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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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    千次阅读 2019-09-25 19:36:29
    衡量计算机硬件性能的指标常有机器字长、存储器容量、运算速度、浮点运算能力等。 机器字长 我们经常听到32位CPU或者64位CPU。这里的32位或者64位指的就是机器字长,也成机器字长。机器字长是指计算机进行一次整数...

    计算机包括软件和硬件,它们各自都有自己评价的指标。这里主要讨论硬件指标。衡量计算机硬件性能的指标常有机器字长、存储器容量、运算速度、浮点运算能力等。

    机器字长

    我们经常听到32位CPU或者64位CPU。这里的32位或者64位指的就是机器字长,也成机器字长。机器字长是指计算机进行一次整数运算所能处理的二进制的位数,反映了计算机能进行多少位二进制数的并行运算。在计算机中执行运算的是CPU中的运算器,所以机器字长是多少位也就是指该计算机中的运算器有多少位。即运算器中的ALU及一些核心的寄存器是多少位的(比如前面的累加器、通用寄存器等)。ALU是用来进行两个数的算术逻辑运算的,这些核心的寄存器通常是保存ALU中参与搬运与运算的数据的,所以他们的长度就反映了运算器的长度,也就是机器字长。衡量机器字长的单位可用“位(bit)”来表示,位是计算机内最小的信息单位,8位构成一个“字节(byte)”。现代计算机的机器字长一般都是字节的整数倍,如8位、16位、32位、64位和128位等,即字长由2个字节、4个字节、8个字节或16个字节组成,所以也可用“字节”来表示机器字长。通常,机器字长越长,计算机的运算能力越强,其运算精度也就越高,数据传输能力也就越快。

    通常计算机的数据总线的宽度、存储器存储单元的字长、寄存器的位数、机器字长存在一定的关系。一般核心寄存器的位数就是机器字长,但数据总线的宽度、存储单元字长并不是非要等于机器字长,它们有可能是倍数的关系。比如计算机的机器字长为32位,但数据总线是16位的,那么这时要通过该总线给CPU中寄存器赋值,就需要2次总线传输过程来完成。如果总线是32位,则只需一次总线传输就可以完成。如果计算机中的存储字长是32位,那么从存储器中取出一个数据保存到运算器中,需要访问一次存储器,如果存储字长是16位的,则需要访问2次存储器。

    运算速度

    运算速度是衡量CPU工作快慢的指标,表示每秒可以完成多少次运算。计算机的运算速度与许多因素有关,如CPU的主频、CPI(Cycle Per Instruction,指令时钟周期)或者MIPS(Million Instruction Per Second,百万条指令每秒)以及FLOPS(Floating Operation Per Second,浮点运算次数每秒)等。

    1.主频

    主频是CPU工作的时钟频率,是时钟周期的倒数,它为计算机工作提供一个基准的时间。例如,Intel的CPU i3 4160的主频为3.6GHz。同等条件下,CPU的主频越高,处理速度也越快,性能越高。

    2.CPI

    CPI是指每条指令从取指到每条指令执行完毕需要多少个时钟周期。在其它条件不变的前提下,每条指令的CPI越少,则计算机处理的速度也就越快。由于一些计算机不同指令的CPI不同,所以可以用平均CPI来衡量计算机的性能。

    3.MIPS

    计算机是靠执行指令完成工作的,在其它条件相同的情况下,如果一台计算机每秒完成的指令越多,显然速度也就越快。由于计算机每条指令的CPI可能不同,所以MIPS指的是每秒钟平均执行多少百万条指令。

    从上面的定义可以看出,主频、CPI、MIPS三个指标并非是孤立的,它们之间存在一定的制约关系。在计算机不采用指令流水的情况下,它们之间的关系为MIPS=主频/(平均CPI*10^6)。

