linux——学习笔记（鸟哥的私房菜）——基础文件——之计算器概论
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基础文件——之计算器概论
- 计算机硬件五大单元：输入单元，输出单元，cpu内部控制单元，算术逻辑单元，主存储器
- 常见的两种主要cpu架构，分别是：精简指令集（RISC）和复杂指令集（CISC）
- 位元：指的时cpu一次可以读取那么多位元的资料；例如：32位元cpu则是一次只能读取32位元的意思（一次所能读的最大资料量为2的32次方即：4GB左右）
- 速度单位：CPU的指令周期常使用 MHz 或者是 GHz 之类的单位，这个 Hz 其实就是秒分之一。 而在网络传输方面，由于网络使用的是 bit 为单位，因此网络常使用的单位为 Mbps 是 Mbits per second，亦即是每秒多少 Mbit。 举例来说，大家常听到的 20M/5M（上行速度/下行速度） 光世代传输速度，如果转成档案容量的 byte 时，其实理论最大传输值为：每秒 2.5Mbyte/ 每秒625Kbyte的下载/上传速度喔！
DisplayPort :DisplayPort也是一种高清数字显示接口标准，可以连接电脑和显示器，也可以连接电脑和家庭影院
DP接口可以用在带DP接口的显示器上（经此而已）和HDMI接口差不多，而且可以买到DP转hdmi你就把他当 hdmi 接口就可以了
DP接口是用于多屏显示器连接用的。3屏以上显示器其中一个显示器必须用DP接口才行
DP和hdmi一样用于数据传输hdmi成本高传输数据hdmi2.0才能支持4k显示！dp可以轻松应对目前dp1.2标准已经 推出1.3标准dp1.3可以应对5k显示！市场比较小！未来是DP的时代
HDMI: 高清晰度多媒体接口，是一种数字化视频/音频接口技术
Inter LAN : intel的网卡
Audio with DTS Support: 音频接口
PCle 3.0(GEN3):(Quad SLI & CFX Support) ：显示适配器界面
Crystal Sound 2: Crystal Sound OLED发声技术是基于现在国际上都处于领先位置的“屏幕声场驱动技术”进行研发的，Crystal Sound OLED能够给观众带来很好的视听体验
Crystal Sound OLED相比于传统的喇叭或者是扬声器发声而言，是直接带动OLED屏幕进行震动，通过震动空 气发声，简而言之，整个屏幕都是扬声器
EPU: EPU节能引擎,可检测目前的PC负载并实时智能调整功率，以此提供整体系统节能省电的功能。EPU为组件提供自动相 位切换（包括CPU、显卡、内存、芯片组、硬盘及系统风扇），可智能加速及超频以提供最适合的用电量，以此节省电 力与成本
DIG+ Power Control: 电源控制
Support 22nm cpu inter LGA 1150 Soket: cpu插槽
DDR3 3200(o.c) support: 主存储器
10Gb/s M.2 Socket : M.2有两种传输协议：Socket 2和Socket 3（注意是协议，接口都长一样）前者支持SATA 或者PCI-EX2的 SSD。后者专为高速存储设计，只支持pciex4的SSD 。。
而决定是用哪种传输模式其实主要取决于SSD的主控芯片。有一个豁口的SSD可以兼容两种协议，有俩豁 口的SSD只能是 Socket 2协议 ，所以有一个豁口的SSD兼容性更强，虽然插到只支持Socket 2的M2上发挥 不出全部性能。
也就是说用什么协议传输不是主板决定的，是SSD决定的。但用Socket3协议的M2口的主板只认用相同协议 的SSD
Front USB 3.0 Header: usb3.0接口
1x 10Gb/s SATA Express: 磁盘插槽
