的核心是加法器。运算器中还有若干个通用寄存器或累加寄存器,用来暂存操作数并存放运算结果。寄存器的存取速度比存储器的存放速度快很多。关于寄存器,我们在后面介绍CPU的时候再认识。

    2.3.1.3 控制器

    控制器是整个计算机的指挥中心,它的主要功能是按照人们预先确定的操作步骤,控制整个计算机的各部件有条不紊的自动工作。

    控制器从主存中逐条地读取出指令进行分析,根据指令的不同来安排操作顺序,向各部件发出相应的操作信号,控制它们执行指令所规定的任务。

    控制器中包括一些专用的寄存器。
    因访问内存以得到指令或数据的时间比cpu执行指令花费的时间要长得多,所以,所有CPU内部都有一些用来保存关键变量和临时数据的寄存器,这样通常在cpu的指令集中专门提供一些指令,用来将一个字(可以理解为数据)从内存调入寄存器,以及将一个字从寄存器存入内存。cpu其他的指令集可以把来自寄存器、内存的操作数据组合,或者用两者产生一个结果,比如将两个字相加并把结果存在寄存器或内存中。

    寄存器的分类:

    1.除了用来保存变量和临时结果的通用寄存器外

    2.多数计算机还有一些对程序员课件的专门寄存器,其中之一便是程序计数器,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.另外一个寄存器便是堆栈指针,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.最后 一个非常重要的寄存器就是程序状态字寄存器(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非常非常非常非常非常非常重要

    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。

    你可以找到更多关于寄存器的信息here.

    2.3.1.4 处理器设计的演变

    1.最开始取值、解码、执行这三个过程是同时进行的,这意味着任何一个过程完成都需要等待其余两个过程执行完毕,时间浪费

    2.后来被设计成了流水线式的设计,即执行指令n时,可以对指令n+1解码,并且可以读取指令n+2,完全是一套流水线。
       在这里插入图片描述
    3.超变量cpu,比流水线更加先进,有多个执行单元,可以同时负责不同的事情,比如看片的同时,听歌,打游戏。

    两个或更多的指令被同时取出、解码并装入一个保持缓冲区中,直至它们都执行完毕。只有有一个执行单元空闲,就检查保持缓冲区是否还有可处理的指令
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    这种设计存在一种缺陷,即程序的指令经常不按照顺序执行,在多数情况下,硬件负责保证这种运算结果与顺序执行的指令时的结果相同。

    2.3.1.4.1 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。

    通常,PSW中有一个二进制位控制这两种模式。

    内核态:当cpu在内核态运行时,cpu可以执行指令集中所有的指令,很明显,所有的指令中包含了使用硬件的所有功能,(操作系统在内核态下运行,从而可以访问整个硬件)

    用户态:用户程序在用户态下运行,仅仅只能执行cpu整个指令集的一个子集,该子集中不包含操作硬件功能的部分,因此,一般情况下,在用户态中有关I/O和内存保护(操作系统占用的内存是受保护的,不能被别的程序占用),当然,在用户态下,将PSW中的模式设置成内核态也是禁止的。

    内核态与用户态切换

    用户态下工作的软件不能操作硬件,但是我们的软件比如暴风影音,一定会有操作硬件的需求,比如从磁盘上读一个电影文件,那就必须经历从用户态切换到内核态的过程,为此,用户程序必须使用系统调用(system call),系统调用陷入内核并调用操作系统,TRAP指令把用户态切换成内核态,并启用操作系统从而获得服务。

    请把的系统调用看成一个特别的的过程调用指令就可以了,该指令具有从用户态切换到内核态的特别能力。

    2.3.1.4.2 多线程和多核芯片

    moore定律指出,芯片中的晶体管数量每18个月翻一倍,随着晶体管数量的增多,更强大的功能称为了可能,如

    I.第一步增强:在cpu芯片中加入更大的缓存,一级缓存L1,用和cpu相同的材质制成,cpu访问它没有时延

    II.第二步增强:一个cpu中的处理逻辑增多,intel公司首次提出,称为多线程(multithreading)或超线程(hyperthreading),对用户来说一个有两个线程的cpu就相当于两个cpu,我们后面要学习的进程和线程的知识就起源于这里,进程是资源单位而线程才是cpu的执行单位。

    多线程运行cpu保持两个不同的线程状态,可以在纳秒级的时间内来回切换,速度快到你看到的结果是并发的,伪并行的,然而多线程不提供真正的并行处理,一个cpu同一时刻只能处理一个进程(一个进程中至少一个线程)

    III.第三步增强:除了多线程,还出现了傲寒2个或者4个完整处理器的cpu芯片,如下图。要使用这类多核芯片肯定需要有多处理操作系统
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    你可以找到更多关于中央处理器的信息here.