    所谓指令流水指的是计算机的指令并非是执行完一条指令后再取第二条指令,而是在第一条指令还没有执行完的时候就开始取出第二条、第三条甚至更多条指令,存在着指令并行的状况。通常将一条指令从取出指令到执行完毕称为一个指令周期。可以将指令周期分为几个阶段,每个阶段使用的部件有可能并不冲突。比如,可以将指令周期分为取指、分析指令、执行指令阶段。在第一条指令分析指令的时候就开始取第二条指令,在第一条指令执行阶段、第二条指令分析指令阶段就开始取第三条指令。这样的过程就称为指令流水,上面称为三级流水。如果将指令分为更多的阶段,可以实现更多级的流水。在理想情况下,三级流水可以将计算机的性能提升三倍,n级流水可以将计算机性能提升到原来的n倍。但在实际的情况下,指令的各个阶段存在相互影响的因素,因此指令流水性能的提升达不到理想的状况,但也能大幅提高计算机的性能。很明显,在采用指令流水的情况下,在每条指令的CPI不变的情况下,也可以大幅度提高计算机的MIPS值。因此衡量一个计算机的性能要进行综合评价,不能单靠一个指标来判断计算机性能。如前所述,计算机是靠执行指令来完成工作的,每秒钟能够执行更多的指令似乎更能反映计算机的性能。但是也不尽然,因为不同的计算机指令的功能也不尽相同。有的计算机,一条指令可能完成更多的工作,而有的则可能会完成较少的工作。

    例.  两台计算机A和B,它们相对应的指令的功能相同。A计算机的主频是200MHz,平均指令周期为8个时钟周期;B计算机的主频是100MHz,平均指令周期为2个时钟周期,试问哪台计算机的速度更快。

    解析:A计算机的主频是200MHz,平均指令周期为8个时钟周期,则它平均每秒能完成指令的条数为200/8=25MIPS。B计算机的主频是100MHz,平均指令周期为2个时钟周期,则它平均每秒能完成指令的条数为100/2=50MIPS

    而由于二者相对应的指令的功能相同,所以B计算机的速度更快。

    4.FLOPS

    计算机既需要处理定点运算(整数或纯小数),也需要处理浮点运算。有的计算机定点处理运算能力也许并不高,但因为其内部具有浮点运算部件,它处理浮点运算的能力却比较高。因此又引入FLOPS对计算机的浮点运算能力进行衡量。FLOPS是指每秒能执行多少次浮点运算操作。现在许多台式机的CPU都具有浮点运算协助处理器或浮点处理单元(Floating Processing Unit,FPU),用硬件来实现浮点运算,因此都具有比较强的浮点运算能力。而多数的低端单片机则不具有这个功能,所以需要将浮点运算转换为定点运算进行处理,因而浮点运算能力较低。

    存储器容量和读写速度

    计算机工作的时候要不断地和存储器交换数据,因此存储器的容量和读写速度对计算机整体性能影响非常大。存储器的读写速度对计算机的性能的影响比较好理解,那么存储器的容量对计算机的性能会产生怎样的影响呢?当存储器容量比较大时,计算机运行所需要的程序和数据可以尽可能多的放在存储器中,但存储器容量比较小的时候,计算机所需要的数据和程序有的可能不在存储器中,而在外部存储设备如硬盘中,这时就需要将需要的程序和数据调入存储器,不得已的时候还需要将原来存储器中原有的内容保存到外部存储设备中。存储器的读写速度要远大于外部存储设备,所以足够大的存储器容量是计算机性能的保证。因此,现在无论是台式机、笔记本电脑或者手机,大家都希望其存储器越大越好。

    1.存储容量

    存储器的容量是指存储器中能够保存的二进制代码的总位数。这样可以来计算存储器的容量:

    存储器容量=存储单元数量*存储字长

    即这个存储器包含多少个存储单元,每个存储单元可以保存多少个二进制位。存储器地址寄存器MAR的位数和存储器存储单元的最大数量存在一定的关系。比如MAR的位数是16位,则最大存储单元个数是为2^16=65536个。而实际应用时,存储单元的个数可能小于最大存储单元个数。比如32位计算机系统的地址寄存器为32位,它的寻址空间为2^32=4G。但可能计算机中只装了1G的内存条,存储容量只有1GB。这里B指的是Byte(字节)。一个字节是8个二进制位(bit),1GB=8Gb,即1GB的容量可以存储1G个字节,8G个二进制位。

