计算机概论

《鸟哥的Linux私房菜 基础篇 第四版》
整理一些相关的知识点，方便以后查看。

计算机

所谓的计算机就是一种计算器。而计算器其实是：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。

计算机硬件的五大单元

计算机的硬件组成可分为三部分：
1.输入单元：包括键盘、鼠标、卡片阅读机、扫描仪、手写板、触控屏幕等等一堆。
2.主机部分：这个就是系统单元，被主机机壳保护住了，里面含有一堆板子、CPU与主存储器等。
3.输出单元：例如屏幕、打印机等等。

主机里面最重要的就是一片主板，上面主要是中央处理器（CPU）以及主存储器、硬盘还有一些适配卡装置。通常这些组件直接焊接在主板上面。
主存储器：
简称主存，其作用是存放指令和数据。
也即通常说的内存，也就是RAM。
其实如果单单让电脑“运行”的话，硬盘是可有可无的，在安装系统的时候你可以选择光盘启动，不需要硬盘启动。而 RAM是主储存器，就是因为它是不可缺少的。电脑运算速度快是因为电脑的核心CPU运算速度快，CPU运算时需要读取大量的数据，硬盘的读取速度相对于CPU来说实在是太慢了，如果让硬盘来直接给CPU供应数据，那么CPU的运算速度将会下降几万倍，因为CPU需要等待硬盘。而RAM读取数据的速度是以纳秒计的，1秒=1000000000纳秒，能应付CPU需要的大量数据。所以RAM是主储存器。（摘自weiliqiao的百度回答）
RAM：这类的存储器一旦断电，数据就会丢失。
ROM：这类的存储器一旦断电，仍然可以存储数据。（例如硬盘）

中央处理器（Central Processing Unit，CPU）

整部主机的重点在于中央处理器。CPU为一个具有特定功能的芯片，里头含有微指令集。
由于CPU的主要工作在于 运算与管理，因此在CPU内又可分为两个主要的单元： 算数逻辑单元与控制单元 。
其中，
算数逻辑单元主要负责程序运算与逻辑判断。
控制单元主要协调各周边组件与各单元间的工作。

Note：
CPU的重点是进行运算与判断，那么要运算与判断的数据是从哪里来的？
CPU读取的数据都是从主存储器（内存）来的。
主存储器内的数据都是从输入单元所传输进来的。
而CPU处理完毕的数据也必须先写回主存储器中，最后数据才从主存储器传输到输出单元。

因此：
我们常说，要加快系统效能，通常将内存容量加大就可以获得相当好的效果。
因为所有的数据都经过主存储器（内存）的传输，所以内存的容量如果太小，数据快取就不足。

综合上面所说，计算机的五大单元就被分为：
输入单元、输出单元、CPU内的算数逻辑单元、控制单元与主存储器。如下图：

上图的系统单元指的就是计算机机壳内的主要组件。而重点在于CPU与主存储器。
特别要看的是实线的传输方向，基本上数据都是流经过主存储器再转出去的。
至于数据流进/流出内存则是CPU所发布的控制命令！
而CPU实际要处理的资料则完全来自于主存储器。
由上图也可知道，所有的单元都是由CPU内部的控制单元来负责协调的。
因此，CPU是整个计算机系统最重要的部分。

CPU的架构

CPU内部含有一些微指令。我们所使用的软件都要经过CPU内部的微指令集来达成。
这些指令集的设计又被分为两种设计理念，也是目前常见的两种主要CPU架构，分别是：
精简指令集 （RISC） 与 复杂指令集（CISC） 系统。

精简指令集（Reduced Instruction Set Computer，RISC）

这种CPU的设计，微指令集较为精简，每个指令的运行时间都很短，完成的动作也很单纯，指令的执行效能较佳。
若要做复杂的事情，就要由多个指令来完成。

复杂指令集（Complex Instruction Set Computer，CISC）

与 RISC 不同，CISC在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。指令执行较为复杂所以每条指令花费时间较长。

Tip：
32位CPU，64位CPU，所谓的位指的是CPU一次数据读取的最大量。
64位CPU代表CPU一次可以读写 64bits 这么多的数据。
32位CPU则是CPU一次只能读取32bits的意思。
因为CPU读取数据量的限制，因此能够从内存中读写的数据也就有所限制。

其它单元的设备

五大单元中的控制、算术逻辑被整合到CPU封装中。
其它三个重要的计算机单元通过 主板（main board） 连接在一块。
主板上面有个连接沟通所有设备的芯片组，这个芯片组可以将所有单元的设备连接起来，好让CPU可以对这些设备下达命令。

其他重要的单元：
1.系统单元
见上图。系统单元还包括CPU与内存及主板相关组件。而主板上头还有很多的连接界面与相关的适配卡。（各项接口设备）

2.记忆单元
包括主存储器（main memory，RAM） 与 辅助内存。
其中辅助内存就是常说的储存装置，包括硬盘，软盘，光盘，磁带等等。

3.输入、输出单元

计算机中的计算单位（容量、速度）

计算机的运算能力除了CPU微指令集设计的优劣之外，但主要还是由速度来决定的。
而存放在计算机存储设备当中的数据容量也是有单位的。

容量单位

1 Byte = 8 bits
1KB = 1024 B
1MB = 1024 KB

一般来说，
文件容量使用的是二进制的方式。所以 1G Bytes 实际大小是 ： 1024 x 1024 x 1024 Bytes

例：
一个500GB的硬盘，格式化完毕后只剩下466GB左右的容量。
解释：
一般硬盘制造商使用十进制的单位。
所以，500GByte代表为 500 x 1000 x 1000 x 1000Bytes的意思。
转换成文件容量单位时，使用二进制。（1024为底）
所以
只有466GB左右的容量了。
计算过程为：
500 x 1000 x 1000 x 1000Bytes 除以 （1024 x 1024 x 1024） = 466GB

对于硬盘来说，最小的组成单位为扇区（sector），通常硬盘容量的计算采用【多少个sector】，所以才会使用十进制来处理。
比如500GByte，总计有976562500个扇区，乘以扇区大小512Bytes，总共500GBytes。

速度单位

速度单位使用十进制。例如 1GHz 就是 1000 x 1000 x 1000Hz 的意思。
CPU的指令周期常使用 MHz 或 GHz 的单位， 这个 Hz 就是秒分之一。
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。
Mbps=Mbit/s即兆比特每秒（1,000,000bit/s）
MB/s的含义是兆字节每秒，指每秒传输的字节数量（大写B代表Byte）
换算：
1Mbps=1,000,000比特/秒=125,000字节/秒≈0.119MB/s
注意的是，一个使用兆比特每秒，这个值是用十进制换算。而当用到兆字节每秒的时候，是用二进制的。
个人感觉可以把值全部换算到bit，在根据对应的进制换算就行了。

Intel芯片架构

如下图：

主板上面有个连接沟通所有设备的芯片组，这个芯片组可以将所有单元的设备连接起来。因此这个芯片组设计的优劣，就会影响性能。
早期的芯片组通常分为两个网桥来控制各组件的沟通，分别是（1）北桥 ：负责链接速度较快的CPU、主存储器与显示适配器界面等组件；（2）南桥：负责链接速度较慢的装置接口，包括硬盘、USB、网络卡等等。
由于北桥最重要的就是CPU与主存储器之间的桥接，因此目前的主流架构中，大多将北桥内存控制器整合到CPU封装当中了。所以上图只会看到CPU而没有看到以往的北桥芯片。