    2.3.2 存储设备

    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
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     存储器系统采用如上图的分层结构,顶层的存储器速度较高,容量较小,与底层的存储器相比每位的成本较高,其差别往往是十亿数量级的

    2.3.2.1 寄存器即L1缓存

    用与cpu相同材质制造,与cpu一样快,因而cpu访问它无时延,典型容量是:在32位cpu中为3232,在64位cpu中为6464,在两种情况下容量均<1KB。

    2.3.2.2 高速缓存即L2缓存

    主要由硬件控制高速缓存的存取,内存中有高速缓存行按照064字节为行0,64127为行1。。。最常用的高速缓存行放置在cpu内部或者非常接近cpu的高速缓存中。当某个程序需要读一个存储字时,高速缓存硬件检查所需要的高速缓存行是否在高速缓存中。如果是,则称为高速缓存命中,缓存满足了请求,就不需要通过总线把访问请求送往主存(内存),这毕竟是慢的。高速缓存的命中通常需要两个时钟周期。高速缓存为命中,就必须访问内存,这需要付出大量的时间代价。由于高速缓存价格昂贵,所以其大小有限,有些机器具有两级甚至三级高速缓存,每一级高速缓存比前一级慢但是容易大。

    缓存在计算机科学的许多领域中起着重要的作用,并不仅仅只是RAM(随机存取存储器)的缓存行。只要存在大量的资源可以划分为小的部分,那么这些资源中的某些部分肯定会比其他部分更频发地得到使用,此时用缓存可以带来性能上的提升。一个典型的例子就是操作系统一直在使用缓存,比如,多数操作系统在内存中保留频繁使用的文件(的一部分),以避免从磁盘中重复地调用这些文件,类似的/root/a/b/c/d/e/f/a.txt的长路径名转换成该文件所在的磁盘地址的结果然后放入缓存,可以避免重复寻找地址,还有一个web页面的url地址转换为网络地址(IP)地址后,这个转换结果也可以缓存起来供将来使用。

    缓存是一个好方法,在现代cpu中设计了两个缓存,再看4.1中的两种cpu设计图。第一级缓存称为L1总是在CPU中,通常用来将已经解码的指令调入cpu的执行引擎,对那些频繁使用的数据自,多少芯片还会按照第二L1缓存 。。。另外往往设计有二级缓存L2,用来存放近来经常使用的内存字。L1与L2的差别在于对cpu对L1的访问无时间延迟,而对L2的访问则有1-2个时钟周期(即1-2ns)的延迟。

    2.3.2.3 内存

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    再往下一层是主存,此乃存储器系统的主力,主存通常称为随机访问存储RAM,就是我们通常所说的内存,容量一直在不断攀升,所有不能再高速缓存中找到的,都会到主存中找,主存是易失性存储,断电后数据全部消失

    除了主存RAM之外,许多计算机已经在使用少量的非易失性随机访问存储如ROM(Read Only Memory,ROM),在电源切断之后,非易失性存储的内容并不会丢失,ROM只读存储器在工厂中就被编程完毕,然后再也不能修改。ROM速度快且便宜,在有些计算机中,用于启动计算机的引导加载模块就存放在ROM中,另外一些I/O卡也采用ROM处理底层设备的控制。

    EEPROM(Electrically Erasable PROM,电可擦除可编程ROM)和闪存(flash memory)也是非易失性的,但是与ROM相反,他们可以擦除和重写。不过重写时花费的时间比写入RAM要多。在便携式电子设备中中,闪存通常作为存储媒介。闪存是数码相机中的胶卷,是便携式音译播放器的磁盘,还应用于固态硬盘。闪存在速度上介于RAM和磁盘之间,但与磁盘不同的是,闪存擦除的次数过多,就被磨损了。

    还有一类存储器就是CMOS,它是易失性的,许多计算机利用CMOS存储器来保持当前时间和日期。CMOS存储器和递增时间的电路由一小块电池驱动,所以,即使计算机没有加电,时间也仍然可以正确地更新,除此之外CMOS还可以保存配置的参数,比如,哪一个是启动磁盘等,之所以采用CMOS是因为它耗电非常少,一块工厂原装电池往往能使用若干年,但是当电池失效时,相关的配置和时间等都将丢失.

    你可以找到更多关于内存的信息here.

    2.3.2.4 硬盘

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    存储资料和软件等数据的设备,有容量大,断电数据不丢失的特点。也被人们称之为“数据仓库”。
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    磁盘低速的原因是因为它一种机械装置,在磁盘中有一个或多个金属盘片,它们以5400,7200或10800rpm(RPM =revolutions per minute 每分钟多少转 )的速度旋转。从边缘开始有一个机械臂悬在盘面上,这类似于老式黑胶唱片机上的拾音臂。信息卸载磁盘上的一些列的同心圆上,是一连串的2进制位(称为bit位),为了统计方法,8个bit称为一个字节bytes,1024bytes=1k,1024k=1M,1024M=1G,所以我们平时所说的磁盘容量最终指的就是磁盘能写多少个2进制位。

    每个磁头可以读取一段换新区域,称为磁道

    把一个戈丁手臂位置上所以的磁道合起来,组成一个柱面

    每个磁道划成若干扇区,扇区典型的值是512字节

    数据都存放于一段一段的扇区,即磁道这个圆圈的一小段圆圈,从磁盘读取一段数据需要经历寻道时间和延迟时间

    平均寻道时间

    机械手臂从一个柱面随机移动到相邻的柱面的时间成为寻到时间,找到了磁道就以为着招到了数据所在的那个圈圈,但是还不知道数据具体这个圆圈的具体位置

    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

    2.3.2.4.1 虚拟内存

    许多计算机支持虚拟内存机制,该机制使计算机可以运行大于物理内存的程序,方法是将正在使用的程序放入内存取执行,而暂时不需要执行的程序放到磁盘的某块地方,这块地方成为虚拟内存,在linux中成为swap,这种机制的核心在于快速地映射内存地址,由cpu中的一个部件负责,成为存储器管理单元(Memory Management Unit MMU)

    PS:从一个程序切换到另外一个程序,成为上下文切换(context switch),缓存和MMU的出现提升了系统的性能,尤其是上下文切换

    你可以找到更多关于硬盘的信息here.

