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最新推荐文章于 2024-01-03 14:54:48 发布

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计算机基本结构

计算机基本结构是按冯·诺依曼结构设计思想设计制造的，其主要设计如下：

1)  采用二进制数的形式表示数据和指令。
2)  将指令和数据存放在存储器中，计算机自动地逐条取出指令和数据进行分析、处理和执行； 即存储程序的计算机工作原理设计思想。
存储程序是指把解决问题的程序和需要加工处理的原始数据存入存储器中，这是计算机能够自动、连续工作的先决条件。
3)  计算机硬件由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备5大部分组成，部件之间相互配合，协同工作。

运算器是对数据进行加工处理的部件，包括算术运算和逻辑运算；控制器是用来控制计算机各部件协调工作，并使整个处理过程有条不紊地进行；存储器具有记忆功能，用来保存信息，如数据、指令和运算结果等；输入/输出设备即I/O设备，用户通过输入设备将程序和数据输入计算机，输出设备将计算机处理的结果输出显示或打印。

计算机硬件系统

硬件组成：

1.主机
      -> CPU（运算器 控制器）
      -> 内存
2.外设
      -> 外存（光盘 闪存）
      -> 输入设备（鼠标 键盘 扫描仪 摄像头 数码相机）
      -> 输出设备（显示器 音响 打印机）

主机是由CPU与内存储器组成的，而主机以外的装置称为外部设备，外部设备包括输入/输出设备，外存储器等。通常把内存储器、运算器和控制器合称为计算机主机。而把运算器、控制器做在一个大规模集成电路块上称为中央处理器，又称CPU(Central Processing Unit)。

中央处理器CPU：

中央处理器即CPU，内含运算器、控制器和暂时存放数据与指令的缓存。CPU是计算机的核心，决定计算机的性能。CPU工作速度快，处理数据速度就快，计算机性能就好。CPU主要性能指标为主频，单位是兆赫MHz和GHz，时钟频率越高，计算机的运算速度越快，现在微机CPU主频通常达2GHz。例如，CPU Intel Core2 Duo E7400 2.8G，其中2.8G即是它的主频。

采用超大规模集成电路技术，可以将成千上万个电子元器件集成在一片小小的电路板上，称之为芯片。中央处理器芯片包含几百万甚至几千万个电子元器件，称为微处理器。CPU主要由Intel公司和AMD公司生产。

内存：

存储器是用于存储程序和数据，分为主存储器和辅助存储器，主存储器又称内存储器（简称内存）。内存包括随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM），但我们通常所说的内存是指随机存储器RAM，俗称内存条。RAM里面的数据可以随机读写，但断电后会消失。RAM存储容量较小，但存取速度快，用来存放当前运行程序的指令和数据，并直接与CPU交换信息，是沟通CPU与硬盘之间的桥梁。CPU和内存是组成计算机最主要的部件，它们构成主机。

高速缓存：

地址镜像与变换

由于主存容量远大于CPU高速缓存的容量，因此两者之间就必须按一定的规则对应起来。地址镜像就是指按某种规则把主存块装入高速缓存中。地址变换是指当按某种镜像方式把主存块装入高速缓存后，每次访问CPU高速缓存时，如何把主存的物理地址（Physical address）或虚拟地址（Virtual address）变换成CPU高速缓存的地址，从而访问其中的数据。

缓存置换策略

主存容量远大于CPU高速缓存，磁盘容量远大于主存，因此无论是哪一层次的缓存都面临一个同样的问题：当容量有限的缓存的空闲空间全部用完后，又有新的内容需要添加进缓存时，如何挑选并舍弃原有的部分内容，从而腾出空间放入这些新的内容。解决这个问题的算法有几种，如最久未使用算法（LRU）、先进先出算法（FIFO）、最近最少使用算法（LFU）、非最近使用算法（NMRU）等，这些算法在不同层次的缓存上执行时拥有不同的效率和代价，需根据具体场合选择最合适的一种。

硬盘：

硬盘容量=盘面数×柱面数×扇区数×512字节

外部物理结构

硬盘主要由盘体、控制电路板和接口部件组成。
    盘体是一个密封的腔体。
    控制电路板上主要有硬盘BIOS、硬盘缓存（Cache）和主控制芯片等单元。
    硬盘接口包括插座、数据接口和主、从跳线等。

内部物理结构

硬盘盘体是完全密封的，里面主要有磁头、盘片等部件。
注意：由于磁盘是旋转的，则连续写入的数据是排列在一个圆周上的。我们称这样的圆周为一个磁道(Track)。

逻辑结构

硬盘有面，柱面，磁道和扇区，这些只不过是虚拟的逻辑概念。

读写数据的过程

硬盘读取数据时，读写磁头沿径向移动，移到要读取的扇区所在磁道的上方，这段时间称为寻道时间(seek time)。因读写磁头的起始位置与目标位置之间的距离不同，寻道时间也不同。目前硬盘一般为2到30毫秒，平均约为9毫秒。磁头到达指定磁道后，然后通过盘片的旋转，使得要读取的扇区转到读写磁头的下方，这段时间称为旋转延迟时间(rotational latency time)。一个7200（转/每分钟）的硬盘，每旋转一周所需时间为60×1000÷7200=8.33毫秒，则平均旋转延迟时间为8.33÷2=4.17毫秒（平均情况下，需要旋转半圈）。

关联文章：
1. 计算机系统基本知识
2. 高速缓存
3. 硬盘存储原理
4. 硬盘结构及其分区简介

本文主要想从存储结构和算法的角度去了解和研究数据库设计，但是，突然发现，大神的文章已经很好的阐述了这一点。
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12/17/2014 11:09:14 PM