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计算机硬件介绍
作者: 方凯 于 2019年06月12日 发布在分类 / 计算机专业 / 计算机硬件 下,并于 2019年06月12日 编辑
计算机硬件

一、计算机硬件的五大组成部分

1.控制器:是指计算机的指挥系统。

2.运算器:是指实现算数运算和逻辑运算的部件。它与控制器组成了计算机的CPU。

3.存储器:是指计算机用来存放所有数据和程序的记忆部件。它的基本功能是按指定的地址存(写)入或者取(读)出数据信息。其种类分为两类:第一类是内存储器(简称内存或者主存),也就是计算机中的内存条;第二类是外存储器(辅助存储器),也就是计算机中的磁盘。内存储器的优点是存取速度快,但是缺点就是当断电数据会丢失,并且存储容量小。外存储器的优点是断电不丢失数据、存储容量大,但是缺点是存取速度慢。存储器由若干个存储单元组成,每个存储单元都有一个地址,计算机通过地址对存储单元进行读写。一个存储器所包含的字节数成为存储容量,单位有B、KB、MB、GB、TB、PB等。

4.输入设备:是指向计算机输入信息(文字、图像、声音、数据、程序等)的设备,如:键盘、鼠标、摄像头、扫描仪等。值得注意的是外部存储器也是一种输入设备。

5.输出设备:是指计算机向外界输出信息的设备,如显示器、音箱等。同样外部存储器也是一种输出设备。

二、计算机的三大组件

1.处理器

核心处理器(Central Processing Unit,CPU)由控制器和运算器组成。CPU的职能是控制和运算,控制器是负责各组件和各单元的控制工作,而运算器则是负责程序运算和逻辑判断,所以对于计算机来说CPU相当于人的大脑。CPU的工作流程是:CPU从内存中取指令->解码->执行下一条指令。

现在大多数CPU采用的是X86-64的型号。CPU具有向下兼容性,即64位的CPU可以执行32位的程序。

2.存储器(内存和磁盘)

另外两大组件是内存和磁盘。

存储器它们的速度和容量,往往呈现负相关的,如下表所示:


典型访问时间 典型容量
寄存器 1ns <1KB
高速缓存 2ns 4MB

内存

10ns 512MB~2048MB
磁盘 10ms 200GB ~1000GB
磁带 100s 400GB~800GB

寄存器:它的材料是与CPU相同,因此它的速度与CPU一样快,CPU访问它没有延迟,32位CPU中为32*32,64位CPU中为64*64,这两种的容量均小于1KB。

高速缓存:主要由硬件控制高速缓存的存取。

内存:他是存储器系统的主力,主存通常称为随机访问存储RAM0,就是我们通常所说的内存,容量一直攀升,所有不能再高速缓存中找到的,都会到主存中找,主存是易失性存储,断电后数据会全部丢失。

ROM(Read Only Memory)只能读不能写,断电不丢失数据。

EEPROM(Electrically Erasable PROM)电可擦除可编程ROM以及闪存(Flash Memory)同样是非易失性存储器。

它们与ROM相比,不同的是:他们可擦除重写,但是花费的时间较长。闪存应用于很多电子设备之中,如手机、电视机等,这些电子设备往往将其作为存储媒介。

CMOS是另一种存储器,它是易失性的。它可以与递增时间的电路是由一块小电池驱动,可以供时间更新,因此应用于计算机之中;CMOS可以保存配置的参数,它的耗电低。

磁盘:它的速度很低,其原因是它是一种机械装置,在磁盘中有一个或多个金属盘片,它们以5400、7200或10800rpm(RPM=revolution per minute 每分钟多少转)的速度旋转。从边缘开始有一个机械臂选在盘面上,这类似于老式黑胶唱片机上的拾音臂。信息卸载磁盘上的一些列的同心圆上,是一连串的二进制位(称为bit位),为了统计方法,8个bit称为一个字节bytes,1024bytes=1kb,1024kb=1Mb,1024Mb=1Gb,所以我们平时所说的磁盘容量最终值得是磁盘能写多少个二进制位。

磁道:每个磁头可以读取一段区域。

柱面:把一个戈丁手臂位置上所有的磁道合起来的组合。

扇区:是读写数据的最小的单位,每个磁道划成若干扇区,扇区典型的值是512字节。

数据都存放在一段一段的扇区,即磁道这个圆圈的一小段圆圈,磁盘读取一段数据需要经历寻道时间和延迟时间。

平均寻道时间:机械手臂从一个柱面随机移动到相邻的柱面的时间成为寻道时间,找到了磁道就意味着找到了数据所在的那个圆圈,但是不知道数据具体这个圆圈的具体位置。

平均延迟时间:机械手臂到达正确的磁道后还必须等待旋转到数据所在的扇区下,这段时间称为延迟时间。

三、启动计算机

在计算机的主板上有一个基本的输入输出程序(Basic Input Output System)

BIOS就相当于一个小的操作系统,它有底层的I/O软件,包括都键盘、写屏幕,进行磁盘I/O,该程序存放于一非易失性闪存RAM之中。

启动流程

1.计算机加电

2.BIOS开始运行,检测硬件:CPU、内存、硬盘等

3.BIOS读取CMOS存储器中的参数,选择启动设备

4.从启动设备上读取第一个扇形区的内容(MBR主引导记录512字节,前446为引导信息,后64为分区信息,最后两个为标志位)

5.根据分区信息读入bottloader启动装载模块,启动操作系统

6然后操作系统询问BIOS,以获得配置信息。对于每种设备,系统会检查其设备驱动程序是否存在,如果没有,系统则会要求用户安装设备驱动程序,一旦有了全部的设备驱动程序,操作系统就将它们调入内核。然后初始有关的表格(如进程表),传进需要的进程,并在终端上启动登录程序或GUI





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