TPU: TPU是一颗由华硕自主研发的控制芯片，通过这颗芯片玩家可以在不占用CPU性能的基础上对玩家的CPU通过硬 件控制的方式进行超频
（经过测试，TPU提速引擎能够成功的为系统提升37%的性能，对于普通玩家来说这个幅度已经非常的不错了。EPU的节能效果更是让玩家们欣喜，节能幅度可达80%，不仅为玩家节省了电费噪音的控制也是非常值得肯定的）
- cpu频率：频率就是cpu每秒可以进行的工作次数（频率目前仅能用来比较同款的cpu速度）
注意，不同的CPU之间不能单纯的以频率来判断运算效能喔！ 这是因为每颗CPU的微指令集不相同，架构也不见得一样，可使用的第二层快取及其计算器制可能也不同， 加上每次频率能够进行的工作指令数也不同！ 所以，频率目前仅能用来比较同款CPU的速度！
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
早期的 CPU 架构主要透过北桥来链接系统最重要的 CPU、主存储器与显示适配器装置。 因为所有的设备都得掉透过北桥来链接，因此每个设备的工作频率应该要相同。 于是就有所谓的前端总线 (FSB) 这个东西的产生。 但因为 CPU 的指令周期比其他的设备都要来的快，又为了要满足 FSB 的频率，因此厂商就在 CPU 内部再进行加速， 于是就有所谓的外频与倍频了
- CPU的工作频率：外频与倍频
所谓的超频指的是： 将CPU的倍频或者是外频透过主板的设定功能更改成较高频率的一种方式
因为现在没有所谓的北桥了 (整合到 CPU 内)，因此，CPU 的频率设计就无须考虑得要同步的外频，只需要考虑整体的频率即可
- cpu与总线宽度
主存储器数据量： 要藉由 CPU 内的内存控制芯片与主存储器间的传输速度『前端总线速度(Front Side Bus, FSB)来说明
主存储器工作频率：这个频率限制还是来自于 CPU 内的内存控制器所决定的
CPU 内建的内存控制芯片对主存储器的工作频率最高可达到 1600MHz。 这只是工作频率(每秒几次)。 一般来说，每次频率能够传输的数据量，大多为 64 位，这个 64 位就是所谓的『宽度』
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！ 早期的32位CPU中，因为CPU每次能够解析的数据量有限， 因此由主存储器传来的数据量就有所限制了。 这也导致32位的CPU最多只能支持最大到4GBytes的内存
- 超线程（HT）
- 内存：
前面提到CPU所使用的数据都是来自于主存储器(main memory)，不论是软件程序还是数据，都必须要读入主存储器后CPU才能利用
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)， 随机存取内存只有在通电时才能记录与使用，断电后数据就消失了。 因此我们也称这种RAM为挥发性内存
通常越大的内存代表越快速的系统
以服务器来说，主存储器的容量有时比CPU的速度还要来的重要的
- 多线程设计
由于所有的数据都必须要存放在主存储器，所以主存储器的数据宽度当然是越大越好。 但传统的总线宽度一般大约仅达64位，为了要加大这个宽度，因此芯片组厂商就将两个主存储器汇整在一起， 如果一支内存可达64位，两支内存就可以达到128位了
安插双主存储器：最好型号，容量大小一致
- DRAM与SRAM（静态随机存取内存）
利用SRA实现高速缓存，使其和cpu一个工作频率
CPU与内存的频率是可调整的；
而主板上面如果有内建的网络卡或者是显示适配器时，该功能是否要启动与该功能的各项参数， 是被记录到主板上头的一个称为CMOS的芯片上，这个芯片需要借着额外的电源来发挥记录功能， 这也是为什么你的主板上面会有一颗电池的缘
- 只读存储器（ROM）只读存储器（ROM）
CMOS内的数据如何读取与更新呢？
