计算机概论

最新推荐文章于 2025-05-26 11:29:52 发布

CorlorfulXuan

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计算机基础

一、计算机组成

输入单元：键盘、鼠标等；
输出单元：显示器等；
CPU内部的控制单元、算数逻辑单元；
存储单元：内存、硬盘等；
主板、显卡、网卡、声卡等。

二、CPU的架构

1. 精简指令集

Reduced Instruction Set Computer，RISC。

微指令集较为精简，每个指令的执行时间都很短，完成的动作也很单纯，指令的性能较佳。

但要完成复杂的事件就要由多个指令来完成。

Oracle公司的SPARC系列：主要用于学术领域的大型工作站中；
IBM公司的Power Architecture系列：索尼的Play Station 3等；
安谋公司的ARM CPU系列：各厂牌的手机、PDA、导航系统、网络设备等。（使用最广）

2. 复杂指令集

Complex Instruction Set Computer，CISC。

微指令集的每个小指令可以执行一些较低阶的硬件操作，指令数目多且复杂、每条指令的长度并不相同，每条指令的执行时间较长。

每条指令可以处理的工作较为丰富。

主要有AMD、Intel、VIA等的x86架构的CPU，广泛用于个人电脑。
x86架构的CPU由8位、16位、32位、64位依次升级，位表示CPU一次数据读取的最大量（bits）。

三、按用途分类

超级计算机：国防军事、气象预测、太空科技等；
大型计算机：大型企业的主机等；
迷你电脑：科学研究、工程分析、工厂流程管理等；
工作站：学术研究、工程分析等；
微电脑：个人电脑等。

四、计量单位

1. 容量单位

一个0/1的二进制单位为1 bits；
1 Byte = 8 bits；
1 KB = 1024 Byte；
1 MB = 1024 KB；
1 GB = 1024 MB；
1 TB = 1024 GB；

2. 速度单位

HZ为秒分之一；
CPU的运算速度一般为MHz、GHz等；
网络速度单位一般为Mbps即Mbits per second，每秒多少Mbit，所以100M网络传输速度转为文件大小传输速度为100/8=12.5MByte/s。

个人电脑架构与相关的设备元件

北桥：负责连接速度较快的CPU、内存与显卡接口等元件；
南桥：负责连接速度较慢的设备接口，包括硬盘、USB、网卡等；
目前的主流架构中，大多数北桥内存控制器已经整合到CPU封装当中了。

一、CPU

1. CPU的工作频率

频率：CPU每秒钟可以进行的工作次数；
外频：CPU与外部元件进行数据传输时的速度；
倍频：CPU内部用来加速工作性能的一个倍数，与外频相乘即为CPU的频率速度；
超频：将CPU的倍频或外频通过主板的设置功能更改为较高频率的一种方式；

2. 总线宽度

内存能提供的数据量由CPU内的内存控制器与内存间的传输速度“前端总线速度”（Front Side Bus，FSB）来说明；
内存的工作频率限制由CPU内存控制器决定；
每次频率能传输的数据量（大多为64位）即为总线宽度；
CPU每次能处理的数据量称为子组大小，子组大小依据CPU的设计也有32位和64位；
内存使用系统总线宽度来与CPU沟通；
显卡通过PCI-E的序列信道设计与CPU沟通；

3. CPU等级

在Intel Pentium MMX与AMD K6年代的CPU称为i586等级；
在Intel Celeron与AMD K7年代之后32位的CPU称为i686等级；
目前的64位CPU统称为x86_64等级；
高等级向下兼容；

4. 超线程

在每一个CPU内部将重要的寄存器分成两群，而让程序分别使用这两群寄存器。

二、内存

1. DRAM

动态随机存取内存，即Dynamic Random Access Memory；
只有在通电时才能记录与使用，又称为挥发性内存；
个人电脑的内存主要元件都为DRAM；
DRAM分为SDRAM和DDR SRAM；
DDR RAM：双倍数据传送速度（Double Data Rate），可以在一次工作周期中进行两次数据的传送；
后续发展出现了DDR2、DDR3、DDR4等；

2. 影响内存性能的因素

内存的频率/带宽；
内存的型号；
内存的容量

3. 多通道设计

芯片组厂商将两个内存汇整在一起，如果一支内存可达64位，两支内存就可以达到128位；
要启用多通道功能要根据设计规则把内存条插到对应的位置；

4. SRAM

静态随机存取内存，即Static Random Access Memory；
CPU的第二层高速缓存（L2 cache）使用SRAM，主要用于将一些常用的程序或数据放置到CPU内部，这些数据CPU就不用再去内存中读取，提高性能；
SRAM频率速度远大于DRAM；

5. ROM

只读存储器，即Read Only Memory；
ROM是主板上的一个内存芯片，再没有通电时也能将数据记录下来，是非挥发性内存；
CMOS芯片是主板上一块可读写的RAM芯片，是一种低耗电存储区，其主要作用是记录主板上的重要参数，包括系统时间、CPU电压与频率、各项设备的I/O位址与IRQ等，有一颗电池持续供电。
BIOS（Basic Input Output System，控制着开机时各项硬件参数的取得）就是写死到主板上的一个ROM中的一个程序，可以在开机的时候执行，以载入CMOS当中的参数，并尝试调用存储设备中的开机程序，进一步进入操作系统当中；
固件（Firmware，绑在硬件上的控制软件）很多都是使用ROM来进行软件的写入；
现在的BIOS通常是写入类似闪存（flash）或EEPROM中。