    对于早期简单的计算机来讲,存储器数据寄存器的位数等于存储单元的位数,也就是存储字长,也等于数据总线的宽度,这样从一个存储单元中取出的数据总线传输保存在MDR中。但现在的计算机存储字长、MDR的位数以及数据总线的宽度变化比较多样,但它们之间一般保持整数倍关系。

    存储器可以由多个存储器芯片构成。每个存储器芯片都有自己的容量,也具有之间的地址线引脚和数据线引脚。对于存储器芯片来讲,其内部存储单元的个数和其地址引脚的个数(地址的位数)存在严格的关系:存储单元的个数=2^地址的位数。但要注意的是,对于有的存储器芯片,其地址要分两次通过地址线引脚输入,这时地址的位数就是这两次输入的地址位数的和。存储器芯片的存储单元的字长和数据线引脚的位数也存在严格的关系:存储单元字长=数据线引脚个数。

    一般可以这样表示一个存储器芯片的容量:1KB*8、2MB*4等。1KB*8意味着有1KB个存储单元,每个存储单元的位数是8位,即字长等于8,该芯片有10个地址位(2^10=1KB),数据线引脚的个数应该是8个。2MB*4意味着该芯片有2MB个存储单元,每个存储单元的位数是4位,即字长等于4,该芯片有21个地址位(2^20=1MB,2^21=2MB),数据线引脚的个数应该是4个。

    2.读写速度

    存储器的读写速度可以用存取时间或者存取周期来表示。存取时间又称存储器的访问时间,是指访问一次存储器所需的时间。存取时间分为读出时间和写入时间,读出时间是从存储器接到有效地址开始到把数据有效输出到数据总线整个过程所需的时间,写入时间是从存储器接受到有效地址开始到数据写入指定的存储单元为止所需的时间。

    另一个可以表示存储器速度的指标是存取周期,它是指连续访问存储器时,两次连续访问存储器时所需的最小时间间隔。如果连续地、大批量的从存储器读出或者向存储器写入数据,可以用存储器的带宽来表示存储器的速度。存储器的带宽表示单位时间内(通常是1秒)存储器存取的字节数或者位数。如果存储器的存取周期是100ns,每个存取周期可以传输32位二进制数据,则该存储器的带宽为(10^9/100)*4=40MBps。要想提高存储器的带宽可以有三种方法,一是缩短存取周期,二是增加一次存取的位数即存取的字长,三是采用多体并行的方法。必需要说明的是,存储器的带宽与存储器的总线的带宽要匹配。因为存储器存取的数据是通过总线来传输的,存储器的带宽与总线的带宽必须匹配。

    3.现代存储器

    现代存储器(内存条)通常用这种方式来表示它的指标或者性能;4GB DDR3 1600.这表示该存储器的容量是4GB。DDR3表示三次同步动态随机存储器,1600表示它的等效频率为1600MHz。下面是对现代存储器发展的简介。

    SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory),称为同步动态随机存储器。正如它的名字所言,SDRAM和CPU同步运行,这使得内存控制器能够掌握准备所要求的数据所需的准确时钟周期,因此CPU从此不需要延后下一次的数据存取。SDRAM亦可称为SDR SDRAM在1个周期内只能读写1次,即在时钟上升沿存取数据。PC100和PC133就是这个时期产品常见的规格。

    DDR SDRAM(Double Data Rate SDRAM)称为双通道同步动态随机存储器,它是相对SDR SDRAM而言的。SDR SDRAM单一周期内只能读写一次,只能在时钟的上升沿存取数据,而DDR的双倍数据传输率指的就是单一周期内可读取或写入2次,它的时钟的上升沿和下降沿都可以存取数据,因此它的存取速度是SDR SDRAM的2倍。DDR 266、DDR 400都是这个时期的产品。