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)。 ROM是一种非挥发性的内存
韧体？韧体就是绑在硬件上面的控制软件！
BIOS就是一个韧体；他控制着开机时各项硬件参数的取得
BIOS 对计算机系统来讲是非常重要的，因为他掌握了系统硬件的详细信息与开机设备的选择等等。 但是计算机发展的速度太快了， 因此 BIOS 程序代码也可能需要作适度的修改才行，所以你才会在很多主板官网找到 BIOS 的更新程序啊！ 但是 BIOS 原本使用的是无法改写的 ROM ，因此根本无法修正 BIOS 程序代码！ 为此，现在的 BIOS 通常是写入类似闪存 (flash) 或 EEPROM
- 显示适配器：（VGA）
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掉内存， 因此显示适配器上面会有一个内存的容量，这个显示适配器内存容量将会影响到你的屏幕分辨率与颜色深度的喔
一些3D的运算早期是交给CPU去运作的，但是CPU并非完全针对这些3D来进行设计的，而且CPU平时已经非常忙碌了呢！ 所以后来显示适配器厂商直接在显示适配器上面嵌入一个3D加速的芯片，这就是所谓的GPU称谓的由来
显示适配器主要也是透过CPU的控制芯片来与CPU、主存储器等沟通
显示适配器也是需要高速运算的一个组件，所以数据的传输也是越快越好
早期：PCI->AGP,APG被 PCI-Express取代，差异：数据传输的带宽了
显示适配器与主板的连接接口需要知道外，那么显示适配器是透过什么格式与计算机屏幕 (或电视) 连接的呢？
目前主要接口有：D-SUb DVI HDMI Display port(具体。。。)
- 硬盘与存储设备
硬盘的物理组成：实际的数据都是写在具有磁性物质的磁盘盘上头，而读写主要是透过在机械手臂上的读取头(head)来达成。 实际运作时， 主轴马达让磁盘盘转动，然后机械手臂可伸展让读取头在磁盘盘上头进行读写的动作
磁盘盘上的数据：同心圆外圈的圆比较大，占用的面积比内圈多啊！ 所以，为了善用这些空间，因此外围的圆会具有更多的扇区！ 此外，当磁盘盘转一圈时，外圈的扇区数量比较多，因此如果数据写入在外圈，转一圈能够读写的数据量当然比内圈还要多！ 因此通常数据的读写会由外圈开始往内写的喔！ 这是默认值啊
扇区：原本 512byte 的容量；新的高容量硬盘已经有 4Kbyte 的扇区设计。因此在磁盘的分割方面，目前有旧式的 MSDOS 兼容模式，以及较新的 GPT 模式喔！ 在较新的 GPT 模式下，磁盘的分割通常使用扇区号码来设计，跟过去旧的 MSDOS 是透过磁柱号码来分割的情况不同喔！
- 传输界面：
为了要提升磁盘的传输速度，磁盘与主板的连接界面也经过多次的改版，因此有许多不同的界面喔！ 传统磁盘界面包括有 SATA, SAS, IDE 与 SCSI 等等。 若考虑外接式磁盘，那就还包括了 USB, eSATA 等等界面喔！ 不过目前 IDE 已经被 SATA 取代，而 SCSI 则被 SAS 取代
- 固态硬盘（ssd）：
传统磁盘缺点：需要马达去转动磁盘，严重影响磁盘读取
固态好处：不需要马达，省电
选购须知：
1.考虑你的主板可接受的插槽接口(SATA/SAS)
2.HDD 或 SSD ：毕竟 HDD 与 SSD 的价格与容量真的差很多！ 不过，速度也差很多就是了！ 因此，目前大家的使用方式大多是这样的，使用 SSD 作为系统碟， 然后数据储存大多放置在 HDD 上面！ 这样系统运作快速 (SSD)，而数据储存量也大 (HDD)
3.容量：HDD容量已经到达 2TB以上， 甚至有的厂商已经生产高达 8TB 的产品呢！ 硬盘可能可以算是一种消耗品，要注意重要数据还是得常常备份出来喔！ 至于 SSD 方面，目前的容量大概还是在 128~256GB 之间吧
