计算机是怎样跑起来的

Posted 2020-08-24 七彩蜗牛

一、计算机的三个根本性基础

1、计算机是执行输入、运算、输出的机器；

2、程序是指令和数据的集合；

3、计算机的处理方式有时与人的思维习惯不同；

 说明：对计算机来说什么都是数字，为了贴近人类，计算机在不断的变化。

二、计算机硬件的组成要素

1、CPU、内存、以及I/O

     CPU是计算机的大脑，其内部可对数据执行运算并控内存和I／O；

     内存用于存储数据和指令；

     I/O负责把鼠标、键盘、显示器等周边设备和主机连接在一起。

     说明：CPU－中央处理器（central processing unit）

              HZ：驱动运转的时钟频率，一秒发出一次时钟信号就是1hz， M代表100万；

三、CPU的种类

1、精简指令集：每个指令执行的时间很短，如ARM架构的CPU。

2、复杂指令集：指令数目多且复杂，每条指令的长度并不同，花费的时间较长，但是每条指令处理的工作较为丰富，常见的有intel等X86架构的CPU。

四、接口设备

主板：负责将所有的设备连接在一起，让所有的设备能够进行协调与通信；主板组件：主板芯片组，将所有设备汇集在一起；

存储设备：硬盘、软盘、光盘、磁带等

显示设备：显卡，与显示的精度、色彩与分辨率有关系

网络设备：网卡

五、计算机的运作流程

1、CPU = 大脑，判断控制；

2、内存 = 大脑中的记录区块

3、硬盘 = 大脑中的记忆区块

4、主板 = 神经系统，将重要的组件连接起来

5、各项接口设备 = 人体与外界通信的手、脚、皮肤、眼睛等，是人体与外界互动的关键部位

6、显卡 = 脑袋中的影像

7、电源 = 心脏                                                                                                                                                                                 

概述：整台主机中最重要的是CPU与内存，CPU的数据来自于内存，如果要用到过去的经验来判断事情，就需要将硬盘中的内容放到内存中，再交给CPU进行判断，之后再发送命令给各个接口设备。

六、 计算机常用的计算单位

大小单位：计算机通过有没有通电来记录信息，1字节= 8 bit ，大小单位使用二进制表示。K= 1024B  M = 1024K  G= 1024M  T= 1024G  P = 1024T

速度单位：HZ 秒分之一，速度使用十进制表示；

七、个人计算机

intel的芯片组架构：

北桥：负责连接速度较快的CPU、内存、显卡等组件；

南桥：负责连接速度较慢的周边接口、硬盘、USB、网卡等；

AMD的芯片组架构：内存直接与CPU通信，不通过北桥，目的是为了加速两者之间的通信，将内存控制组件集成在CPU中。

八、CPU

单核：仅有一个计算单元

多核：将多个计算内核嵌入到一个CPU钟

外频：CPU与外部组件进行数据传输与计算时的速度；

倍频：CPU内部用来加速工作性能的一个倍数；

频率：外频*倍频

超频：将CPU的倍频或者外频通过主板的设定功能更改成较高频率的一种方式，倍频一般无法修改，因此主要通过外频来实现超频。

32位与64位：CPU与内存通信速度是依靠外频，每次传送的数据量大小是由总线的功能决定的，北桥的总线称为系统总线，属于内存传输的主要通道，南桥就是输入输出I/O总线，主要用于连接硬盘、USB、网卡等接口设备，北桥所支持的频率称为前端总线速度，每次传输的位数就是总线宽度，每秒传输的最大数据量为总线速度*总线宽度，常见的总线宽度有32位和64位，CPU每次能够处理的数据量称为字组大小，依据CPU的设计有32位和64位，注意：字组大小可以和总线宽度不同。

 九、内存：CPU所使用的数据都来自于内存

分类：

DDR：双倍数据传输速度，在一次工作周期中进行两次数据传送，类似与CPU的倍频；

SRAM：静态随机访问内存；

DRAM：动态随机访问内存；

参数：数据宽度、外频、频率、频宽、容量

注：内存型号与CPU和芯片组有关；容量越大，系统越快。

双通道设计：将两个内存汇整在一起，将内存的数据宽度提升一倍的作用；将相同型号的内存必须插在相同颜色的槽位中；

CPU二层高速缓存：集成在CPU内部，将常用的程序或数据放在CPU二级高速缓存中，将大大提升CPU的性能，L2内存的速度必须与CPU频率相同，使用SRAM实现。

只读存储器：ROM，断电不丢失，Bios程序就是写死在此类内存芯片中；

 十、显卡

显卡的内存容量将影响屏幕分辨率和色彩深度，因为色彩颜色会占用内存；

显卡的运算能力决定3D画面质感，通过在显卡上面嵌入一个3D加速芯片，即GPU。

参数：宽度、速度、频宽；

十一、硬盘与存储设备

存储设备：硬盘、软盘、CD、DVD、U盘等；

硬盘组成：许多盘片、机械手臂、磁头、主轴马达

数据写在磁性物质的盘片上，主轴马达让盘片转动，读写主要通过机械手臂上的读写头在盘片上面进行读写操作。

盘片的数据如何写入

扇区：磁盘的最小存储单位，每个扇区大小为512字节，不会改变；

磁道：扇区组成的一个圆称为磁道；

柱面：所有盘片上的同一个同一个磁道组成柱面；是分割硬盘的最小单位；

硬盘存储量= header数量*每个header负责的柱面数量*每柱面上所包含的扇区数量*扇区的容量；

注：商家显示的硬盘容量为十进制，但是实际存储大小是使用二进制计算。

十二、传输接口：硬盘与主机系统的连接需要传输接口实现。

分类：

IDE接口：使用的排线较宽，每个排线上面可以接两个IDE设备，可以实现两个设备的主从架构；

SATA接口：排线较细，每条连线上面只能接一个SATA设备，速度较快。主流接口；

SCSI接口：硬盘控制器上面含有处理器，速度快且不消耗CPU资源；

缓冲存储器：将硬盘内的数据缓存起来，加速系统的读取性能。

转速：硬盘主要通过主轴马达转动盘片来访问，因此转速的快慢影响性能；

运转的时候抖动的话会造成数据或磁盘的损坏，因为机械手臂上的磁头与磁盘的接触之间的空间很细微。