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计算机概述一、计算机的硬件系统二、计算机软件程序运行

本文根据鸟哥的linux私房菜第一章摘要

一、计算机的硬件系统

1、计算机硬件的五大单元:

从外观上来说,计算机主要分为 输入单元、中央处理器(CPU)、输出单元三部分,其中的中央处理器可以细分为控制单元和suan算数逻辑单元,CPU的数据都是从内存读取来的,故而计算机可以分为输入单元、输出单元、CPU内部的控制单元和算数逻辑单元、内存五部分。

2、计算机的运作流程:计算机与人体对应

CPU相当于大脑,

内存相当于大脑中的大脑中的记录区块,为大脑提供数据,供CPU大脑来进行判断。

硬盘相当于大脑中的记忆区块

主板相当于神经系统,将所有重要的组件连接起来

各个接口设备相当于人体与外界通信的手、脚、皮肤和眼睛等

显卡相当于脑袋中的影像

电源相当于心脏

3、CPU的种类:

CPU内部有一些小指令集,我们所使用的软件都要经过CPU内部的微指令集来完成,因为微指令集不同,故而CPU的功能也不同。

精简指令集(RISC):微指令集较为精简,每条指令完成的操作也很简单,但是要做复杂的事,需要多个指令。常见的有Sun公司的SPARC系列、IBM公司的Power Architecture(包括Power PC)系列与ARM系列等。

复杂指令集 (CISC):每个指令功能比较强大。常见的有AWD、Intel、VIA等X86架构的CPU。

4、个人计算机架构及接口设备

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主板上的主要组件为CPU、内存、磁盘设备(IDE\SATA)、总线芯片组(南桥\北桥)、显卡接口(PCI-Express)与其他适配卡(PCI)

主板上最重要的就是芯片组,而芯片组通常又分为两个桥接器来控制各组件的通信,其中,北桥负责连接速度较快的CPU、内存与显卡等组件,南桥负责连接速度较慢的周边接口,包括硬盘、USB、网卡等。

总线用来传送数据,北桥的总线称为系统总线,是内存传输的主要信道,速度较快。南桥的总线是输入输出I\O总线,主要用于与硬盘、USB、网卡等接口设备。

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5、CPU的频率:

即CPU每秒钟可以进行的工作次数

外频:指的是CPU与外部组件组件进行数据传输\运算时的速度,CPU与内存的通信速度靠的是外部频率

倍频:CPU内部用来加速工作性能的一个倍数

二者相乘才是CPU的频率

6、关于内存

个人计算机的内存主要组件是动态随机访问内存DRAM,技术更新后,使用较为广泛的有SDRAM和DDR SDRAM。

CPU内还有其他的缓存,最有名的就是CPU内的第二层高速缓存(L2 Cache),其设计概念就是把某些很常用的程序或数据可以放置到CPU内部,此时CPU数据的读取就不需要通过北桥了。因为必须将其集成到CPU内部,所以L2内存必须要与CPU频率相同,使用DRAM不能达到此频率,此时需要用到静态随机访问内存SRAM。

7、关于显卡

显卡又称为VGA,其对于图形影像的显示扮演相当关键的角色。

图像影像显示的重点在于分辨率和色彩深度,每个图像显示的颜色会占用内存,因此显卡上会有一个内存的容量。

除了显卡内存之外,为了增加显卡的运行能力(比如玩大型3D游戏),直接在显卡上嵌入一个3D加速的芯片,就是所谓的GPU。

显卡也是通过北桥与CPU、内存等通信,显卡的规格经历了PCI、AGP到PCI-Express。这些插槽的区别是数据传输的频宽。

8、硬盘与存储设备

常用的存储设备是有:硬盘、软盘、MO、CD、DVD、磁带机、U盘等,乃至于大型机器的局域网存储设备(SAN、NAS)等。

硬盘由许多的盘片、机械手臂、磁头与主轴马达所组成。

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实际的数据都在盘片上,整个盘面好像有多个同心圆绘制出的饼图,同心圆以放射状的方式分割出磁盘的最小储存单位,扇区,在物理组成方面,每个扇区大小为512bytes,这个值是不会改变的。而扇区组成一个圆成为磁道,在多硬盘上,在所有盘面上的同一个磁道可以组成一个柱面,柱面一般是我们分割磁盘时的最小单位了。

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硬盘与主机有传输接口规格,分别是IDE接口、SATA接口、SCSI接口。

选购硬盘的几个指标:

容量

缓冲存储器:这个内存主要可以将硬盘内常使用的数据缓存起来,越大越好,目前主流产品,可以达到16MB。

转速:台式机一般为7200转,笔记本一般为5400转,转速越大越好。

PS:现在市面上出现了新型的固态硬盘,其内部是闪存芯片阵列,没有机械结构,固态硬盘有最大的优点是速度快。普通硬盘平均读取100M左右写入80M左右,用固态硬盘的机子开机8秒左右,普通硬盘要40秒。

  1. 固态硬盘(Solid State Drives)又称固盘,是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组成。在接口的规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘相同,在产品外形和尺寸上也与普通硬盘一致。被广泛应用于军事、车载、工控、 视频监控、 网络监控、 网络终端、电力、医疗、航空、导航设备等领域。
  2. 固态硬盘的存储介质分为闪存(FLASH芯片)、DRAM两种。其芯片的工作温度范围很宽,商规产品0~70℃;工规产品-40~85℃。由于固态硬盘技术与传统硬盘技术不同,所以产生了不少新兴的存储器厂商。新一代的固态硬盘普遍采用 SATA-2接口、 SATA-3接口、SAS接口、 MSATA接口、PCI-E接口等。

二、计算机软件程序运行

1、机器程序与编译程序

  计算机只认识0和1这种机器语言,它最重要的运算与逻辑判断功能是在CPU内部实现的,而CPU其实是具有微指令集的。因此,当我们需要CPU帮忙工作时,就得要参考微指令集的内容,然后编写让CPU读得懂的指令码给CPU执行,这样就能够让CPU运行了。

计算机科学家设计出一种人类看得懂的程序语言,然后创造出一种编译器来将这些程序语言编译成机器能懂的机器码。

常见的编译器有C、C++、Java、Fortran等。

2、操作系统

操作系统其实也是一组程序,这组程序的重点在于管理计算机的所有活动以及驱动系统中的所有硬件。

操作系统分为内核和系统调用。

内核用来管理计算机的硬件,提供各种相关的功能,进行计算机系统资源分配。内核的功能大概有:系统调用接口、程序管理、内存管理、文件系统管理、设备驱动

为了保护内核,并且让程序员比较容易开发软件,因此操作系统除了内核程序外,通常还会提供一整组开发接口,这就是系统调用层。

驱动程序:操作系统通常会提供一个开发接口给硬件开发商,让他们设计可以硬件驱动程序。

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