    DDR2 SDRAM(Double Data Rate Two SDRAM),称为双通道两次同步动态随机存储器。DDR2采用数据预取技术,将存储器的带宽在DDR的基础上又提高了一倍。这个时期常见的有DDR2 533、DDR2 800等内存规格。

    DDR3 SDRAM(Double Data Rate Three SDRAM)称为双通道三次同步动态随机存储器。DDR3的预取技术比DDR2又提升了一倍,DDR3的规格要求将电压控制在1.5V,较DDR2的1.8V更为省电。DDR3 1333 和DDR3 1600是这个时期典型的产品,也是目前主流的产品。

    DDR4 SDRAM(Double Data Rate Fourth SDRAM)。DDR4提供比DDR3/DDR2更低的供电电压以及更高的带宽,目前有的手机开始尝试这种存储器,只不过手机上用的是低功耗的,称为LPDDR4(Low Power DDR4),在台式机中DDR4用的更少,但它是未来存储器发展的方向。

    缓存容量

    随着技术的进步,CPU的性能和存储器的性能都在提升,但存储器性能提升的速度远远赶不上CPU性能提升的速度。虽然存储器经历了DDR、DDR2、DDR3甚至DDR4这样的发展,但是其与CPU的发展速度上的差距还在拉大,为了解决CPU和存储器速度不匹配的问题,在CPU和存储器之间引入了缓存。缓存的读写速度比存储器(主存)快很多,可以把CPU最近经常访问的数据从主存暂时放到缓存里面,这样可以减少访存的时间,提升计算机整体的性能。缓存的容量越大,当然对计算机性能提升的帮组越大,但其成本也会升高。为了进一步提升性能,缓存的级数也在增加。由原来一级缓存扩展到二级、三级缓存。原来缓存是在CPU外的,现在随着芯片集成度的提高,逐渐把缓存集成在CPU内部。到现在为止,CPU上可以集成三级缓存。比如Intel的CPU i7 4790K的三级缓存为8MB,AMD的CPU AMD A8-7650K的三级缓存为4MB。

    输入/输出传输速率

    计算机还需要和外设如硬盘、打印机等交换数据,因此计算机和外设通信时的输入输出数据传输速率也是计算机性能的一部分。我们以硬盘为例,目前主流的硬盘如西部数据的一款硬盘性能为1TB SATA3 64M。说明这个硬盘的容量为1TB(1000GB),总线接口为SATA3型接口,缓存为64MB,转速为7200转/分钟,它的传输速率可以达到150MB/s左右。固态硬盘的传输速率可以达到500MB/s左右,是未来大容量存储设备的发展方向。

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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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  • - 计算机硬件的五大组成部分 - 冯诺依曼机和现代计算机的结构

    计算机系统概述

    视频链接地址:
    https://www.bilibili.com/video/BV1BE411D7ii?from=search&seid=6420326887479343502
    

    前言

    在本篇中,你将掌握

    • 计算机硬件的五大组成部分
    • 冯诺依曼机和现代计算机的结构

    在这里插入图片描述

    1 冯诺依曼机

    世界上第一台计算机ENIAC,是要通过手工接线来控制计算的,大大增加了人工的“时间复杂度”。因此,冯诺依曼提出了

      “存储程序”:将指令以二进制代码的形式事先输入计算机的主储存器,然后按其在存储器中的首地址执行程序的第一条指令,以后就按该程序的规定顺序执行其他指令,直至程序执行结束。

    基于这种思想,第一台采用冯诺依曼结构的计算机EDVAC诞生了。
    在这里插入图片描述
    冯诺依曼计算机的硬件结构如上图,数据可以通过上图实线(数据线)进行传输,虚线表示控制线和反馈线。

    具体而言,我们的计算机就是用来处理数据的。通过输入设备输入数据,这里的数据包含了要处理的数据,也包含了数据的计算步骤即程序。在此,数据先流向了运算器,然后通过运算器的中转放到存储器中。经过运算后,会通过输出设备输出计算结果。另外还有一个很重要的部件,控制器,它会电信号来协调其余部件相互工作,也会负责解析存储器里的程序指令。