    2.3.2.5 磁带

    在这里插入图片描述
    在价钱相同的情况下比硬盘拥有更高的存储容量,虽然速度低于磁盘,但是因其大容量,在地震水灾火灾时可移动性强等特性,常被用来做备份。(常见于大型数据库系统中)

    2.3.2.6 cpu 内存 硬盘三者之间的关系

    简单来说,硬盘用来存储我们的程序和数据,当我们运行程序的时候,CPU首先接受到我们的命令,之后CPU是告诉硬盘,我要运行你存储的程序A,你把程序A送到内存去。CPU对内存说,我让硬盘把程序A送到你这里来了,你保存一下。 等程序A被完整的送到内存之后。CPU就开始执行程序A。

    过程就像上面说的,我们在举一个接近我们生活的例子。

    如果说把硬盘比喻成一个大仓库,CPU比喻成加工车间,那么内存就是一个临时的小仓库。从距离上来说, 相比内存到CPU的距离和硬盘到内存的距离,内存和CPU的距离更短。

    硬盘(大仓库)用来保存车间需要用的原料和最终生产出来的商品。仓库太大,取出原料和存储商品太慢,耗时间。

    内存(临时小仓库):原料会先放到这里,小仓库,可以很快的找到需要的原料或商品。

    CPU(车间):从内存(小仓库)里拿到原料,生产商品。中间会有半成品,半成品可以放在内存(小仓库)里。

    以这种方式,车间的生产速度就会提高。

    参考图
    在这里插入图片描述

    2.3.3 输入输出设备

    在这里插入图片描述
    输入输出设备(IO设备),是数据处理系统的关键外部设备之一,可以和计算机本体进行交互使用。如:键盘、写字板、麦克风、音响、显示器等。因此输入输出设备起了人与机器之间进行联系的作用。

    你可以找到更多关于输入输出设备的信息here.

    2.3.4 其他设备(略)

    2.3.4.1 主板

    在这里插入图片描述

    2.3.4.2 总线

    四小节中的结构在小型计算机中沿用了多年,并也用在早期的IBM PC中。但是随着处理器和存储器速度越来越快,单总线很难处理总线的交通流量了,于是出现了下图的多总线模式,他们处理I/O设备及cpu到存储器的速度都更快。

    北桥即PCI桥:连接高速设备

    南桥即ISA桥:连接慢速设备
    在这里插入图片描述

    2.3.4.3 显卡

    在这里插入图片描述

    2.3.4.4 网卡

    2.3.4.5 声卡

    2.3.4.5 电源

    2.4 计算机启动流程

    在计算机的主板上有一个基本的输入输出程序(Basic Input Output system)

    BIOS就相当于一个小的操作系统,它有底层的I/O软件,包括读键盘,写屏幕,进行磁盘I/O,该程序存放于一非易失性闪存RAM中。

    启动流程

    1.计算机加电

    2.BIOS开始运行,检测硬件:cpu、内存、硬盘等

    3.BIOS读取CMOS存储器中的参数,选择启动设备

    4.从启动设备上读取第一个扇区的内容(MBR主引导记录512字节,前446为引导信息,后64为分区信息,最后两个为标志位)

    5.根据分区信息读入bootloader启动装载模块,启动操作系统

    6.然后操作系统询问BIOS,以获得配置信息。对于每种设备,系统会检查其设备驱动程序是否存在,如果没有,系统则会要求用户按照设备驱动程序。一旦有了全部的设备驱动程序,操作系统就将它们调入内核。然后初始有关的表格(如进程表),穿件需要的进程,并在每个终端上启动登录程序或GUI

    2.5 附录及参考资料


    1. 运算器:实现算术运算和逻辑运算的部件。 ↩︎

    2. 控制器:计算机的指挥系统。控制器通过地址访问存储器,从存储器中取出指令,经译码器分析后,根据指令分析结果产生相应的操作控制信号作用于其他部件,使得各部件在控制器控制下有条不紊地协调工作。 ↩︎

    3. 存储器:是计算机用来存放所有数据和程序的记忆部件。它的基本功能是按指定的地址存(写)入或者取(读)出信息。 计算机中的存储器可分成两大类:一类是内存储器,简称内存或主存;另一类是外存储器(辅助存储器),简称外存或辅存。 存储器由若干个存储单元组成,每个存储单元都有一个地址,计算机通过地址对存储单元进行读写。一个存储器所包含的字节数称为存储容量,单位有B、KB、MB、GB、TB等。 ↩︎

    4. 输入设备:是向计算机中输入信息(程序、数据、声音、文字、图形、图像等)的设备。常见的输入设备有:键盘、鼠标、图形扫描仪、触摸屏、条形码输入器、光笔等。 外存储器也是一种输入设备。 ↩︎

    5. 输出设备:主要有显示器、打印机和绘图仪等。外存储器也当作一种输出设备。 ↩︎

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  • 计算机硬件基础知识

    万次阅读 多人点赞 2017-05-20 14:19:36
    计算机硬件系统不管我们有没有发现,在生活中我们处处都在使用着计算机。计算机给我们的生活带来了很多便利与效率,为了更好地使用计算机协助我们的工作学习我们需要对计算机有一个基础的了解。

