计算机基础一： 计算机硬件

Posted 2020-09-18 一锅煮不下

计算机基础一： 计算机硬件

前言：

相信到了2017年，如今的你我都会有一台属于自己的笔记本或者放学、下班回家后回到家里打开自己的台式机。

但是大家真的知道为什么我们轻轻一碰开机键就能开始网上冲浪，就能肆意在游戏的快乐里呢？

我们在玩游戏或者上网时我们的电脑本身在忙什么？

如果引起你的兴趣了，那么就继续读下去吧。

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粗聊：

用一张图片为大家展示以下开机的流程

看不懂是么，没关系你看懂了我就可以不写了

下面为大家做一下普及：

计算机本身和人有着很大的相似之处

cpu  相当于人的大脑可以处理所有事物

内存 相当于人的短期记忆可以在一瞬间记住所需要的事情

磁盘 相当于人们常用的记事本或者照相机可以保留最重要的时刻

输入设备  相当于人们的耳朵和眼睛用来接受一切

输出设备  相当于人们的嘴巴和肢体用来沟通和操作

主板和总线  相当于人们的骨骼和神经为人们的身体做支撑和协调的作用

1.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）。它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。

中央处理器主要包括运算器（算术逻辑运算单元，ALU，Arithmetic Logic Unit）和高速缓冲存储器（Cache）及实现它们之间联系的数据（Data）、控制及状态的总线（Bus）。它与内部存储器（Memory）和输入/输出（I/O）设备合称为电子计算机三大核心部件。

 翻译成人话讲就是我在电脑上做的任何事情都需要他进行审查和处理，现阶段不光实在电脑上在手机上我们叫他soc在汽车上我们叫他icu他们所完成的功能都是多我们提出的事情进行处理和反馈的一个单元

 cpu厂商：intel、amd、高通（移动）、三星（移动）

 

 

2.内存：

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中进行的，因此内存的性能对计算机的影响非常大。内存(Memory)也被称为内存储器，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。只要计算机在运行中，CPU就会把需要运算的数据调到内存中进行运算，当运算完成后CPU再将结果传送出来，内存的运行也决定了计算机的稳定运行。 内存是由内存芯片、电路板、金手指等部分组成的。

翻译成人话讲就是由于我们的电脑上对于cpu的处理速度上硬盘已经满足不了cpu的实时读取速度，我们需要一个更快的存储设备来配合cpu所以内存就应运而生，他的优点是有比硬盘更快的速度，缺点是在断电下会丢失数据。

ram内存随机存储器（Random Access Memory）表示既可以从中读取数据如今已经更新到了ddr4版本了制作内存的厂商比较有代表的有镁光，三星。

rom内存表示只读存储器（Read Only Memory），在制造ROM的时候，信息（数据或程序）就被存入并永久保存，这种内存多用于bios芯片上。这内存可以在断电的情况下保存数据。目前bios的设计版本基本上是随着主板型号走的，但是一些拓展的功能开发是由主板厂商进行修改的其中比较出名的例如：华硕的rog系列、微星的龙盾系列。

高速缓冲存储器Cache也是我们经常遇到的概念，也就是平常看到的一级缓存(L1 Cache）、二级缓存(L2 Cache）、三级缓存(L3 Cache）这些数据，它位于CPU与内存之间，是一个读写速度比内存更快的存储器。

简单理解如果有一天连内存都不能满足cpu的读取速度需求我们该怎么办呢？按照硬盘不足以跟的上cpu的读取速度是一个方法，我们在内存和cpu之间在加上一个过度我们称它高速缓冲存储器这就是它的由来

coms用于储存对bios调整后的修改记录，如果突然断电会丢失数据，优点：能够保存bios的数据，能够通过一个纽扣电池进行长达几年的供电。

3.硬盘

计算机的外部存储器中也采用了类似磁带的装置，比较常用的一种叫磁盘，将圆形的磁性盘片装在一个方的密封盒子里，这样做的目的是为了防止磁盘表面划伤，导致数据丢失。

硬盘目前分成两大阵营固态硬盘（ssd）和机械硬盘（hdd）

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。固态硬盘在接口的规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同，在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致。他的好处是拥有6倍于hhd的读取速度，具有抗震抗压，耗电低的特点，缺点是制作成本比较高，具有的NAND Flash闪存芯片又分为SLC（单层单元）MLC（多层单元）以及TLC（三层单元)NAND闪存三种从最贵到最便宜排序。随着工艺的进步是hdd的良好替代品。

