本文主要参考《鸟哥的Linux私房菜》第零章
本文为学习笔记,可能存在错误,仅供参考,欢迎指正。
目录:
- 计算机
1.1 计算机硬件的五大单元
1.2 CPU 中央处理器(Central Processing Unit)
1.3 其他单元的设备
1.4 运作流程
1.5 计算机的常用计算单位 - 个人计算机的结构
2.1CPU的效能
2.2内存
2.3 显卡(未填坑)
2.4 硬盘与储存设备(未填坑)
2.5 其他(不想填,自己找书去看吧)
1.0 计算机
定义:接受用户输入指令与数据、经由中央处理器的数学与逻辑单元运算后,以产生或储存成有用的信息.
因此,只要该机器存在输入设备(键盘触摸板按钮)、输出设备(打印机显示器扬声器),并且能产出信息的,就是计算机。包括:GPS、PC、ATM、平板、智能手环等。
1.1 计算机硬件的五大单元
由上一小节可以看出,计算机可分为三部分:输入单元、系统单元、输出设备。这实际上将计算机视作黑匣子,对其最核心的部分进行了模糊化处理。那么我们下面将主要研究其中的系统单元。
打开计算机(以PC为例)的主机,里面最主要是主板。主板是一个载体,用来安装(硬件意义上的安装)各部件,并通过芯片组、接口等使他们连接、传输信息。
主板上最核心的部件是中央处理器(CPU),其他还有主存储器、硬盘、以及其他各种卡。
CPU 是一种具有特定功能的芯片。主要包括两个单元:算数逻辑单元和控制单元,分别对应的主要用处是进行 程序运算与逻辑判断 和 协调控制周边其他组件和单元的工作。
那么,CPU所处理的数据是从哪里来的呢?主存储器,简称主存。主存储器的数据从输入单元来。相反,CPU处理完的数据先到达主存储器,再由输出单元输出。当然,这里的输入输出也可以直接储存在外部储存装置(硬盘等)中。
总结一下,CPU的工作路线:
输入设备/外部储存装置 --> 主存储器 --> CPU的算术逻辑单元 --> 主存储器 --> 输出设备/外部储存装置
而所有设备都是由CPU的控制单元所调控的。
上图中,黑实线表示数据的流入流出;蓝细线表示控制命令;可见,CPU处理的所有信息都来自于主存。
对应冯诺依曼体系,运算器、控制器、存储器、输入装置、输出装置。
输入输出显然。运算器和控制器都是CPU,对应上文提到的 算数逻辑单元 和控制单元。这里的存储器又包括主存储器和外部储存装置,后文我们将讨论这俩的不同。
1.2 细说CPU
刚才已经把CPU的基本工作交代清楚了,这一节主要讨论其架构。
%%%存疑%%%什么是微指令集?
CPU内部包含一些微指令。主要分为两种设计理念,从而分成两种不同的架构:精简指令集(RISC) 和复杂指令集(CISC)。
- 精简指令集:望文生义,这个集合较为精简;且单个指令功能简单、运行时间短。常见的RISC微指令集CPU包括:甲骨文公司的SPARC系列;IBM公司的Power Architecture系列;ARM公司的ARM CPU 系列。
- 复杂指令集:每个指令都可以执行一些低阶的硬件操作,数目多且复杂,单条指令时间更长。常见的CISC微指令集CPU包括:AMD、Intel、VIA等x86架构CPU。
什么是x86 架构?Intel最初的CPU 称为8086,后续版本为 80286、80386...于是x86变成了CISC的别称。后来新CPU位数为64,称为x86_64架构。
什么是位?指CPU一次性数据读取量的最大值,单位是bit,64位表示CPU可以在一次读写64bits的数据。后文还会细讲。
不同CPU主要在于微指令集的不同(当然还有其他不同)。先进的指令集可以加速处理效率(快)、甚至优化能源利用(省电)。
1.3更多部件
主板上的芯片组可以沟通所有单元的设备。这些设备包括:
- 系统设备,除了CPU之外,还包括各种适配器。如显示适配器(显卡)、PCI-E10G网卡、磁盘整列卡等。
- 记忆单元:包括主存和辅助存储。辅助储存就是外部储存装置,硬盘、软盘、光盘、磁带等。这俩的区分请看后文。
