1.计算机的功能

2.数据的部分传输路径

要加快系统性能，通常将内存容量加大就可以获得相当好的效果，因为所有的数据都要经过内存的传输，所以内存的容量如果太小，数据读写性能就不足，对性能的影响相当大。尤其在Linux作为服务器操作系统的环境下，这点要特别注意。
基本上数据都是通过内存再流出去的。至于数据流入/流出内存，则是由CPU所发出的命令控制。而CPU实际要处理的数据则完全来自于内存（不管是程序还是一般文件数据）

3.电脑硬件的五大单元

3.1 CPU

CPU一次读取数据的最大量是位（bit）

64位CPU代表CPU一次可以读写64位数据
32位CPU代表CPU一次可以读写32位数据

因为CPU读取数据量有限制，因此能够从内存中读写的数据也有所限制。
所以，一般32位的CPU所能读写的最大数据量，大概就是4GB

CPU每次能够处理的数据量称为字长(word size),字长依据CPU的设计而有32位与64位。我们现在所称的电脑时32或64位主要是依据这个CPU解析的字长而来。

3.1.0 CPU内部组成

算术逻辑单元：主要负责程序运算和逻辑判断
控制单元：主要协调各周边组件与各单元间的工作

3.1.1 CPU内部结构

3.1.2 CPU的架构

在2003年以前由Intel所开发的x86架构CPU由8位升级到16、32位，后来AMD依次架构修改新一代的CPU为64位，为区别两者的差异，因此64位的个人电脑CPU又被统称为x86-64架构

3.1.3 CPU的工作频率（CPU的频率速度=外频×倍频）

外频
CPU与外部组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

举例：Intel i7-4790 CPU频率为 3.6GHz,表明这块CPU在一秒内可以进行3.6×10⁹ 次工作，每次工作都可进行少数的指令执行

3.2 内存

3.2.0 RAM（Random Access Memory）随机存取内存

例如：CMOS芯片，属于RAM，里面存的是电脑硬件配置信息和电脑其他有关的东西，电脑启动了就由电脑电源为其供电，电脑关闭则由一个纽扣电池供电保证数据不丢失。

3.2.1 DRAM（Dynamic Random Access Memory）动态随机存取内存

DRAM随机读写内存只有在通电时才能记录与使用，断电之后数据就消失。因此这种RAM为挥发性内存

3.2.2 SRAM（Static Random Access Memory）静态随机存取内存

所谓的“静态”，是指这种存储器只要保持通电，里面储存的数据就可以恒常保持。例如：CPU中的二级缓存L2Cache就是SRAM。

3.2.3 ROM（Read Only Memory）只读存储器

它是指包含永久或半永久数据的计算机存储芯片。即使关闭计算机后，ROM的内容也会保留。

例1：BIOS（Basic Input Output System）固化在ROM中，现在BIOS通常写在类似闪存Flash或EEPROM中。
BIOS是个程序，这个程序写死在主板上面的一个存储芯片（ROM）中。
BIOS对于个人电脑来说非常重要，因为它是系统在启动时首先会去读取的一个程序。

例2：固件（firmware）(固件就是固定在硬件上面的控制软件)很多也是使用ROM来进行软件的写入。

3.3 显卡（又称为Video Graphics Array，VGA）

显卡
将计算机系统需要的显示信息进行转换后驱动显示器，并向显示器提供逐行或隔行扫描信号，控制显示器的正确显示，是连接显示器和个人计算机主板的重要组件

一般对于图形影像的显示重点在于分辨率与颜色深度，因为每个图像显示的颜色会占用内存，因此显卡上面会有集成内存并被称为显存，这个显存容量将会影响到你的屏幕分辨率与颜色深度

GPU（Graphics Processing Unit）图形处理器（位于显卡的风扇下面）
是一种专门在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备（如平板电脑、智能手机等）上运行绘图运算工作的微处理器。

D-Sub(VGA接口)

PCIe接口（插显卡）

各种管道的PCIe，管道越多，总带宽越高

DVI（Digital Visual Interface）数字视频接口，是一种视频接口标准，设计的目的是用来传输未经压缩的数字化影像。

HDMI（High Definition Multimedia Interface）高清多媒体界面，是一种全数字化影像和声音发送接口，可以发送未压缩的音频及视频信号。

DP（DisplayPort）
主要用于视频源与显示器等设备的连接，并也支持携带音频、USB和其他形式的数据

3.4 硬盘与存储设备

3.4.0 HDD（Hard Disk Drive）机械硬盘

是电机械数据存储装置，其存储和检索数字数据使用磁性存储和一个或多个刚性的快速旋转盘片涂覆有磁性材料。

实际数据都是卸载具有磁性物质的碟片上面
读写主要是通过机械手臂上的磁头（head）来完成，实际运行时，主轴马达让碟片转动，然后机械手臂可伸展让磁头在碟片上面进行读写的操作，由于单一碟片的容量有限，因此有的硬盘内部会有两个以上的碟片。

如何写入数据呢？
数据写入是以碟片转圈的方式读写。

认识扇区、磁道、柱面

扇区（sector）磁盘的最小物理存储单位
磁道（track）同一个同心圆的扇区组合成的圆
柱面（cylinder）所有碟片上面的同一个磁道组合成的柱面

磁盘分区
MBR模式（Master Boot Record，主引导记录）（MS-DOS）
是硬盘的第一个扇区，即C/H/S地址的0柱面0磁头1扇区，也叫做MBR扇区。
GPT模式（GUID Partition Table 全局唯一标识分区表）
是指全局唯一标识磁盘分区表格式，它是统一可扩展固件接口（UEFI）标准的一部分