    计算机硬件系统

    不管我们有没有发现,在生活中我们处处都在使用着计算机。

    计算机给我们的生活带来了很多便利与效率,为了更好地使用计算机协助我们的工作学习我们需要对计算机有一个基础的了解。

    计算机历史

    定义:计算机(computer)俗称电脑,是现代一种用于高速计算的电子计算机器,可以进行数值计算,又可以进行逻辑计算,还具有存储记忆功能。

    被发明:1946年,世界上第一台计算机ENIAC(electronic numerical integrator and calculator)在美国宾州大学诞生。这台计算机主要是用于弹道计算。这台计算机使用了 17468只电子管,占地170平方米,重达30吨,耗电174千瓦 ,耗资40多万美元。撇开高昂造价不谈,这台计算机重达30吨,和现在的一些轻薄笔记本相比让人难以置信计算机的发展速度。

    图片就是这台重达30吨的计算机,怎么样?有没有现在的“天河二号”超级计算机的庞大感?

    计算机硬件系统图示
    计算机硬件系统图示

    内部设备

    中央处理器(CPU)

    定义: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)。
    功能:解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。

    从计算机被发明之初,人们判定计算机的计算速度的最重要的指标便是中央处理器(CPU)的运算速度中央处理器(CPU)就像是计算机的心脏,牵动着计算机的每一个部分。

    主频:主频是CPU的时钟频率(CPU Clock Speed),是CPU运 算时的工作的频率(1秒内发生的同步脉冲数)的简称。单位是Hz。一般说来,主频越高,CPU的速度越快,由于内部结构不同,并非所有的时钟频率相同的CPU的性能都一样。
    外频:系统总线的工作频率, CPU与外部(主板芯片组)交换数据、指令的工作时钟频率。
    倍频:倍频则是指CPU外频与主频相差的倍数。
    三者关系是主频=外频x倍频
    缓存(cache):高速交换的存储器。CPU缓存分为一级 ,二级,三级缓存,即L1,L2,L3。
    内存总线速度(Memory-Bus Speed): 一般等同于CPU的外频 ,指CPU与二级(L2)高速缓存和内存之间的通信速度。
    地址总线宽度:决定了CPU可以访问的物理地址空间。

    CPU公司:不管是通过新闻还是网上的资讯,最让我们熟知的CPU公司便是“Intel”和“AMD”,除此之外“IBM”公司也是有CPU产品的。

    摩尔定律:摩尔定律是由英特尔(Intel)创始人之一戈登·摩尔(Gordon Moore)提出来的。其内容为:当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍

    随着时间的推移,集成技术越来越先进,英特尔公司现在已经推出了14nm工艺CPU,目前及家用级CPU代表酷睿I7 7700K便是14nm工艺。集成程度越高工艺就越难,现在的CPU已经逐渐偏离摩尔定律,想要大幅度提升CPU性能已经非常困难了。值得一提的是:英特尔公司常被网友戏称为“牙膏厂”,原因是英特尔公司近几年推出的新一代的CPU在性能上比起上一代提升程度很小,每一代CPU提升性能就像挤牙膏一样。所以网友为了表达自己的“不满情绪”便是戏称英特尔为“牙膏厂”。

    其实一方面英特尔公司的CPU提升程度小和集成工艺问题有着密切的关系,想要大幅度提升就得有突破性的技术革新。

    另一方面英特尔的竞争对手”AMD”公司前些年不怎么给力,产品与英特尔公司的产品有着不小的差距,所以英特尔公司并没有来自竞争对手的压力所以新产品并没有多么显著的提升。

    值得一提的是最近AMD公司推出的新产品实力和英特尔的同期同层级产品分庭抗礼,英特尔这次要怎么接招我们就拭目以待吧。
    这里写图片描述

    CPU类型:虽然各种CPU的功能都是用于计算,但是其中也有一些类型的区别,拿英特尔的CPU举例,我们通常家用电脑或者学校单位使用的个人电脑CPU大多都是酷睿(Core)系列的,如常见的:I3 I5 I7。而企业公司使用的服务器上的CPU是英特尔至强(Xeon)系列的CPU,如E3 E5 E7。看到这里大家都是觉得“都是CPU哪个快就用哪个,还分这么多真麻烦”,其实用途不同CPU的类型不同这样是为了提高效率。举个例子,家用电脑一般是用于办公,娱乐或者工作,处理这些内容通常需要的是CPU的频率快,其中特别是打游戏更是需要CPU的运行频率快,而服务器因为多个用户访问的原因通常需要的是同时处理多个任务的能力,所以服务器CPU就需要更多的核心用来同时处理多个任务以达到提升效率的目的。

    内部存储器(Memory)

    定义:内存储器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储器中进行的,因此内存储器的性能对计算机的影响非常大。

    功能内存储器(Memory)也被称为内存,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。

    容量:即该内存的存储容量,单位:KB MB GB
    内存带宽:内存带宽是指内存与北桥芯片之间的数据传输率,单通道内存节制器一般都是64-bit的(双通道内存带宽为128-bit),8个二进制位相当于1个字节,换算成字节是64/8=8,再乘以内存的运行频 率,如果是DDR内存就要再乘2
    双通道内存:双通道,就是在北桥芯片级里设计两个内存控制器,这两个内存控制器可相互独立工作,每个控制器控制一个内存通道。在这两个内存通CPU可分别寻址、读取数据,从而使内存的带宽增加一倍,数据存取速度在理论上也是提升一倍
    带宽计算: 内存带宽=内存总线频率×数据总线位数/8
    示例:DDR2 667,运行频率为333MHz带宽为333×2×64/8=5400MB/s=5.4GB/s
    DDR2 800,运行频率为400MHz,带宽为 400×2×64/8=6400MB/s=6.4GB/s