4.缓冲存储器：硬盘上头含有一个缓冲存储器，这个内存主要可以将硬盘内常使用的数据快取起来，以加速系统的读取效能。 通常这个缓冲存储器越大越好，因为缓冲存储器的速度要比数据从硬盘盘中被找出来要快的多了
5.转速：因为硬盘主要是利用主轴马达转动磁盘盘来存取，因此转速的快慢会影响到效能。 主流的桌面计算机硬盘为每分钟7200转，笔记本电脑则是5400转。 有的厂商也有推出高达10000转的硬盘， 若有高效能的数据存取需求，可以考虑购买高转速硬盘
6. 运转须知：由于硬盘内部机械手臂上的磁头与硬盘盘的接触是很细微的空间， 如果有抖动或者是脏污在磁头与硬盘盘之间就会造成数据的损毁或者是实体硬盘整个损毁～ 因此，正确的使用计算机的方式，应该是在计算机通电之后， 就绝对不要移动主机，避免抖动到硬盘， 而导致整个硬盘数据发生问题啊！ 另外，也不要随便将插头拔掉就以为是顺利关机！ 因为机械手臂必须要归回原位， 所以使用操作系统的正常关机方式，才能够有比较好的硬盘保养
- 扩充卡与界面
信道卡 (例如 x8 的卡) 安装在少信道插槽 (例如 x4 的插槽) 的可用性？
x16 的卡安装在 x16 的插槽，但是这个插槽仅有 x4 的电路设计，那我这张卡可以运作吗？ 当然可以！ 这就是 PCIe 的好处了！ 它可以让你这张卡仅使用 x4 的电路来传送数据，而不会无法使用！ 只是... 你的这张卡的极限效能，就会只剩下 4/16 = 1/4 啰
- 主板：
1.发挥扩充卡效能须考虑的插槽位置？
卡安装在哪个插槽上面，对效能而言也是影响很大的！ 所以插卡时，请详细阅读您主板上面的逻辑图标啊 (类似本章的 Intel 芯片示意图)！ 尤其 CPU 与南桥沟通的带宽方面，特别重要喔 避免效能瓶颈
2.设备I/O地址与IRQ中断信道
主芯片组怎么知道如何负责沟通：用到 i/o 地址与IRQ
如果I/O地址想成是各装置的门牌号码的话，那么IRQ就可以想成是各个门牌连接到邮件中心(CPU)的专门路径啰！ 各装置可以透过IRQ中断信道来告知CPU该装置的工作情况，以方便CPU进行工作分配的任务。 老式的主板芯片组IRQ只有15个，如果你的周边接口太多时可能就会不够用， 这个时候你可以选择将一些没有用到的周边接口关掉，以空出一些IRQ来给真正需要使用的接口喔！
3.CMOS与BIOS
CMOS主要的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等， 由于这些数据的记录要花费电力，因此主板上面才有电池。 BIOS为写入到主板上某一块 flash 或 EEPROM 的程序，他可以在开机的时候执行，以加载CMOS当中的参数， 并尝试呼叫储存装置中的开机程序，进一步进入操作系统当中。 BIOS程序也可以修改CMOS中的数据， 每种主板呼叫BIOS设定程序的按键都不同，一般桌面计算机常见的是使用[del]按键进入BIOS设定画面
4.连接接口设备的接口
- PS/2接口：这原本是常见的键盘与鼠标的接口，不过目前渐渐被USB接口取代，甚至较新的主板可能就不再提供 PS/2 界面了；
- USB接口：通常只剩下 USB 2.0 与 USB 3.0，为了方便区分，USB 3.0 为蓝色的插槽颜色喔！
- 声音输出、输入与麦克风：这个是一些圆形的插孔，而必须你的主板上面有内建音效芯片时，才会有这三个东西；
- RJ-45网络头：如果有内建网络芯片的话，那么就会有这种接头出现。 这种接头有点类似电话接头，不过内部有八蕊线喔！ 接上网络线后在这个接头上会有灯号亮起才对！
- HDMI：如果有内建显示芯片的话，可能就会提供这个与屏幕连接的界面了！ 这种接口可以同时传输声音与影像， 目前也是电视机屏幕的主流连接接口喔
5.电源供应器 ：不要用太差的
最好挑选高转换率的电源供应器。 所谓的高转换率指的是『输出的功率/输入的功率
6.选购须知：
如果你的公司需要一部服务器的话，建议不要自行组装，买品牌计算机的服务器比较好，自己组装有待检测