HDD的数据传输接口

1.SATA接口

SATA的插口

2.SAS接口

3.USB接口

3.4.1 SSD（Solid State Disk）固态硬盘

是一种主要以闪存（NAND Flash）作为永久性存储器的电脑存储设备。

SSD的数据传输接口
固态硬盘采用SATA、PCI Express、mSATA、M.2、ZIF、IDE、U.2、CF、CFast等接口

3.5 主板

3.5.0 设备I/O地址与IRQ中断请求

主板负责各电脑组件间的通信，但电脑组件太多，有输入/输出/不同存储设备等，主板芯片组如何负责通信呢？这时候就需要用到I/O地址与IRQ。

I/O地址有点类似每个设备的门牌号码，每个设备都有它自己的地址
IRQ可以想成是各个门派连接到邮件中心（CPU）的专门路径。各设备可以通过IRQ中断请求来告知CPU该设备的工作情况，以方便CPU进行工作分配的任务。

3.5.1 CMOS与BIOS

CMOS主要功能为记录主板上面的重要参数，包括系统时间、CPU电压与频率、各项设备的I/O地址与IRQ（中断请求）等，由于这些数据的记录要用电，因此主板上有纽扣电池。
BIOS是写入到主板上某一块flash或EEPROM的程序，它可以在计算机启动的时候执行，以加载CMOS当中的参数，并尝试调用存储设备中的引导程序，进一步进入操作系统当中。

BIOS程序也可以修改CMOS中的数据，每种主板进入BIOS设置的程序的按键都不同

3.5.2连接外置设备的接口

主板与各项输入/输出设备的连接主要都是在主机机箱的后方
1.PS/2接口
在这里插入图片描述

2.USB接口

3.声音输出、输入与麦克风

4.RJ-45网络头

4.电脑的运作流程

5.电脑上面常用的计算单位（容量、速度等）

容量单位（用二进制）
电脑对数据的判断主要依据有没有通电来记录信息，所以理论上对于每一个记录单位而言，它只认识0和1而已。
速度单位（用十进制）
CPU的命令周期常使用MHz(兆赫)或GHz(吉赫)之类的单位，Hz就是"次数/秒"的意思。在网络传输方面，由于网络使用的是bit，因此网络常使用单位为 Mbit/s (Mbits second),亦即每秒多少Mbit。
举例：常听到"20M/5M"光纤传输速度，如果转成数据容量的字节时，其实理论最大传输值为：每秒2.5MB/每秒625KB的下载或上传速度

单位与进制位

进制位	Kilo	Mega	Giga	Tera	Peta	Exa	Zetta
二进制	1024	1024 K	1024 M	1024 G	1024 T	1024 P	1024 E
十进制	1000	1000 K	1000 M	1000 G	1000 T	1000 P	1000 E

单位换算
1 Byte（B）= 8 bit

1 Kilo Byte（KB） = 1024B

1 Mega Byte（MB） = 1024 KB

1 Giga Byte （GB）= 1024 MB

1 Tera Byte（TB）= 1024 GB

1 Peta Byte（PB） = 1024 TB

1 Exa Byte（EB） = 1024 PB

1 Zetta Byte（ZB） = 1024 EB

1 Yotta Byte（YB）= 1024 ZB

6.数字系统

早期电脑使用的是利用通电与否的特性制造的电子管，如果通电就是1，如果不通电则为0，后来沿用至今,这种只有0和1的环境为二进制（Binary）

7.字符编码系统

英文编码表ASCII系统，每个符号（英文、数字或符号等）都会占用1 byte的记录，因此总共有2⁸=256个
中文编码系统，大陆地区GB2312或GBK编码方案，台湾省使用Big5编码方案，每个汉字占2 byte,理论上最多可以有2¹⁶=65536，亦即最多可达6万多个汉字
国际组织ISO/IEC制定了所谓的Unicode编码系统，常称UTF-8(万国码)

8.软件程序运行

8.1 机器语言与编译型语言

机器语言是机器能直接识别的程序语言或指令代码，无需经过翻译，每一操作码在计算机内部都有相应的电路来完成它，或指不经翻译即可为机器直接理解和接受的程序语言或指令代码。
编译型语言是程序在执行之前需要一个专门的编译过程，把程序编译程为机器语言的文件，运行时不需要重新翻译，直接使用编译结果就行。
解释型语言编写的程序不进行预先编译，以文本方式存储程序代码。在发布程序时，看起来省了道编译工序。但是在运行程序的时候，解释型语言必须先解释再运行。

8.2 操作系统

电脑系统相关软件/硬件的关系图

操作系统的内核层直接参考硬件规格写成，所以同一个操作系统程序不能够在不一样的硬件架构下运行
操作系统只是管理整个硬件资源
应用程序的开发都是参考操作系统提供的API，所以该应用程序只能在该操作系统上面运行而已，不可以在其他操作系统上运行。

操作系统

操作系统也是一组程序，该程序的重点在于管理电脑的所有活动以及驱动系统中的所有硬件

操作系统的内核
内核程序主要管理硬件，提供合理的电脑系统资源分配（包括CPU资源、内存资源等）因此只要硬件不同，内核就得要进行修改才行。而由于内核只会进行电脑系统的资源分配，所以在上面还需要有应用程序的提供，用户才能够使用系统。

系统调用
为了保护内核，并且能让程序员比较容易开发软件，操作系统除了内核程序外，通常害会提供一套API（Application Programming Interface，应用程序编程接口），那就是系统调用层

应用程序、操作系统、硬件间的关系

Linux之计算机概论

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