    内存发展史
    1. SIMM 内存 1988年前
    2. EDO DRAM内存 1991-1995年
    3. SDRAM 内存 1995以后
    4. Rambus DRAM内存 1998
    5. DDR内存 DDR内存便是我们熟知的内存了
    6. DDR2
    7. DDR3
    8. DDR4 如今

    外部设备

    外部存储器

    定义:外储存器是指除计算机内存及CPU缓存以外的储存器,此类储存器一般断电后仍然能保存数据(与内存断电数据就丢失不同)。

    常见的外存储器

    软盘:软磁盘使用柔软的聚酯材料制成原型底片,在两个表面涂有磁性材料。常用软盘直径为3.5英寸,存储容量为1.44MB.软盘通过软盘驱动器来读取数据。
    U盘:U盘也被称为“闪盘”,可以通过计算机的USB口存储数据。与软盘相比,由于U盘的体积小、存储量大及携带方便等诸多优点,U盘已经取代软盘的地位。
    硬盘:硬磁盘是由涂有磁性材料额铝合金原盘组成的,每个硬盘都由若干个磁性圆盘组成。
    磁带存储器:磁带也被称为顺序存取存储器SAM。它存储容量很大,但查找速度很慢,一般仅用作数据后备存储。计算机系统使用的磁带机有3中类型:盘式磁带机、数据流磁带机及螺旋扫描磁带机。
    光盘存储器:光盘指的是利用光学方式进行信息存储的圆盘。它应用了光存储技术,即使用激光在某种介质上写入信息,然后再利用激光读出信息。光盘存储器可分为:CD-ROM、CD-R、CD-RW、和DVD-ROM等。

    硬盘的基本参数

    容量:容量是硬盘最主要的参数,容量的大小决定硬盘中存储数据的多少,单位有MB、GB、TB 、PB等。
    转速:转速是指硬盘盘片每分钟转动的圈数,单位为rpm,转速越快存储(读取)数据的速度就越快。常见的硬盘有5400转和7200转的,服务器上的硬盘转速能达到15000转。
    传输速率:传输速率(Data Transfer Rate) 。硬盘的数据传输率是指硬盘读写数据的速度。
    缓存:硬盘缓存的目的是为了解决系统前后级读写速度不匹配的问题,以提高硬盘的读写速度。

    硬盘接口类型

    IDE接口:硬盘接口规范,采用ATA技术规范
    SCSI接口:应用于小型机上的高速数据传输技术
    SATA接口: Serial ATA,提高传输速率,支持热插拔。传输速度:SATA2=3.0Gb/s SATA3=6.0Gb/s
    SAS接口: Serial Attached SCSI,兼容SATA
    目前主流的硬盘接口为SATA和SAS接口

    存储新宠——固态硬盘

    定义:固态硬盘(Solid State Drives),简称固盘,固态硬盘(Solid State Drive)用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘,由控制单元和存储单元(FLASH芯片、DRAM芯片)组成。

    和传统机械硬盘的区别

    优点

    外形:SATA接口的固态硬盘和传统2.5英寸机械硬盘外观是基本一致的。
    速度:固态硬盘的读写速度远超过传统机械硬盘。
    重量:固态硬盘因为没有机械硬盘中厚重的金属部件和碟片所以质量轻。
    能耗:机械硬盘是电机带动碟片运行的,固态硬盘运行的能耗是要低于机械硬盘很多的。
    体积:SATA接口的固态硬盘体积和机械硬盘基本相同,但是其他接口如mSATA、NGFF(M.2)、PCIE等的固态硬盘体积就比机械硬盘小很多了。
    噪音:固态硬盘因为不需要碟片旋转,运行时只是内部通过电流,所以运行过程中没有任何噪音。
    抗震:传统固态硬盘因为内部有机械运动,磁头和碟片的距离非常近,震动对机械硬盘的损伤非常大,而固态硬盘工作过程中没有机械运动所以即使处在不稳定的环境中也能正常工作。

    缺点

    容量:固态硬盘容量普遍比较小
    价格:固态硬盘价格要贵于机械硬盘不少。
    寿命:固态硬盘闪存具有擦写次数限制的问题,这也是许多人诟病其寿命短的所在。其实在普通家用计算机上工作的固态硬盘其寿命一般都会比该台计算机更长,或者在寿命用完之前被新的产品换掉,所以影响不大。但是在一些读写量大的工作环境中工作的话就需要考虑寿命问题。
    数据无法恢复:固态硬盘一旦损坏的话里面的数据将无法恢复,机械硬盘就算坏了数据也在碟片上,还能救回不少数据,而固态硬盘没有碟片,所以坏了数据就没了。

    输入设备

    定义:向计算机输入数据和信息的设备。
    概念:是计算机与用户或其他设备通信的桥梁,说白了就是人类向计算机发送命令传输信息的设备,是人类控制计算机的工具。

    现在的计算机能够接收各种各样的数据,既可以是数值型的数据,也可以是各种非数值型的数据,如图形、图像、声音等都可以通过不同类型的输入设备输入到计算机中,进行存储、处理和输出。

