计算机硬件的基本组成-大框架的建立

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了计算机硬件的基本组成-大框架的建立相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

计算机硬件的基本组成-大框架的建立

首先看一下计算机大概体系。
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一、计算机体系的三层结构

  软件相当于灵魂,向计算机发出指令。如果计算机没有运行软件,那么这台计算机是不能操作的。计算机大体上是分为两个部分:硬件和软件。但是为了更清晰的理解,把软件也大概分为了两个部分。

?  计算机在大方面上是由三部分组成的:

  1. 应用程序。位于计算机的上层。比如QQ,微信等,都是我们在计算机上运行的程序。
  2. 操作系统。位于计算机体系中间层。比如win7,mac等,也是属于软件部分,但是操作系统是直接和计算机硬件打交道的,一般我们说的重装系统就是这个操作系统。
  3. 计算机硬件。位于计算机体系的底层。是我们肉眼所能看到的机器各样的零件。

二、计算机硬件的三大核心

?  计算机硬件的核心一共有三种分别是cpu、存储器、IO设备。

下面逐条分析。

2.1 cpu

  cpu是计算机的最最核心的硬件,相当于人的大脑,在接到软件下发的指令之后,向计算机各个部位发送指令,统筹协调各个部位的运转,共同完成下达的任务。

2.1.1 cpu内的指令集

?  cpu内含有丰富的指令集,软件下达的指令,会对比cpu内的指令集然后在去实现对应的功能。指令集分为两种:

  1. 精简指令集(SISC)。每一个指令都能实现简单的功能,执行效率高,一般手机上使用这种cpu.
  2. 复杂指令集(CISC)。每一个指令实现的功能较为复杂,相比较精简指令集,容易出错,执行效率较低,但是使用较为简单方便,一般用于电脑。

2.1.2 x-86 64位是什么意思呢

?  cpu在最开始被研究出来的所起的一种系列的名字, 然后后来就一直称为x-86。知道大概就可以吹了,不要过分深究,我也就知道这么多。

?  那么64位呢?就是说cpu一次从内存中取出来的二进制位数。32位,就是cpu一次取出32位二进制,现在32位基本淘汰了,大家可以放心大胆的使用64位的,而且64位还可以运行32位,会在前面补32个0.

2.1.3 cpu的内部构造

?  cpu内部有三种部件:

  1. 控制器。这是计算机最核心的功能,是计算机的司令部,控制各个硬件的运行。

  2. 运算器。只进行逻辑相关的运算和数学运算。

  3. 寄存器。属于内存,L1级别,但是在cpu内部,是采用与cpu相同的材质制成的,存放有cpu下步非常急需的变量等,存在的意义是为了加快运行速度。

  高度缓存也是内存的一种,属于L2级别,造价昂贵。有的位于cpu内部,有的位于外部,有三种级别的缓存。

2.1.4 cpu的两种状态

  cpu在运行的时候有两种工作状态:

  1. 内核态。此时cpu上运行的是操作系统。可以操控计算机的硬件和运算相关的指令。
  2. 用户态。此时cpu上运行的是应用程序。不能操控计算机硬件。

  cpu的工作状态在两者之间频繁切换,当我们运行程序时,处于用户态,但是一旦涉及到需要操控计算机硬件 ,那么计算机就会切换到内核态。

2.2 存储器

?  存储器分为寄存器、高速缓存、内存和外存等,功能也有多不同,我们主要说内存。

2.2.1 内存

?  理论上来说,cpu可以直接与硬盘进行沟通,但是运行速度太慢,就在中间加个内存。内存中的数据断电就会消失,不能永久保存。

2.2.2 内存被称为主存

?  程序的运行一般都先从硬盘里读取到内存,然后cpu提取到内存中的指令,然后开始运行,再讲运行结果返回给内存。同样地,输入设备等的信息都需要通过内存,然后在由cpu运行。所以,内存是沟通cpu和硬盘等的必经之路,所以称之为内存。

2.2.3内存的分类

?  内存主要分为RAM和ROM。

  1. RAM。可读可写的内存。
  2. ROM。可读不可写。在生产出来的时候已经由厂商制定好了。上面存放有Bios系统,保证电脑在还没安装操作系统的时候能有个基本的输入输出的操作。

2.2.4 CMOS

?  CMOS也是属于内存RAM的一种,耗电量极低,且由主板上的电池供电,上面存放一些基本的配置信息,如时间等,电脑开机以后的时间之所以准确就是因为CMOS的原因。接下来在计算机的启动会详细讲解。

2.2.5硬盘

?  计算机的文件是保存在硬盘上的,硬盘上的数据被读取到内存上,然后cpu进行分析、识别、执行。所以,运行顺序是:硬盘==》内存==》cpu==》内存==》硬盘。硬盘的运行时间长主要是因为寻找数据的时间,被称为IO延迟。

?  IO延迟 = 平均寻道时间+平均延迟时间

?  平均寻道时间:机械手臂在硬盘上的不同磁道中发现数据所在磁道的时间。

?  平均延迟时间:是寻找所在磁道中该数据位置的时间,平均累计为半圈。

3.输入输出设备

  顾名思义,就是输入设备及输出设备,是计算机从外界获取和显示数据的设备。

  1. 输入设备:鼠标键盘等。
  2. 输出设备:打印机、显示屏等。

三、计算机是如何启动的

?  前面已经知道计算机的三层体系了,分别是计算机硬件、操作系统、应用软件。我们已经知道计算机是通过按开机键,然后就会显示操作系统的界面,那么,在这中间,又经历了什么呢?

3.1 BIOS

?  这时候要说一下BIOS ,当我们打开一个裸机,然后会出现一个类似于蓝白色(各个厂商不同,界面不同)的基本界面,只能进行一些键盘的输入,这个系统就是BIOS,存放在ROM中,就相当于内存。在这个时候BIOS就起到了操作系统的作用,然后会去CMOS读取一些配置信息。

  这是对应的关系

裸机的三大核心 计算机
CPU CPU
ROM(存放BIOS) 内存
CMOS 硬盘

3.2 计算机的启动流程

?  这个时候就可以讲一下计算机的启动流程了,注意:即使计算机装完系统,计算机开机依然要经历BIOS的阶段,因为这是计算机出厂就已经确定的过程。

  1. 计算机通电。

  2. 启动BIOS系统,检查计算机设备。

  3. BIOS读取CMOS中的一些配置信息,选择启动设备。

  4. 从启动设备中读取第一扇区的内容,称为MBR,内部含有分区信息。

  5. 根据分区信息,读入bootloader装载模块,启动操作系统。

  6. 操作系统询问BIOS获得配置的信息。检查每种设备的驱动程序是否存在,检测完毕会调入内核,然后初始有关的表格,传进已经设定好需要的进程,并在终端启动登陆程序。

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