- 输入输出:你能想到的。
1.4运作流程
- CPU:大脑,用于思考以及控制身体各部位;
- 主存储器:识海,用于存放当前正在被思考处理的数据;
- 外部储存装置:记忆区,存放长期记忆的,注意与主存的不同:有些数据尽管原来在经验(硬盘)里,也要先调用到识海(主存)再处理;
- 主板:神经网络,连接各项器官;
- 各项接口:眼、手等
1.5 计算机的分类
没啥东西,跳过
什么超级计算机个人计算机的介绍。
1.6计算机的计量单位
容量单位
bit: 比特、位,一个0/1单位;
Byte: 字节 1Byte=8bits
1 KB = 1024 Bytes //注意单位是Byte
依次位:Kilo,Mega,Giga,Tera,Peta,Exa,Zetta;
速度单位
但是注意:速度单位的换算不是1024,而是普通的1000;
1KHz=1000Hz;
1Mbps = 1 Mbits per second //注意单位是bit
也就是说,20M/5M的网速实际上是指,上传每秒2.5Mbyte,下载每秒625Kbyte。(20/8=2.5,5000/8=625)
2.0 个人计算机的架构
主板:主板是连接各部件的中间项目,因此用于沟通各部件的芯片组的优劣,将大幅影响性能的优劣。
早期的芯片常分为南北桥。北桥连接CPU、主存、显卡等速度较快的;南桥连接硬盘、网卡等速度较慢的。
由于CPU和主存之间的交流信息会占据北桥的带宽,后来北桥的内存控制器直接整合进了CPU,主存和CPU直接交流;
2.1CPU的效能
不同型号的CPU有不同的脚位。脚位指CPU周遭用于接线的接头。
CPU的频率:每秒可执行的工作次数。由于不同的CPU微指令、架构不同,因此频率仅适用比较同款CPU的性能;
在早期,北桥沟通的设备需要频率一致,有了前端总线速度(Front Side Bus,FSB)。但是CPU处理速度更快,于是在CPU内再次加速,加速的倍速称为倍频。
例如:某CPU内频3.0GHz,外频333MHz,倍频就是3倍!(注意速度单位相隔1000,不是1024)
前端总线速度(Front Side Bus,FSB) %%%此段存疑内容较多%%%
CPU的内存控制芯片与外界(指主存)交换数据的速度。主要由内存控制芯片决定。例如,某内存控制芯片对主存的工作频率为1600MHz,而先前提到一般PC是64位的(位:CPU一次性数据读取量的最大值)。那么一秒内CPU和主存最大可交换数据量就是
在这里,64位被称为宽度,可交换数据量被称为带宽。
超线程(Hyper-Threading,HT)
由于CPU经常运算速度过快,为了将闲置资源利用起来,尝试设置两个缓存器来运行不同的程序,并且竞争CPU的运算单元。从外界看,虽然i7等CPU只有4核,但是通过HT机制可以让操作系统抓到8个核心。
2.2 内存
主存储器
主存储器的主要组件为 动态随机存取内存(Dynamic Random Access Memory,DRAM)随机存取内存在断电后数据消失,因此称为挥发性内存。
SDRAM:同步动态随机存取内存。
DDR SDRAM(Double Date Rate):可以在一次工作周期中进行两次数据传输。此外DDR2频率倍数为4,DDR3为8
多通道设计
将多个主存储器汇整在一起,两只内存可以达到128位
第二层快取
除了主存,计算机内还有其他的内存。这里再介绍CPU内的第二层高速缓存(L2 cache),它位于CPU内部,因此数据存取的速度比远高于主存。
L2 内存的速度与CPU相同,使用DRAM是不够的。因此需要静态随机存取内存(Static Random Access Memory,SRAM)注意别和之前的SDRAM混淆哦。SRAM造价较高且不容易做成大容量,但是速度快呀。
只读存储器(ROM)
存在一种内存是,上面的数据或程序是事先烧写在芯片上,只读,不可更改。例如开机时首选读取的BIOS(Basic Input Output System)。