    常见的输入设备

    字符输入设备:键盘;
    光学阅读设备:光学标记阅读机,光学字符阅读机;
    图形输入设备:鼠标器、操纵杆、光笔;
    图像输入设备:摄像机、扫描仪、传真机;
    模拟输入设备:语言模数转换识别系统

    输出设备

    定义输出设备(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。

    输出设备和输入设备是对应的设备,用户使用输入设备给计算机发送指令之后便需要有输出设备来把执行结果展现给用户,所以输出设备同样是计算机硬件系统中必不可少的部分。

    补充

    其实在现在的生活中有一个非常重要的硬件在计算机诞生之初是没有而且也没有必要有的东西。

    那便是显卡

    显示接口卡

    定义显卡(Video card,Graphics card)全称显示接口卡,又称显示适配器,在游戏开发水平与日俱增的今天,显卡是计算机最基本最重要的配件之一。
    功能:显卡作为电脑主机里的一个重要组成部分,是电脑进行数模信号转换的设备,承担输出显示图形的任务。

    基本参数
    1.显示芯片(芯片厂商、芯片型号、制造工艺、核心代号、核心频率、SP单元、渲染管线、版本级别)
    2.显卡内存(显存类型、显存容量、显存带宽(显存频率×显存位宽÷8)、显存速度、显存颗粒、最高分辨率、显存时钟周期、显存封装)
    3.技术支持(像素填充率、顶点着色引擎、3D API、RAMDAC频率)
    4.显卡PCB板(PCB层数、显卡接口、输出接口、散热装置)

    显卡分类

    集成显卡:集成显卡是将显示芯片、显存及其相关电路都集成在主板上,与其融为一体的元件。
    集成显卡的优点是:功耗低,占用空间小,发热低。
    缺点是:性能差,故障难维修。
    集成显卡因其性能低下,所以一般适合没有太多图形需要处理的工作环境。

    核心显卡:核心显卡是将图形核心与处理核心整合在同一块基板上,构成一颗完整的处理器。此乃英特尔公司的杰作。在普通家用级CPU里便是整合了一块图形核心,如酷睿系列。
    优点:核心显卡的有点与集成显卡的优点基本一致,不过在性能上核心显卡通常是强于集成显卡,这也满足了不少用户的游戏需求。
    缺点:难以胜任大型游戏以及专业图形处理工作。

    独立显卡:独立显卡是指将显示芯片、显存及其相关电路单独做在一块电路板上,自成一体而作为一块独立的板卡存在,它需占用主板的扩展插槽(ISA、PCI、AGP或PCI-E)。
    优点:独安装有显存,一般不占用系统内存,在技术上也较集成显卡和核心显卡先进得多,性能远超集成显卡和核心显卡,同时容易进行显卡的硬件升级,故障也容易更换和维修。
    缺点:功耗高,发热量大,占据空间大,性能较强的显卡价格昂贵,对于笔记本来说这几点是非常影响整个系统的稳定性的(热量)。

    这里写图片描述

    其实独立显卡也分为两类,一类是专业的图形卡,一类是娱乐用的游戏卡,如同CPU的至强和酷睿一样,需求不同性能侧重点不同。

    独立显卡是多个部件组合而成协同工作,更像是一个将数字信号转换为模拟信号的硬件系统。虽然独立显卡有诸多缺点,但是独立显卡市场依然火热,究其原因还是因为独立显卡拥有集成显卡核心显卡难以企及的强大性能,在用户眼中只要拥有强大的性能,其他那些缺点却是不太在乎。

    看到这里或许或有读者疑问了,既然计算机硬件这么多,那么这些硬件究竟是怎么联合在一起工作的呢?

    这就是主板(mainboard)的工作了。

    主板(mainboard)

    定义:主板(英语:Motherboard,Mainboard,简称Mobo),又称主机板、系统板、逻辑板、母板、底板等,是构成复杂电子系统的中心或者主电路板。
    功能:在计算机中主板的功能便是将所有的硬件连接到一起构成计算机硬件系统,协同并维持各硬件的工作。

    简介:典型的主板能提供一系列接合点,供处理器、显卡、声效卡、硬盘、存储器、对外设备等设备接合。它们通常直接插入有关插槽,或用线路连接。主板上最重要的构成组件是芯片组(Chipset)。而芯片组通常由北桥和南桥组成,也有些以单片机设计,增强其性能。这些芯片组为主板提供一个通用平台供不同设备连接,控制不同设备的沟通。它亦包含对不同扩充插槽的支持,例如处理器、PCI、ISA、AGP,和PCI Express。芯片组亦为主板提供额外功能,例如集成显核,集成声效卡(也称内置显核和内置声卡)。一些高价主板也集成红外通讯技术、蓝牙和802.11(Wi-Fi)等功能。

    工作原理:在电路板下面,是4层有致的电路布线;在上面,则为分工明确的各个部件:插槽、芯片、电阻、电容等。当主机加电时,电流会在瞬间通过CPU、南北桥芯片、内存插槽、AGP插槽、PCI插槽、IDE接口以及主板边缘的串口、并口、PS/2接口等。随后,主板会根据BIOS(基本输入输出系统)来识别硬件,并进入操作系统发挥出支撑系统平台工作的功能。

    主板结构

    1.芯片组:决定主板的功能,是主板性能的关键。
    2.扩展槽:扩展插槽是主板上用于固定扩展卡并将其连接到系统总线上的插槽,也叫扩展槽、扩充插槽。
    3.主要接口:硬盘接口(SATA M.2等),USB接口,PCI-E接口,内存接口等接口。
    4.主板平面:主板平面就是一块PCB板,将以上部件集于一个平面。

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  • 计算机硬件介绍

    万次阅读 2018-05-24 18:52:53
    计算机硬件介绍一、计算机硬件的五大组成部分:1.控制器:是指计算机的指挥系统。2.运算器:是指实现算数运算和逻辑运算的部件。它与控制器组成了计算机的CPU。3.存储器:是指计算机用来存放所有数据和程序的记忆...