      输入设备:将信息转换成机器能识别的形式
      运算器:算术运算(加减乘除)和逻辑运算(与或非)
      存储器:存放数据和程序
      输出设备:将结果转换成人们熟悉的形式
      控制器:指挥程序运行

    输入的数据和程序其实就是软件模块,其余部件就是硬件模块。在计算机系统中,其实软件和硬件在逻辑上是等效的。就是说对于同一个功能,我们既可以用软件来实现,又可以用硬件来实现。但是通常来说用软件来实现成本更低、效率也更低,但硬件实现成本更高、效率也会更高。

    比如,我们要实现乘法运算,我们可以设计一个专门的硬件电路实现乘法运算;也可以用软件的方式,执行多次加法运算来实现。

    总而言之,冯诺依曼计算机有以下特点:

    1. 计算机由五大部件组成:输入设备、运算器、储存器、控制器、输出设备,其中输入输出设备被统称为I/O设备(input、output)
    2. 指令和数据以同等地位存于存储器,可按地址寻访
    3. 指令和数据都是用二进制表示的
    4. 指令由操作码和地址码组成:操作码指明了操作过程,如加减乘除;而地址码指明了要操作的数据被存放在了内存的什么位置
    5. 存储程序:会提前把指令和数据提前存储到存储器中
    6. 以运算器为中心:输入/输出设备与储存器之间的数据传送通过运算器完成

    在此,我们会发现这样的一个问题,冯诺依曼机的各种数据和指令都要通过运算器中转,还要最终通过运算器来实现运算,这种设计是存在一定的缺陷的。在此基础上,便有了现代计算机的结构。

    2现代计算机的结构

    在这里插入图片描述
    与冯诺依曼机以运算器为中心不同的是,现代计算机以存储器为中心。数据和程序经过输入设备是直接放到存储器中,通过运算器的运算再返还结果给存储器,再交给输出设备输出。这样运算器将只负责数据的运算过程,可以让运算器进行更多更快的运算。

    也因为运算器和控制器的逻辑关系十分紧密,因此在大规模集成电路出现后,运算器和控制器通常是被集成到同一芯片上的,也就是我们今天的CPU。
      CPU = 运算器 + 控制器

    在这里插入图片描述
    正因为CPU的出现,现代计算机的结构可简化为上图。由控制器+运算器组成的CPU和主存储器合称为计组的主机

    以及,主存辅存都可以被统称为存储器。主存就是主存储器,也就是我们熟悉的内存;而辅存就是辅助存储器,在电脑中就是我们的机械硬盘、固态硬盘。在此要注意的是,主机仅包含了主存,辅存应被归为I/O设备。

    3 小结

    在这里插入图片描述
    本篇重点是,计算机硬件由五大部分组成:输入设备、输出设备、主存储器、运算器、控制器,前两者被称为I/O设备,后三者组成了主机。以及冯诺依曼结构,首次提出“存储程序”的概念,并以运算器为中心。而现代计算机的硬件结构是以存储器为中心的,由运算器和控制器集成为CPU。

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  • 计算机具有数据处理、数据存储、数据传送三种基本功能,都是通过计算机硬件自动执行程序所包含的指令来完成的 计算机系统由软件与硬件组成 硬件: 是物理装置的总称、例如芯片、板卡、外设、电缆等都是计算机硬件 ...

