计算机组成原理之初识计算机硬件，帮你拆开电脑看看里面的组成！！！

大家好，欢迎阅读《计算机组成原理》的系列文章，本系列文章主要教内容是从零学习计算机组成原理，内容通俗易懂，大家好好学习吧！！！

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深入学习计算机组成原理文章体系

初识计算机的架构

我们都知道，计算机的架构当中包含着：==软件，硬件，操作系统，计算机网络==四大内容。

计算机的软件、硬件、操作系统和计算机网络在计算机系统中扮演着不同的角色，各自有着独特的作用，并通过相互联系来实现计算机的功能。下面我将对它们的作用和联系进行具体阐述：

1. 软件：
   • 定义：软件是指计算机系统中的程序和数据。
   • 作用：软件决定了计算机能够执行的任务和功能。它可以实现各种不同的应用程序，例如文字处理、图像编辑、数据库管理等。软件可以根据用户的需求，通过与硬件和操作系统的交互来完成特定的任务。
   • 联系：软件依赖于硬件来执行和存储。软件通过操作系统的接口和功能来访问和使用硬件资源。
2. 硬件：
   • 定义：硬件是指计算机系统的物理部件，包括处理器、内存、硬盘、显示器、输入设备等。
   • 作用：硬件提供了计算机系统的基本功能和资源。 它执行软件指令，存储和处理数据，并提供输入和输出的接口。硬件的性能和配置对计算机的运行速度和能力有重要影响。
   • 联系：硬件是软件运行的基础。软件通过操作系统的支持和调度，利用硬件资源来实现特定的任务和功能。
3. 操作系统：
   • 定义：操作系统是计算机系统中的核心软件，它管理和控制计算机的硬件资源。
   • 作用：操作系统提供了对底层硬件资源的抽象和管理，包括进程管理、内存管理、文件系统、设备驱动程序等。它为软件提供了服务和接口，使得软件能够访问和使用硬件资源，同时提供了用户与计算机系统交互的界面。
   • 联系：软件运行在操作系统的环境下，通过操作系统提供的接口和功能来实现任务和功能。操作系统依赖于硬件提供的支持，通过控制和管理硬件资源来执行软件的指令。
4. 计算机网络：
   • 定义：计算机网络是多台计算机通过通信链路连接起来的集合，用于共享资源和信息。
   • 作用：计算机网络允许不同的计算机之间进行数据传输、通信和资源共享。它提供了远程访问、文件传输、电子邮件、网上冲浪等功能，促进了信息的交流和共享。
   • 联系：计算机网络依赖于硬件设备（如路由器、交换机和网络适配器）和软件协议（如TCP/IP协议栈）来进行数据传输和通信。软件可以利用计算机网络来实现远程访问、数据传输和资源共享等功能。

本系列文章讲述的主要是计算机组成原理，也就是硬件的相关知识。

CPU初识

下面这种图片就显示了我们平常使用电脑的CPU图片，我们先观摩观摩

CPU，全称为中央处理器（Central Processing Unit），也被称为处理器或微处理器，是计算机系统中的核心组件之一。它是一种能够执行计算机指令并处理数据的电子芯片。

CPU的主要功能是执行指令集中的计算和控制操作，以及处理和管理计算机系统中的数据。它通过不断地从内存中取出指令、解码指令并执行相应的操作，实现了计算机的各种功能和任务。

CPU通常由以下几个主要部件组成：

1. 控制单元（Control Unit）：控制单元负责协调和控制CPU内部各部件的操作。

   它从内存中获取指令，并解码这些指令以确定需要执行的操作。控制单元还负责在指令执行的过程中对其他部件进行协调和同步。

2. 算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，ALU）：

   ALU执行各种算术和逻辑运算，如加法、减法、乘法、除法以及比较、逻辑与或非等操作。ALU是CPU中完成计算任务的核心部件。

3. 寄存器（Registers）：寄存器是CPU内部的高速存储器

   用于存储指令、数据和中间结果。寄存器的容量有限，但操作速度非常快。其中包括通用寄存器、程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）等。