在效能方面并非仅考虑CPU的能力而已，速度的快慢与『整体系统的最慢的那个设备有关，需要全部的接口都考虑进去
系统不稳定的可能原因？
系统超频、电源供应器、内存无法负荷、系统过热
- 数据表示方式
1.二进制，10进制
2.文字编码系统：
常用的英文编码表为ASCII系统，这个编码系统中， 每个符号(英文、数字或符号等)都会占用1bytes的记录， 因此总共会有28=256种变化
big5码的中文字编码对于某些数据库系统来说是很有问题的，某些字码例如『许、盖、功』等字， 由于这几个字的内部编码会被误判为单/双引号，在写入还不成问题，在读出数据的对照表时， 常常就会变成乱码。 不只中文字，其他非英语系国家也常常会有这样的问题出现啊！
为了解决这个问题，由国际组织ISO/IEC跳出来制订了所谓的Unicode编码系统， 我们常常称呼的UTF8或万国码的编码就是这个咚咚。 因为这个编码系统打破了所有国家的不同编码， 因此目前因特网社会大多朝向这个编码系统在走
- 软件程序运作
系统将软件分为两大类：系统软件，应用程序
1. 什么是程序？ 什么是机器程序？ 为什么需要操作系统？
机器只认识0与1，这是机器程序，人类需要编写能看的懂的程序，
为了要克服硬件方面老是需要重复撰写句柄的问题，所以就有操作系统(Operating System, OS)的出现了
2.操作系统
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
计算机系统主要由硬件构成，然后核心程序主要在管理硬件，提供合理的计算机系统资源分配(包括CPU资源、内存使用资源等等)， 因此只要硬件不同(如x86架构与RISC架构的CPU)，核心就得要进行修改才行。 而由于核心只会进行计算机系统的资源分配
1.操作系统核心
操作系统的功能就是让CPU可以开始判断逻辑与运算数值、 让主存储器可以开始加载/读出数据与程序代码、让硬盘可以开始被存取、让网络卡可以开始传输数据、 让所有周边可以开始运转等等
核心主要在管控硬件与提供相关的能力(例如存取硬盘、网络功能、CPU资源取得等)， 这些管理的动作是非常的重要的，如果用户能够直接使用到核心的话， 万一用户不小心将核心程序停止或破坏， 将会导致整个系统的崩溃！ 因此核心程序所放置到内存当中的区块是受保护的！ 并且开机后就一直常驻在内存当中； 这个时候就需要软件的帮忙了
2. 系统呼叫(System Call)
为了保护核心，并且让程序设计师比较容易开发软件，因此操作系统除了核心程序之外，通常还会提供一整组开发接口， 那就是系统呼叫层。 软件开发工程师只要遵循公认的系统呼叫参数来开发软件，该软件就能够在该核心上头运作。 所以你可以发现，软件与核心有比较大的关系，与硬件关系则不大！
3. 核心功能
- 操作系统的核心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作。 举例来说，个人计算机版的Windows 8.1 不能直接在 ARM 架构 (手机与平板硬件) 的计算机下运作。
- 操作系统只是在管理整个硬件资源，包括CPU、内存、输入输出装置及文件系统档。 如果没有其他的应用程序辅助，操作系统只能让计算机主机准备妥当(Ready)而已！ 并无法运作其他功能。 所以你现在知道为何Windows上面要达成网页影像的运作还需要类似PhotoImpact或Photoshop之类的软件安装了吧？
- 应用程序的开发都是参考操作系统提供的开发接口， 所以该应用程序只能在该操作系统上面运作而已，不可以在其他操作系统上面运作的。
- 系统呼叫接口(System call interface)
刚刚谈过了，这是为了方便程序开发者可以轻易的透过与核心的沟通，将硬件的资源进一步的利用， 于是需要有这个简易的接口来方便程序开发者。
