个人电脑硬件介绍（2021-09-07）

Posted 2021-09-26 起来嗨^ - ^

个人电脑硬件介绍

• 硬件简介
• • 一、各组件运行示意图
  • 二、简介
• 分类介绍
• 小知识点

注： 笔者图文采自《鸟哥的linux私房菜》与《现代操作系统》一书，其后博文亦是围绕这本书做的笔记之用。

硬件简介

一、各组件运行示意图

二、简介

1、CPU：即处理器，从内存中取出指令并执行。在每个cpu周期，首先从内存取出指令，然后解码以确定其类型和操作数，执行。每个cpu都有专门的指令集。包含一些寄存器如程序计数器、堆栈指针计数器、程序状态字（PSW）。
2、内存：存放即将被cpu提取的数据（10ns访问时间）。存储层次结构自上而下为寄存器、高速缓存、主存、磁盘。存储器有随机访问存储器（RAM,易失性，可重复擦写）、只读存储器（ROM,非易失性，不可擦写）、E2PROM(电可擦除ROM)和闪存（FLASH MEMORY）[非易失性，可重复擦写，写速度上介于RAM和磁盘间]。还有一种COMS存储器，易失性，但耗电量极少，通常一块小电池可以用多年。常用作保持时间和配置参数，但有风险。
3、硬盘：即磁盘，机械装置（10ms访问时间）。主要结构有盘面、读写头、磁盘臂。过去扇区典型值为512B，扇区组合成的同心圆为磁道，上下所有磁道合并即为柱面。
4、主板：将所有重要组件连接起来。
5、显卡：包括显存、GPU等。
6、I/O设备：包括设备控制器和设备本身。操作系统通过设备驱动程序与设备控制器对话，它们之间有个相对简单的接口（控制器提供），控制器（一块电路板）通过物理接口控制设备（如SATA）。
7、总线：PCIe,PCI,USB,SATA,DMI。

分类介绍

1、CPU主知识点
1）x86的CPU主提供商：Intel、AMD.
2）CPU外频指CPU与外部组件进行数据传输时的频率，倍频则是CPU内部为了加速工作性能的一个倍数，两者相乘为CPU主频。
3）现代主板架构如图没有北桥，内存控制器直接整合到CPU内部，通过系统总线带宽通信，显卡通过PCI-E序列信道设计与CPU通信。
4）CPU每次能够处理的数据量称为字长。
2、内存主知识点

1）个人电脑内存主要组件为动态随机存取内存（DRAM，小电容等制成，速度相对慢，成本低，密度相对高）。内存与CPU之间有一、二、三级缓存。一级缓存和二级缓存在CPU内部。一级缓存分数据缓存（Data Cache， D-Cache）和指令缓存（Instruction Cache， I-Cache），通常选用静态随机存取内存(SRAM,触发器之类制成，速度快，成本高，密度相对低)。二级缓存用高速DRAM。有些还有三级缓存，在CPU外。二级缓存为CPU性能重要因素。
2）
DDR即双倍数据传输速度，它可以在一次工作周期传输两次数据；SDRAM即同步动态随机存储器，工作速度与系统总线速度同步，已被淘汰。
3）双通道设计简单解释：即两个内存集合在一起，一根64位内存，两根达到128位。
4）BIOS ROM与CMOS RAM区别: 通过Bios设置程序对CMOS 进行参数设置。
3、显卡主知识点

1）显卡又称VGA,与主板的接口由PCI升级到AGP,现在到PCI-Express。
2）PCIE使用类似管道的概念处理，串行全双工，如PCIE 3.0的16x，最大带宽接近16GB/S。
3）显卡与显示器之间的接口：D-Sub（VGA) 早期接口，针对CRT显示器；DVI 共有4种以上接口，例如DVI-D,DVI-I等，常见与液晶屏幕的连接。；HDMI 可以同时传输影像与声音（D-Sub与DVI仅能传输影像），广泛运用；DsiplayPort 与HDMI类似，但运用较少。
4、硬盘主知识点
磁盘分区有MBR模式和GPT模式，磁盘接口包括IDE、SCSI、SATA、SAS，外接磁盘接口包括USB、eSATA等。IDE与SCSI已被淘汰。
1）SATA

1bit:1byte=1:10
2）SAS

支持热插拔，速度更快，贵，磁盘阵列卡用。
3）USB
支持热插拔

5、I/O设备

1）设备驱动程序必须在核心态运行。
2）将设备驱动程序装入操作系统有三个途径：a、将内核与设备驱动程序连接，然后重启系统，UNIX。b、在一个操作系统文件中设置一个入口，通知该文件需驱动程序，重启系统时找寻设备驱动程序并安装，Windows。c、操作系统在运行时接受新设备并安装，趋势。
3）所有设备寄存器的集合构成了I/O端口空间。
4）实现输入输出的方式有三种：1、最简单的，忙等待，CPU一直轮询直到对应I/O操作完成。具体：用户程序发出一个系统调用，内核将其翻译成一个对应设备驱动程序的过程调用，然后开始轮询。2、设备驱动程序启动程序并在完成时发出一个中断。具体：完成时设备控制器用特定总线给中断控制器发信号，中断控制器接受到信号后，给CPU一个管脚上声明，然后发送该设备的编号到总线上。CPU决定处理中断，将程序计数器和PSW被压入当前堆栈中，切换至内核态，设备编号成为部分内存一个引用，用于寻找设备中断处理程序的地址，此部分内存称为中断向量。中断处理程序开始后，取走入栈的程序计数器和PSW，并保存之。处理完后，返回先前用户程序的上一条指令。3、DMA，即直接存储器访问。

小知识点

1、CPU超线程技术（HT）：在CPU内部将重要寄存器分成两组，让程序分别使用这两组寄存器，两个程序竞争同一个CPU运算单元。CPU好像同时拥有两个内核。网上说这是case by case。
2、即插即用：系统自动收集I/O设备信息，集中赋予中断级别和I/O设备地址。