    计算机硬件介绍

    一、计算机硬件的五大组成部分

    1.控制器:是指计算机的指挥系统。

    2.运算器:是指实现算数运算和逻辑运算的部件。它与控制器组成了计算机的CPU。

    3.存储器:是指计算机用来存放所有数据和程序的记忆部件。它的基本功能是按指定的地址存(写)入或者取(读)出数据信息。其种类分为两类:第一类是内存储器(简称内存或者主存),也就是计算机中的内存条;第二类是外存储器(辅助存储器),也就是计算机中的磁盘。内存储器的优点是存取速度快,但是缺点就是当断电数据会丢失,并且存储容量小。外存储器的优点是断电不丢失数据、存储容量大,但是缺点是存取速度慢。存储器由若干个存储单元组成,每个存储单元都有一个地址,计算机通过地址对存储单元进行读写。一个存储器所包含的字节数成为存储容量,单位有B、KB、MB、GB、TB、PB等。

    4.输入设备:是指向计算机输入信息(文字、图像、声音、数据、程序等)的设备,如:键盘、鼠标、摄像头、扫描仪等。值得注意的是外部存储器也是一种输入设备。

    5.输出设备:是指计算机向外界输出信息的设备,如显示器、音箱等。同样外部存储器也是一种输出设备。

    二、计算机的三大组件

    1.处理器

           核心处理器(Central Processing Unit,CPU)由控制器和运算器组成。CPU的职能是控制和运算,控制器是负责各组件和各单元的控制工作,而运算器则是负责程序运算和逻辑判断,所以对于计算机来说CPU相当于人的大脑。CPU的工作流程是:CPU从内存中取指令->解码->执行下一条指令。

           现在大多数CPU采用的是X86-64的型号。CPU具有向下兼容性,即64位的CPU可以执行32位的程序。

    2.存储器(内存和磁盘)

      另外两大组件是内存和磁盘。

    存储器它们的速度和容量,往往呈现负相关的,如下表所示:

     
      典型访问时间典型容量
    寄存器1ns<1KB
    高速缓存        2ns        4MB

    内存

    10ns512MB~2048MB
     磁盘10ms200GB ~1000GB
     磁带100s400GB~800GB

    寄存器:它的材料是与CPU相同,因此它的速度与CPU一样快,CPU访问它没有延迟,32位CPU中为32*32,64位CPU中为64*64,这两种的容量均小于1KB。

    高速缓存:主要由硬件控制高速缓存的存取。

    内存:他是存储器系统的主力,主存通常称为随机访问存储RAM0,就是我们通常所说的内存,容量一直攀升,所有不能再高速缓存中找到的,都会到主存中找,主存是易失性存储,断电后数据会全部丢失。

    ROM(Read Only Memory)只能读不能写,断电不丢失数据。

    EEPROM(Electrically Erasable PROM)电可擦除可编程ROM以及闪存(Flash Memory)同样是非易失性存储器。

    它们与ROM相比,不同的是:他们可擦除重写,但是花费的时间较长。闪存应用于很多电子设备之中,如手机、电视机等,这些电子设备往往将其作为存储媒介。

    CMOS是另一种存储器,它是易失性的。它可以与递增时间的电路是由一块小电池驱动,可以供时间更新,因此应用于计算机之中;CMOS可以保存配置的参数,它的耗电低。

    磁盘:它的速度很低,其原因是它是一种机械装置,在磁盘中有一个或多个金属盘片,它们以5400、7200或10800rpm(RPM=revolution per minute 每分钟多少转)的速度旋转。从边缘开始有一个机械臂选在盘面上,这类似于老式黑胶唱片机上的拾音臂。信息卸载磁盘上的一些列的同心圆上,是一连串的二进制位(称为bit位),为了统计方法,8个bit称为一个字节bytes,1024bytes=1kb,1024kb=1Mb,1024Mb=1Gb,所以我们平时所说的磁盘容量最终值得是磁盘能写多少个二进制位。

    磁道:每个磁头可以读取一段区域。

    柱面:把一个戈丁手臂位置上所有的磁道合起来的组合。

    扇区:是读写数据的最小的单位,每个磁道划成若干扇区,扇区典型的值是512字节。

    数据都存放在一段一段的扇区,即磁道这个圆圈的一小段圆圈,磁盘读取一段数据需要经历寻道时间和延迟时间。

    平均寻道时间:机械手臂从一个柱面随机移动到相邻的柱面的时间成为寻道时间,找到了磁道就意味着找到了数据所在的那个圆圈,但是不知道数据具体这个圆圈的具体位置。

    平均延迟时间:机械手臂到达正确的磁道后还必须等待旋转到数据所在的扇区下,这段时间称为延迟时间。

    三、启动计算机

    在计算机的主板上有一个基本的输入输出程序(Basic Input Output System)

