系统架构师2023备考新版教材-之计算机系统知识01
说明
本篇博客主要围绕2022年系统架构师最新版教程，算上时间，今年应该是这一版教材的第一次考试，说来也气人，一年考一次，然后我毅然就直接报名了，报名之前还不知道教程已经改版了，到近期刷题的时候吧，才发现教程有变动，在旧版教材上删除了很多东西，删除了好几章知识点，没办法，题库没更新，使劲刷旧题也不太靠谱，那就结合教材一点一点啃书，然后结合往年的题目进行博客更新吧，这个我现在觉得今年过的把握不大，毕竟就20多天了，还是新教材，不过该做的还是要做的。
注意：博主纪录的相关博客，只是博主在书本上进行的笔记，仅代表博主个人观点，因为今年又是机考又是考纲变化和教材更新，故而今年的难度应该是比较难的，持续更新。。。
计算机系统概述
计算机系统 (Computer System) 是指用于数据管理的计算机硬件、软件及网络组成的系统。它是按人的要求接收和在储信息，自动讲行数据处理和计算，并输出结果信息的机器系统。人们在谈及计算机系统时，一般指由硬件子系统和软件子系统组成的系统，简称为计算机。而将连接多个计算机以实现计算机间数据交换能力的网络设备，则称之为计算机网络，简称网络。
计算机系统可划分为硬件(子系统) 和软件(子系统) 两部分。硬件由机械、电子元器件、磁介质和光介质等物理实体构成，例如处理器 (含运算单元和控制单元）、存储器、输入设备和输出设备等。软件是一系列按照特定顺序组织的数据和指令，并控制硬件完成指定的功能。可将计算机软件进一步分为系统软件和应用软件，系统软件是指支持应用软件的运行，为用户开发应用软件提供平台支排的软件，而应用软件是指计算机用户利用计算机的软、硬件资源为某一专门的应用目的而开发的软件。典型的计算机系统组成如图2-1所示。
计算机硬件
计算机硬件组成
计算机组成结构 (Computer Architecture) 源于冯 诺依曼计算机结构，该结构成为现代计算机系统发展的基础。冯诺依曼计算机结构将计算机硬件划分为5部分，但在现实的硬件构成中，控制单元和运算单元被集成为一体，封装为通常意义上的处理器(但理器并不是只有上述两部分)；输入设备和输出设备则经常被设计者集成为一体，按照传输过程被划分为总线、接口和外部设备。下面按照处理器、存储器、总线、接口和外部设备进行闸述。
1 处理器
处理器(CPU):作为计算机系统运算和控制的核心部件，其宽度由最先的4位，发展到现在的64位，甚至128位，
在能力构成上仅具有运算和控制功能发展到集成多级缓存、多种通信总线和接口。
在内核上从单核发展成为多核，异构多核和众核处理器等。
处理器的指令集按照其复杂程度可分为
复杂指令集 (Complex Instuction Set Computers CISC)
精简指令集 (Reduced instruction Set Computers，RISC) 两类.
CISC以Intel、AMD的x86CPU为代表，
RISC以ARM和Power为代表。
2 存储器
存储器是利用半导体、磁、光等介质制成用于存储数据的电子设备。根据存储器的硬件结构可分为SRAM、DRAM、NVRAM、Flash、EPROM、Disk等。计算机系统中的存储器通常采用分层的体系(MemopyHierarchy）结构，按照与处理器的物理距离可分为4个层次。
(1)片上缓存:在处理器核心中直接集成的缓存，一般为SRAM结构，实现数据的快速读取。它容最较小，一般为16kB-512kB，按照不同的设计可能划分为一级或二级
(2)片外缓存:在处理器核心外的缓存，需要经过交换互联开关访问，一般也是由SRAM构成，容量较片上缓存略大，可以为256kB-4MB。按照层级被称为L2Cache或L3Cache，或者成为平台。
(3)主存(内存):通常采用DRAM结构，以独立的部件/芯片存在，通过总线与处理器连接。DRAM依赖不断充电维持其中的数据，容量在数百MB至数十GB之间。
(4)外存:可以是磁带、磁盘、光盘和各类Fash等介质器件，这类设备访问速度慢，但容量大，且在掉电后能够保持其数据。不同的介质类型容量有所不同，如NorFlash容量一般在MB级别，磁容量则在GB和TB级别。外存能够在掉电后保持数据，但并非所有介质都能够永久性保存数据，每种介质都有一定的年限，如Fhash外存的维持数据的年限在1年左右，光盘年限在数年至数十年，磁盘年限在10年以上，磁带年限为30年以上。
3 总线
总线(Bus)是指计算机部件间遵循某一特定协议实现数据交换的形式，即以一种特定格式按照规定的控制逻辑实现部件间的数据传输按照总线在计算机中所处的位置划分为内总线、系统总线和外部总线。
- 内总线用于各类芯片内部互连，也可称为片上总线(On-ChipBus)或片内总线。
- 系统总线是指计算机中CPU、主存、UO接口的总线，计算机发展为多总线结构后，系统总线的含义有所变化，狭义的系统总线仍为CPU与主存、通信桥连接的总线:广义上，还应包含计算机系统内，经由系统草线再次级联的总线，常被称为局部总线(LocalBus)。
- 外部总线是计算机板和外部设备之间，或者计算机系统之间互联的总线，又称为通信总线。总线之间通过桥(Bridge)实现连接，它是一种特殊的外没，主要实现总线协议间的转换。总线的性能指标常见的有总线带宽、总线服务质量OoS、总线时延和总线抖动等。
目前，计算机总线存在许多种类，常见的有并行总线和串行总线。
并行总线主要包括PCI、PCle和ATA(IDE)等，串行总线主要包括USB、SATA、CAN、RS-232、RS-485、RapidlO和以太网等。在一些专业领域中还定义了多种类型的总线：
比如航空领域的ARINC429、ARINC659、ARINC654和MIL-STD-1553B等;
工业控制领域的CAN、IEEE1394、PCI、PCle和VME等。
4 接口
接口是指同一计算机不同功能层之间的通信规则。
计算机接口有多种，常见的包括
显示类接口(HDMI、DVI和DVI等)，
音频输入输出类接口(TRS、RCA、XLR等)，
网络类接口(RJ45、FC等)，
PS2接口，USB接口，SATA接口，LPT打印接口和RS-232接口等
此外，像离散量接口与AD转换接口等这类接口一般属于非标准接口，而是随需求而设计。
对于总线而言，一种总线可能存在多种接口，比如，以太网总线可以通过RJ-45或同轴电绳与之连接，PCle总线则具有多种形态的接口实现连接。
5 外部设备
外部设备也称为外围设备，是计算机的非必要设备(但各类计算机必然会有一些)，现代计算机的外部设备种类日益丰富，包括所有的输入输出设备以及部分存储设备即外存)。
常见的外部设务包括键盘、鼠标、显示器、扫描仪、摄像头、安克风、打印机、光聚、各型网卡和各型存储卡/盘等。在移动和穿戴设备中，常见的包括加速计、GPS、陀螺仪、感光设备和指纹识别设备等。在工业控制、航空航天和医疗等领域，还存在更多种类的外部设备，例如测温仪、测速仪、轨迹球、各型操作面板、红外八FC等感应设备、各种场强测量设备、功率驱动装置、各型机械臂、各型液压装置、油门杆和驾驶杆，等等。