4. 数据缓存（Data Cache和指令缓存（Instruction Cache）：缓存是一种高速存储器，用于暂时存储CPU频繁访问的数据和指令。

   缓存提供了更快的数据读取速度，以减少CPU与主存之间的访问延迟。

5. 总线接口单元（Bus Interface Unit）：

   总线接口单元负责与外部设备和系统总线进行交互，通过总线传输数据、地址和控制信号。

内存初识

下面是我们电脑里面内存条的模样，我们先认识以下。

内存（Memory）是计算机系统中用于存储数据和程序的临时存储器。它可以快速访问，并且与CPU之间的数据传输速度非常高。

计算机内存通常包括以下几个主要类型：

1. 主内存（Main Memory）：也称为随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）。

   主内存是计算机系统中最重要的内存部件，用于存储正在执行的程序和数据。它是CPU==直接访问==的存储空间，可以快速读写数据。

2. 缓存（Cache）：

   缓存是 位于CPU内部或靠近CPU的高速存储器，用于 存储CPU频繁访问的数据和指令。缓存具有更快的访问速度和更小的延迟，可以提高CPU的运行效率。

3. 虚拟内存（Virtual Memory）：

   虚拟内存是计算机系统 使用磁盘空间来扩展可用内存的一种技术。它 将部分主内存的内容暂时存储到磁盘上，从而释放出物理内存供其他程序使用。虚拟内存可以提供更大的地址空间和灵活管理内存资源。

4. 只读存储器（Read-Only Memory，ROM）：

   ROM是一种 只读内存，其中 包含了固化的程序和数据，不允许进行写操作。ROM中存储了计算机系统的固件、引导程序以及一些预设的数据。

硬盘初识

下面是我们电脑里面硬盘的模样，我们先认识以下。

硬盘（Hard Disk Drive，HDD）是一种计算机数据存储设备，用于永久性地存储和读取数据。硬盘通常被安装在计算机中的硬盘驱动器上，通过 电磁感应的方式读写数据。

磁盘： 硬盘由多个盘片组成，每个盘片都被分成许多同心圆的轨道和扇区。 硬盘使用机械臂将读/写头放置到指定的轨道和扇区，以读取或写入数据。硬盘还包含一个控制器电路板，用于控制磁头的运动和读写操作。

硬盘的主要特点包括：

1. 存储容量（Storage Capacity）：

   硬盘的存储容量通常以 字节为单位衡量，取决于盘片的数量、密度和尺寸。现代硬盘的存储容量已经达到数TB级别，并不断提高。

2. 读写速度（Transfer Speed）：

   硬盘的读写速度可以影响计算机系统的整体性能。硬盘的读写速度受到多种因素的影响，包括磁盘转速、数据密度、读写头的速度等。

3. 接口类型（Interface Type）：

   硬盘可以使用不同类型的接口进行连接，如SATA、SCSI、IDE、SAS等。不同的接口类型可以影响硬盘的读写速度和兼容性。

4. 操作噪音（Noise）：

   硬盘的操作会产生一定的噪音，这取决于硬盘的转速和读写头的运动。

5. 可靠性（Reliability）：

   硬盘的可靠性通常使用MTBF（Mean Time Between Failures）指标来衡量，表示硬盘平均工作时间到下次故障的时间。现代硬盘通常具有较高的可靠性，但使用寿命也会受到多种因素的影响。

计算机如何识别存储的数据

平常我们手机或电脑里面的图片，视频，音乐等等，这些东西被存储在电脑当中，我们需要用到的时候才会从电脑当中拿出来，那么我们的计算机是如何识别电脑当中的数据的呢?

答案是二进制0/1。

计算机当中，使用了低电平和高电平来表示0/1这两个数。

那么什么是低电平，什么是高电平呢？

• 低电平（Low Level）通常表示为逻辑值0，代表较低的电压。

  在大多数数字电路中，低电平一般指接近或等于地（GND）电位的电压，通常被认为是稳定的、代表逻辑值0的状态。

• 高电平（High Level）通常表示为逻辑值1，代表较高的电压。

  在大多数数字电路中，高电平一般指接近或等于电源电压的电压，通常被认为是稳定的、代表逻辑值1的状态。

• 在低电平和高电平的具体电压水平可以根据不同的电平标准和电路设计进行定义。常见的电平标准包括TTL（Transistor-Transistor Logic）、CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）等。

这些高低电平，在我们上述介绍的CPU，内存当中存在着针脚这种东西，用于接收计算机传递的二进制的信号。

以上就是本章的全部内容，主要讲述了计算机的基础知识，下篇文章继续学习。