    BIOS就相当于一个小的操作系统,它有底层的I/O软件,包括都键盘、写屏幕,进行磁盘I/O,该程序存放于一非易失性闪存RAM之中。

    启动流程

    1.计算机加电

    2.BIOS开始运行,检测硬件:CPU、内存、硬盘等

    3.BIOS读取CMOS存储器中的参数,选择启动设备

    4.从启动设备上读取第一个扇形区的内容(MBR主引导记录512字节,前446为引导信息,后64为分区信息,最后两个为标志位)

    5.根据分区信息读入bottloader启动装载模块,启动操作系统

    6然后操作系统询问BIOS,以获得配置信息。对于每种设备,系统会检查其设备驱动程序是否存在,如果没有,系统则会要求用户按照设备驱动程序,一旦有了全部的设备驱动程序,操作系统就将它们调入内核。然后初始有关的表格(如进程表),传进需要的进程,并在终端上启动登录程序或GUI


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  • 计算机硬件系统基本组成

    千次阅读 2020-03-28 18:37:54
    1. 计算机硬件系统基本组成 下图是一种计算机硬件系统的简化结构模型示意图,其中包含CPU、存储器、输入/输出(IO)设备和接口等功能部件,各部件之间通过系统总线相连接。 (1) CPU CPU 是计算机硬件系统的核心部件...
  • 计算机硬件知识

    千次阅读 2012-09-14 17:32:41
    计算机硬件知识 一、微机基本工作原理 1、计算机系统的组成 微型计算机由硬件系统和软件系统组成。 硬件系统:指构成计算机的电子线路、电子元器件和机械装置等物理设备,它包括计算机的主机及外部设备。 软件...
  • 计算机系统-计算机硬件基本知识

    千次阅读 2014-07-28 08:38:29
    计算机系统-计算机硬件基本知识
  • PS:视频我们将《嵌入式工程师-系列课程》分成两大阶段: 第一阶段:《计算机体系结构》课程 分成4篇:分别是硬件篇,软件篇,网络篇,行业篇 这一阶段主要是对计算机体系结构图知识做一个全方位的介绍。 第二阶段:...
  • 计算机硬件的基本组成 注:运算器与控制器之间没有数据线
  • 计算机硬件系统和软件系统

    千次阅读 2018-03-12 16:44:27
    可以进行数值计算,逻辑判断、还具有存储记忆功能,能够按照程序的运行,自动、高速的处理数据 一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成 一、 硬件系统 计算机硬件主要分为主机和外设两个部分,从...
  • 计算机硬件基础知识(一)

    千次阅读 2020-04-06 14:17:36
    *计算机硬件知识** 一、 硬件是计算机系统快速、高效、可靠运行的基础。 构成:运算器、存储器(取证的主要对象)、控制器和I/O控制系统等部件组成。 二、 内存(Memory) 也称内存存储器,ROM\RAM。是cpu、...
  • 几种计算机硬件接口

    千次阅读 2016-08-09 11:58:53
    几种计算机硬件接口 小狼@http://blog.csdn.net/xiaolangyangyang 一、SATA 二、内存条 三、PCI/PCIE
  • 计算机硬件的主要技术指标机器字长:CPU一次能处理数据的二进制位数。存储容量:存放二进制信息的总位数运算速度运算速度(吉普森法)图片来源:老师授课PPT 机器字长:CPU一次能处理数据的二进制位数。 1.由运算器...
  • 小小菜鸟,初来乍到。最近要做一个远程计算机硬件资产管理。感觉自己的理解有点 有点模糊。求各位大神指点一二。万分感谢
  • 计算机硬件基础知识试题

    千次阅读 2017-05-27 21:50:46
    计算机硬件基础知识试题 1、通常计算机的存储器是由一个Cache、主存和辅存构成的三级存储体系。辅助存储器一般可由磁盘、磁带和光盘等存储设备组成。Cache和主存一般是一种__A__存储器,磁带则是一种__B__存储设备。...
  • 周所周知,计算机硬件(Computer hardware)是指计算机系统中由电子、机械、光电元件等组成的各种物理装置的总称。 由输入单元、内存、输出单元、控制单元、算术逻辑单元五部分组成。(鸟叔这么说) 也有人称为:...
  • 计算机硬件软件基础知识(小白)

    千次阅读 2019-10-18 20:13:49
    计算机硬件包括:CPU、内存、主板、硬盘驱动器、光盘驱动器、各种扩展卡、连接线、电源等;外部设备包括鼠标、键盘等。” 计算机软件系统包括系统软件、支撑软件和应用软件。 硬件是指完成输入、存储、处理、输出...
  • 计算机硬件的组成 计算机硬件主要包括主机、显示器和外设,如图1-7所示。 计算机主机具体主要有以下几个部件组成。下面简单介绍各部件的名称和功能。 (1)中央处理器又叫微处理器,它由控制器和运算器组成,...
  • 计算机硬件简介及组装须知

    千次阅读 2018-06-15 20:23:11
    计算机硬件简介及组装须知  作者:任尚益    ...
  • 如何让软件绑定计算机硬件

    万次阅读 2015-11-15 12:35:01
    软件绑定计算机硬件标识是不少软件采用的防拷贝方法。然而如何确定计算机硬件的唯一标识却不是简单的事情。下面是常采用的方法及其优缺点。1 计算机唯一性标识的方法1.1 CPU序列号可用性目前存在的CPU几乎都支持...

空空如也

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