- 程序管理(Process control)
总有听过所谓的『多任务环境』吧？ 一部计算机可能同时间有很多的工作跑到CPU等待运算处理， 核心这个时候必须要能够控制这些工作，让CPU的资源作有效的分配才行！ 另外， 良好的CPU排程机制(就是CPU先运作那个工作的排列顺序)将会有效的加快整体系统效能呢！
- 内存管理(Memory management)
控制整个系统的内存管理，这个内存控制是非常重要的，因为系统所有的程序代码与数据都必须要先存放在内存当中。 通常核心会提供虚拟内存的功能，当内存不足时可以提供内存置换(swap)的功能哩。
- 文件系统管理(Filesystem management)
文件系统的管理，例如数据的输入输出(I/O)等等的工作啦！ 还有不同文件格式的支持啦等等， 如果你的核心不认识某个文件系统，那么您将无法使用该文件格式的档案啰！ 例如：Windows 98就不认识NTFS文件格式的硬盘；
- 装置的驱动(Device drivers)
就如同上面提到的，硬件的管理是核心的主要工作之一，当然啰，装置的驱动程序就是核心需要做的事情啦！ 好在目前都有所谓的『可加载模块』功能，可以将驱动程序编辑成模块，就不需要重新的编译核心啦！驱动程序的提供应该是硬件厂商的事情
4.操作系统与驱动程序
- 操作系统必须要能够驱动硬件，如此应用程序才能够使用该硬件功能；
- 一般来说，操作系统会提供开发接口，让开发商制作他们的驱动程序；
- 要使用新硬件功能，必须要安装厂商提供的驱动程序才行；
- 驱动程序是由厂商提供的，与操作系统开发者无关
3.应用程序
应用程序是参考操作系统提供的开发接口所开发出来软件，这些软件可以让用户操作，以达到某些计算机的功能利用
- 本章习题
- 根据本章内文的说明，请找出目前全世界跑的最快的超级计算机的：(1)系统名称 (2)所在位置 (3)使用的 CPU 型号与规格 (4)总共使用的 CPU 数量 (5)全功率操作 1 天时，可能耗用的电费 (请上台电网站查询相关电价来计算)。
- 动动手实作题：假设你不知道你的主机内部的各项组件数据，请拆开你的主机机壳，并将内部所有的组件拆开，并且依序列出：
- CPU的厂牌、型号、最高频率；
- 主存储器的容量、接口 (DDR/DDR2/DDR3 等)；
- 显示适配器的接口 (AGP/PCIe/内建) 与容量
- 主板的厂牌、南北桥的芯片型号、BIOS的厂牌、有无内建的网卡或声卡等
- 硬盘的连接接口 (SATA/SAS等)、硬盘容量、转速、缓冲存储器容量等。
- 利用软件：假设你不想要拆开主机机壳，但想了解你的主机内部各组件的信息时，该如何是好？ 如果使用的是Windows操作系统，可使用CPU-Z(http://www.cpuid.com/cpuz.php)这套软件，如果是Linux环境下，可以使用『cat /proc/cpuinfo』 及使用 『lspci』来查阅各项组件的型号；
- 如本章图0.2.1所示，找出第四代 Intel i7 4790 CPU 的： (1)与南桥沟通的 DMI 带宽有多大？ (2)第二层快取的容量多大？ (3)最大 PCIe 信道数量有多少？ 并据以说明主板上面 PCIe 插槽的数量限制。 (请 google 此 CPU 相关数据即可发现)
- 由 google 查询 Intel SSD 520 固态硬盘相关的菜单，了解 (1)连接界面、(2)最大读写速度及 (3)最大随机读写数据 (IOPS) 的数据
- 多信道设计
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- 超线程 （HT）
- 内存：
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- cpu频率： 频率就是cpu每秒钟可以进行的工作次数（频率目前仅能用来比较同款的cpu速度）