计算机概论：硬件组成与技术详解-优快云博客

计算机概论

什么是计算机？有哪些类型？

计算机可以接收输入，并可以经过CPU的数学和逻辑单元处理之后，产生或存储成有用的信息。

- supercomputer，有超强计算能力，一般用于国防军事，太空科技等，需要放于空调房中散热

- mainframe computer，也具有一定的计算能力，一般用于大企业，同样需要空调房来支持

- minicomputer，支持多用户，一般放置于作业场所。主要用于工厂或者科学研究

- workstation，性价比是电脑里面最高的，为某种特殊的服务所设计

- personal(micro) computer，有些都可以与工作站媲美了，但是不如工作站稳定，准确

容量单位：

1Byte=8bits

20M/5M表示上行速度20/8 MB/s，而下载速度为5/8 MB/s

购买一个500GB的硬盘，但是格式化之后变成了460GB，why？

因为厂家是用十进制记录容量大小的（因为硬盘的基本单位扇区是512Byte，厂家一般通过记录几个扇区来表示硬盘的大小），格式化之后，用二进制表示：

500GB=500*1000*1000*1000B

x*1024*1024*1024=500*1000*1000*1000B

x=460

计算机的构建

- 输入

- 系统单元（mainbox）

1. 北桥

之前的设计还包括北桥，连接CPU，主存和显示卡，但是北桥会成为bottleneck, 北桥不能比CPU快，比如CPU读取主存的时候还要通过北桥（发送请求，收到回应，明显会瓜分北桥的总可用频宽），将主存控制器整合到CPU，使CPU和内存直接交流（显卡与内存控制器都与CPU连接，因为CPU控制内存中的数据输入和输出），提高速度

时脉：CPU每秒可以完成的工作次数（不能用来比较不同款CPU的速度，因为微指令集的不同）

外频：CPU与外部元件进行资料传输时的速度

倍频：CPU用来加速工作效能的一个倍数

时脉=外频*倍频

超频：提高倍频或者外频来提高时脉，但是倍频一般被固定了，所以一般是超外频，但是这会照成周边元件的故障，从而引发当机

如今北桥不存在了，不需要考虑同步的外频

現在 Intel 的 CPU 會主動幫妳超頻喔！例如 i7-4790 這顆 CPU 的規格 (註10) 中，基本時脈為 3.6GHz，但是最高可自動超頻到4GHz 喔！透過的是 Intel 的 turbo 技術。同時，如果你沒有大量的運算需求，該 CPU 時脈會降到 1.xGHz 而已，藉此達到節能省電的目的！所以，各位好朋友，不需要自己手動超頻了！Intel 已經自動幫妳進行超頻了...所以，如果妳用 cpu-z 觀察 CPU 時脈，發現該時脈會一直自動變動，很正常！你的系統沒壞掉！

2. 南桥

负责连接速度慢的装置，包括硬盘，USB，网卡和声卡等

3. CPU

CPU包含一套微指令集，算术逻辑，逻辑判断单元和控制单元，CPU都有一个电风扇来散热。算术逻辑单元负责运算，逻辑判断单元负责逻辑操作。一个CPU拥有两个以上运算核心就称为多核，控制单元负责协调周边元件与各单元的工作（因为CPU型号不同，不同主机板支持的CPU也不同）

微指令集：

1）RISC，每条命令都很简单而且完成时间都很短（主要用于手机，导航系统，PDA，路由器，目前使用范围最广的大概就是ARM架构的CPU）

2）CISC，每条命令都很复杂（但是能完成的任务多）且需要花费一定的时间（主要用于个人计算机上，被称为X86架构电脑，现在X86架构的CPU从8升级到64位，所以64位的CPU又称为X86_64架构，比较出名的厂家是INTEL和AMD，其实INTEL占大部分市场份额）