机械硬盘HDD（Hard Disk Drive）的缩写，即硬盘驱动器的英文名。最基本的电脑存储器，我们电脑中常说的电脑硬盘C盘、D盘为磁盘分区都属于硬盘驱动器。hdd是电脑中最早的储存介质，可以在无能量供应的情况下储存数据原理是利用磁力的正负极进行数据的储存。下面我们把一个硬盘切开来看看里面的结构：

机械硬盘因为是由磁头臂在磁盘上通过寻道的方式进行数据的读写，所以如果受到震动会造成磁盘的划伤导致数据丢失，多用在环境稳定，需求储存数据量较大的地方。

扇区指的是硬盘储存数据的最小单位因为默认为512k。

 如图所示一个蓝色的填充范围为一个扇区。

平均寻道时间的英文拼写是Average Seek Time，它是了解硬盘性能至关重要的参数之一。它是指硬盘在接收到系统指令后，磁头从开始移动到移动至数据所在的磁道所花费时间的平均值，也可以用磁头到硬盘半径1/2的速度做平均寻道时间，它一定程度上体现硬盘读取数据的能力，是影响硬盘内部数据传输率的重要参数，单位为毫秒（ms）。不同品牌、不同型号的产品其平均寻道时间也不一样，但这个时间越低，则产品越好，现今主流的硬盘产品平均寻道时间都在在9ms左右。

虚拟内存是计算机系统内存管理的一种技术。它使得应用程序认为它拥有连续的可用的内存（一个连续完整的地址空间），而实际上，它通常是被分隔成多个物理内存碎片，还有部分暂时存储在外部磁盘存储器上，在需要时进行数据交换。目前，大多数操作系统都使用了虚拟内存，如Windows家族的“虚拟内存”；Linux的swap等。

在windows上点击我的电脑右键（属性）->高级->（性能）设置->高级最下面的虚拟内存，如果本身电脑内存大于8g可以考虑关闭此功能，他的初始目的是为了满足内存不够的用户，如今动辄8g打底完全可以关闭了

MMU是Memory Management Unit的缩写，中文名是内存管理单元，它是中央处理器（CPU）中用来管理虚拟存储器、物理存储器的控制线路，同时也负责虚拟地址映射为物理地址，以及提供硬件机制的内存访问授权，多用户多进程操作系统。

磁带计算机带作为数字信息的存贮具有容量大、价格低的优点。主要大量用于计算机的外存贮器。个人感觉已经快被放弃了

4输出设备

 一切能让你从电脑上获得消息的设备，例如显示器，耳机，喇叭

5输入设备

你与计算机进行吐槽的设备，列入鼠标，mic，键盘，画板

6主板和总线

主板打开我们的机箱可以看到很多东西都安装在一块所料质感的板子上这是电路板也是俗称的主板，一个主板上面有很多规整的线路，是有多层pcb板进行粘合而成的。上面有很多接口可以连接设备。当然主板也有大的版本，他们每一次更新都是与cpu的型号和针脚进行匹配的

总线（Bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束， 按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。

南桥芯片负责I/O总线之间的通信，如PCI总线、USB、LAN、ATA、SATA、音频控制器、键盘控制器、实时时钟控制器、高级电源管理等，这些技术相对来说比较稳定，所以不同芯片组中南桥芯片可能是一样的，不一样的只是北桥芯片。也就是说可能我们用的新主板是3年前回收的旧主板上取下来的南桥，想想都坑爹啊。好在最新消息intel打算取消南桥，嗯！！！！牙膏厂终于不坑爹了

北桥芯片

 amd和intel两家的区别北桥芯片负责与CPU的联系并控制内存(仅限于Intel除Core系列以外的cpu，AMD系列cpu在K8系列以后就在cpu中集成了内存控制器，因此AMD平台的北桥芯片不控制内存)、AGP数据在北桥内部传输，提供对CPU的类型和主频、系统的前端总线频率、内存的类型（SDRAM，DDR SDRAM以及RDRAM等等）和最大容量、AGP插槽、ECC纠错等支持，整合型芯片组的北桥芯片还集成了图形处理器。

