计算机概论-笔记

计算机概论

• 计算机组成

  • 输入设备，最常见的如鼠标键盘等。
  • 输出设备，如屏幕。
  • CPU(Central Process Unit，中央处理单元)，详见8086 CPU结构
  • 存储设备，包括外存(即硬盘disk)、内存(memory)，以及部分计算机有一级缓存(cache)，内存称为“二级缓存”。
    一级缓存和内存的读写速度相近，但是硬件的价格成本居于两者之间。
    读写速度：一级缓存 > 内存 > 硬盘
    硬件价格：一级缓存 > 内存 > 硬盘
    容量大小：硬盘 > 内存 > 一级缓存
    一般情况下，越贵的设备越快(其他变量条件控制一致后)。
    详情可搜索“计算机 三级缓存结构”

• CPU的两种指令集

  • RISC(Reduced Instruction Set Computer )精简指令集：指令精简，完成的动作简单，运行也快。
  • CISC(Complex Instruction Set Computer)复杂指令集：指令较多，且复杂，每条指令的功能较复杂，所以运行较慢。

• 计算机 存储容量单位
  bit，比特，最小的单位。
  其次是byte，字节，关系：1byte=8bit。
  其次：KB, MB, GB, TB, PB, EB, ZB…
  涉及单词：kilo, mega, giga, tera, peta, exa, zetta…

  一般来说，容量使用二进制，故1GB = 102410241024 byte。
  而速度单位使用十进制，如1G Hz = 100010001000 Hz。

• 速度单位：Hz
  Hz是频率的单位。频率是指电脉冲，交流电波形，电磁波，声波和机械的震动周期循环时，一秒钟内重复的次数。
  如：60Hz表示每秒周期震动60次。

  网络传输的数据单位是bit，位。
  MBPS(megabit / second)，即每秒传输的MB数量。

• CPU的工作频率

  • 外频：CPU与外部组件进行数据传输时的速率。
  • 倍频：CPU内部用来加速工作效能的一个倍数。
  • CPU的频率(内频) = 外频 × 倍频
  • 超频：将CPU的倍频/外频透过主板的设定功能修改为更高的频率(其中倍频一般出厂后无法修改，所以修改的多为外频)。
    比如说，人为地修改外频为更高值，则CPU的工作频率会随着增高。但有宕机风险。

• 显示适配器(VGA, Video Graphics Array)
  GPU(Graphic Process Unit)：显示适配器+嵌入3D加速芯片

• 硬盘(HDD, Hard Disk Drive)
  构成：圆形磁盘、机械手臂、磁盘读取头、主轴马达。

• 固态硬盘(SSD, Solid State Disk)
  没有马达，不需要转动，而是透过内存直接读写。所以没有数据延迟而且快，且省电。

  IOPS(Input/Output Per Second)每秒读写次数，用于评测磁盘性能。

• 操作系统
  操作系统(Operation System, OS)是一组程序，其作用是管理计算机的所有活动以及驱动程序中的所有硬件。
  包括：
  - 让CPU可以进行逻辑判断和运算
  - 让主存储器可以读写数据(包括程序代码)
  - 让硬盘可以被读写
  - 让网卡可以传输数据
  - 让…开始运转

• 操作系统内核的功能
  系统呼叫接口(System Call Interface)
  程序管理(Process Interface)
  内存管理(Memory Management)
  文件系统管理(Sile System Management)
  装置驱动(Device Drivers)

• 操作系统Tips

  • 操作系统必须能够驱动硬件(作为程序与硬件的中间层，传递调用)。
  • 操作系统应该提供开发接口，让开发商可以制作其驱动程序。
  • 要使用新的硬件功能，必须安装厂商提供的驱动程序。
  • 驱动程序由厂商提供，接口(标准)由操作系统开发者提供。

Review

• 计算器的定义为：『接受用户输入指令与数据，经由中央处理器的数学与逻辑单元运算处理后，以产生或储存成有用的信息』；
• 计算机的五大单元包括：输入单元、输出单元、控制单元、算数逻辑单元、记忆单元五大部分。其中CPU占有控制、算术逻辑单元，记忆单元又包含主存储器与辅助内存；
• 数据会流进/流出内存是CPU所发布的控制命令，而CPU实际要处理的数据则完全来自于主存储器；
• CPU依设计理念主要分为：精简指令集(RISC)与复杂指令集(CISC)系统；
• 关于CPU的频率部分：外频指的是CPU与外部组件进行数据传输时的速度，倍频则是CPU内部用来加速工作效能的一个倍数，两者相乘才是CPU的频率速度；
• 新的CPU 设计中，已经将北桥的内存控制芯片整合到 CPU 内，而 CPU 与主存储器、显示适配器沟通的总线通常称为系统总线。南桥就是所谓的输入输出(I/O)总线，主要在联系硬盘、USB、网络卡等接口设备；
• CPU每次能够处理的数据量称为字组大小(word size)，字组大小依据CPU的设计而有32位与64位。我们现在所称的计算机是32或64位主要是依据这个 CPU解析的字组大小而来的！
• 个人计算机的主存储器主要组件为动态随机存取内存(Dynamic Random Access Memory, DRAM)，至于CPU内部的第二层快取则使用静态随机存取内存(Static Random Access Memory, SRAM)；
• BIOS(Basic Input Output System)是一套程序，这套程序是写死到主板上面的一个内存芯片中，这个内存芯片在没有通电时也能够将数据记录下来，那就是只读存储器(Read Only Memory, ROM)；
• 目前主流的外接卡界面大多为 PCIe 界面，且最新为 PCIe 3.0，单信道速度高达 1GBytes/s
• 常见的显示适配器连接到屏幕的界面有HDMI/DVI/D-Sub/Display port 等等。HDMI 可同时传送影像与声音。
• 传统硬盘的组成为：圆形磁盘盘、机械手臂、磁盘读取头与主轴马达所组成的，其中磁盘盘的组成为扇区、磁道与磁柱；
• 磁盘连接到主板的界面大多为 SATA 或SAS，目前桌机主流为SATA 3.0，理论极速可达 600Mbytes/s。
• 常见的文字编码为 ASCII，繁体中文编码主要有 Big5 及UTF8 两种，目前主流为 UTF8
• 操作系统(Operating System, OS)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。
• 计算机主要以二进制作为单位，常用的磁盘容量单位为bytes，其单位换算为1 Byte = 8bits。
• 最阳春的操作系统仅在驱动与管理硬件，而要使用硬件时，就得需要透过应用软件或者是壳程序(shell)的功能，来呼叫操作系统操纵硬件工作。目前称为操作系统的，除了上述功能外，通常已经包含了日常工作所需要的应用软件在内了。