    计算机基本组成学习笔记

    概述

    计算机主要核心部件采用 高速电子元器件
    计算机具有数据处理、数据存储、数据传送三种基本功能,都是通过计算机硬件自动执行程序所包含的指令来完成的

    计算机系统由软件与硬件组成

    硬件: 是物理装置的总称、例如芯片、板卡、外设、电缆等都是计算机硬件
    软件: 包括运行在硬件上的程序和数据及其相关的文档。
    程序: 是指挥计算机如何操作的一个指令序列、也就是说程序是有指令组成的
    指令: 计算机硬件能够直接理解并执行的最基本的操作
    数据: 是指令操作的对象

    1.1 计算机硬件的基本组成

    1.1.1冯诺伊曼结构基础思想:

    (1).采用”存储程序“工作方式
    (2).计算机由运算器、存储器、控制器、输入/输出设备五个基本部件组成
    (3).存储器不仅可以存放数据也可以存放指令,形式上数据和指令没有区别、但计算机能够区分它们。控制器应能自动执行指令;运算器应能进行加、减、乘、除四种基本算数运算以及逻辑运算;操作人员可以通过输入/输出设备使用计算机。
    (4).计算机内部以二进制形式表示指令与数据;每条指令由操作码与地址码组成,操作码指出操作类型、地址码指出操作数的地址;由一串指令组成程序

    在这里插入图片描述
    如果用户希望计算机执行一个程序,首先通过输入设备将程序和数据输入计算机、并保存到存储器、然后启动并运行程序。一旦程序被启动运行,则程序中的指令将逐条被送到控制器进行译码,控制器根据指令的功能送出相应控制信号、以控制将数据取到运算器,并控制运算器进行特定的运算,运算的结果再存储到存储器。最后通过输出设备将存储器中的运算结果输出

    1.1.2 现代计算机的基本组成

    现代计算机主要包含中央处理器、存储器、外设设备和各类总线等。

    中央处理器(简称:CPU):例如Intel公司研制的各种芯片、比如Core i7等cpu芯片,而CPU主要包含两个基本部分:数据通路和控制器。数据通路:是指指令执行过程中数据所流经的部件、其中包括各类运算部件。最重要的运算部件是 算数逻辑部件 简称ALU 它用来进行基本的算术和逻辑运算。ALU中最基本的部件是加法器,所有算数运算都可以基于加法运算和逻辑运算来实现.控制器用来对指令进行译码,生成相对应的控制信号,以控制数据通路进行特定的操作.

    存储器 分为内存和外存,内存包括主存储器和高速缓冲存储器。外存包括辅助存储器和海里后备存储器,通常把系统运行时直接和主存交换的信息的存储器成为辅助存储器,简称辅存。目前辅助存储器是磁盘存储器和固盘硬盘,而光盘存储器与磁带存储器的容量更大、速度更慢,主要用于信息的备份和脱机存档,因此它们被用作海量后备存储器。

    外部设备简称外设,也称I/O设备,其中,I/O是输入/输出的缩写。每个外设都需要相应的控制逻辑,通常将控制外部设备工作的控制逻辑成为I/O控制器或I/O适配器,外设通过I/O控制器或适配器连接到主机上,I/O控制器或I/O适配器统称为设备控制器 例如键盘接口、打印机适配器、显示控制卡、网卡等都是一种设备控制器,属于I/O模块(别称 I/O接口)

    总线(bus) 是传输信息的通路、用于在部件之间传输信息、CPU、主存和I/O模块通过总线互连。

    1.2 计算机软件概述

    根据软件的用途,一般将软件分为系统软件和应用软件

    系统软件 包括为有效、安全的使用和管理计算机以及为开发和运行应用程序而提供的各种软件。
    例如 操作系统(Windows\Unix\Linux)、语言处理系统(如 Visual Studio\GCC) 、数据库管理系统(Oracle)和各类实用程序(磁盘碎片整理程序、备份程序)。操作系统主要用来管理整个计算机系统的资源,包括对它进行调度、管理、监视和服务等,除此之外,还提供计算机用户和硬件之间的人机交互界面,并提供对应用软件的支持。语言处理系统主要用于提供一个用与高级语言编程的环境,包括源程序编辑、翻译、调试、链接、装入运行等功能。

    应用软件指专门为数据处理、科学计算、事务管理、多媒体处理、工程设计以及过程控制等应用所编写的各类程序。例如电子邮件收发软件、多媒体播放软件、游戏软件、炒股软件、文字处理软件、电子表格软件等都是应用软件.

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计算机硬件