南桥和北桥芯片主要区别

南桥主要是负责IO，北桥用于CPU和内存、显卡、PCI交换数据。

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重解：

1.计算机语言和操作系统，硬件的关系

   先来说说计算机语言：计算机语言有好多种，目前我知道的有java，c++，c#，go，python。如果一点不懂的人可能觉得我光学一门外语就够难受的了我还要学计算机语言？疯了吧！！！

   其实不是的，计算机语言是面向计算机的，在很多时候你不需要一个单词一个单词的去想，可以通过tab键或者网上直接摘抄就可以完成很多想做的事情，计算机不会管你写的什么只会去执行。同样这么多种语言最后都会变成0与1的存在，精不惊喜，意不意外。

   如果不知道因为啥，那我告诉原因。

  我们的任何事情都是通过cpu进行计算单，而cpu是一个死的物品，他只有在有软件进行配合的情况下进行才可以进行计算，内嵌入cpu的软件我们称它为指令集，当我们用python编出一个程序去运行时其实就是让我们的cpu进行数据的提取->解析成cpu内部的指令集->执行命令的一个过程。所以所谓的计算语言就是让我们能够通过这门语言与计算机进行沟通的过程。

2.关于应用程序的启动流程

  首先要知道一点，我们的应用程序是运行在系统内，系统可以控制硬件，应用程序是不可以直接控制硬件的。所以当我运行应用程序时，会告知系统->系统在硬盘中取出应用程序到内存中进行运行->如果需要读取硬盘中的东西->开启内核态提取硬盘中的数据->将数据读取到内存中进行使用->满足用户需求的一个过程。

  换个方向说应用程序的启动过程就是应用程序由死转生的过程当我们点击桌面的快捷图标时，这个过程是系统的一个查找过程，查找之后系统会将应用程序从硬盘中提取出来到内存中，再由cpu提取->解析->执行当我们到了执行这一步，我们的应用程序就复活了。

3关于线程

  cpu的每一次工作都会完成提取->解码->执行的过程，如果我们的n1任务完成了提取过程正在解码那么我们的提取行动就会空出很浪费，所以我们提出在进行n1的解码时进行n2的提取任务，就像一条流水线一样。这就是线程

4关于进程

  进程我的理解就是在系统中他正在运行的状态，进程会占用内存，网络，储存空间等资源来满足我们的使用，同时一个应用程序可能打开多个进程，其实打开电脑的时候我们打开自己的任务管理器完全可以看懂什么是进程，他消耗什么。

5关于寄存器

  他就是一个内存设备，特点是目前速度最接近cpu的读写速度，断电丢失存档，和cpu相同材质制作而成。但是由于工艺限制只有几KB到几MB之间

  寄存器主要分为通用寄存器，程序计数器，堆栈指针和最重要的程序状态字寄存器(Program Status Word,PSW)

6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

7用户态或内核态

  用户态：只能访问内存，不可以使用内存以外的其他i/o（输入输出）设备。

  内核态：可以访问任何设备，可以进行读取写入，可以联网。

  由于内核态权限较大可以调用的东西很多，所以软件都会限制在用用户态下，保证系统的安全性，但是为满足用户使用也会常有调用系统硬件的时候，这时应用程序会变成内核态，在内核态状态下可以提出需求给系统，但不会操控系统去提取硬件上的数据。

8驱动和控制器

  驱动可以理解为系统和硬件之间的一个桥梁，我们的系统中不可能认识所有的硬件设备，而驱动要做的就是通过它的存在让系统更完美的操控硬件，驱动起到了连接两者，提升硬件性能，提高系统稳定性的作用

  控制器：控制器是对一个物理设备精细化控制的电子器件，一可以说是专攻于某一个硬件设备的cpu他只会控制这一样硬件，不会控制别的，但他控制的很好。这就是控制器，起到了分担系统和cpu负荷的功能

安利

  显卡：在以前显卡可以说可有可无，不是重点物品，现如今显卡很重要，无论画图还是大型的单机大作都会对画质有很大的要求。小知识拓扑目前有三个厂家。

歪比：