位元：CPU一次可以读取多少资料，因为CPU读取资料量有限制，所以主存也有限制，对于32位的CPU，大概是4GB

INTEL还提供了一个hyper-threading功能，避免CPU空闲，可以让CPU同时指向两个程序（提供两份registers，此时可以由两个程序争夺CPU）

i7一般来说有4个核心（一个CPU4个计算单元），但是透过hyper-threading，可以造成8个核心的错觉（双CPU在PC上是很少见的）

4. 主存

1）DRAM，断电即消失，辅助记忆，一般来说插槽中有一个小突起，使两端分成不同等长，防傻瓜操作设计

2）Front size bus，CPU内的控制晶体和主存之间的传输速度

时脉（外频）：每秒几次

传输速度（FSB）：2**（DDRN）*时脉*每个脉冲可以传输的资料量

DDR：double data rate，一次工作周期进行两次资料的传送，就像是CPU的倍频（DDR2-4倍，DDR3-8倍，DDR3L支持低电压）

主存越大，可以减少内存中之前使用到数据的几率，使系统速度加快

多通道设计：对于双通道是4个主存插槽，两种颜色，两两成对，资料同步写入一对主存中，多通道依次类推

http://blog.sina.com.cn/s/blog_495633c501000chd.html

除了主存之外，PC中还有很多其他的记忆体存在，

1）第二层快取缓存（缓存，他的速度必须和CPU时脉相同，使用DRAM无法到达这个速度，所以我们可以采用价格高，不易做成大容量的SRAM）

2）ROM，主机板上的其他卡，比如显卡，网卡的各项配置参数都记录到主机板上一个CMOS晶片上，借助额外的电力来发挥记录功能，开机按下del进入存在ROM上的BIOS进程来读取CMOS内的资料

3）firmware和软件差不多，但对硬件内部更为重要（绑在硬件上的控制软件），写入ROM，如BIOS，但是ROM是写入后就不能修改，所以现在更多的使用flash或者eeprom

前面記憶體的地方我們有提過CMOS與BIOS的功能，在這裡我們再來強調一下： CMOS主要的功能為記錄主機板上面的重要參數，包括系統時間、CPU電壓與頻率、各項設備的I/O位址與IRQ等，由於這些資料的記錄要花費電力，因此主機板上面才有電池。 BIOS為寫入到主機板上某一塊 flash 或 EEPROM 的程式，他可以在開機的時候執行，以載入CMOS當中的參數，並嘗試呼叫儲存裝置中的開機程式，進一步進入作業系統當中。BIOS程式也可以修改CMOS中的資料，每種主機板呼叫BIOS設定程式的按鍵都不同，一般桌上型電腦常見的是使用[del]按鍵進入BIOS設定畫面。

5. Disk

track：磁道

cylinder：磁柱（所有磁碟的同一磁道）

sector：扇区（512bytes, 新的高容量已经有4k个扇区，并且新的磁碟分割模式和旧的不同了，新的GPT是按照扇区号码来分割的，而旧的MSDOS是透过磁柱号码来分割的）

head：读写头

boom：机械手臂

spindle：主轴（台式7200转，laptop是5400转，现在也有10000转的）

硬盘接口：SATA, IDE, SAS, SCSI等（IDE渐渐被SATA取代，之前大型工作站一般采用SCSI，但是渐渐的被SAS取代），外接磁碟有USB何eSATA等接口

SATA的signal cabel比IDE小，便于机箱通风，而且SATA支持更长的signal cable

一个排线只能接一个硬盘，每个插槽都有编号，目前SATA已经更新到第三版了，SATA3。SATA传输时，若传输10位，仅有8位是数据，其余两位是校验值，此时1byte=10bits

SAT比SATA块，但是超贵，目前PC没有相应支持

USB外接界面，速度较慢，最新版本USB3.0

N.B. 理论速度往往和实际速度不一样

由于物理限制，需要驱动马达去转到磁盘，所以会照成严重的延迟（等待转到相应的扇区才读取或者写入），而且某个时刻想要读取的档案可能在磁盘的不同位置（IOPS，每秒读写操作次数，越大，表示可操作次数越高），此时引入了固态磁盘SSD（基于flash），直接读写，但是它目前有一个问题，寿命很短，写入次数被限制，所以需要备份

硬盘里面有一个缓存记忆体，把常用的资料快取起来

如果抖动或者有脏污在磁头和磁盘之间，就会造成资料的损毁或者整个硬盘的毁坏，所以通电之后，尽量不要移动主机，避免抖动到硬盘，而且不要直接暴力拔掉插口关机，因为那些boom不能归回原位，不利于硬盘保养

台式和laptop分别配备3.5寸和2.5寸的硬盘。主轴马达让硬盘运行起来，然后伸缩读取手臂来进行读写的操作。一般来说，磁碟盘的容量有限，所以硬盘里面有多个磁碟盘，因为外围的磁道容量比较大，所以一般从外向内读取