第十七篇 计算机组成原理
第十七篇 计算机组成原理
1、组成计算机的五大硬件
(1)计算机的硬件
- 组成计算机有五大组成部分:控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备。其中控制器和运算器组成了计算机的中央处理器(CPU)
(2)CPU
- CPU相当于计算机的大脑或者说是指挥系统,控制着整个机器的运转,(==控制硬件==)
- CPU除了控制和指挥,它也在无时无刻的进行计算,主要进行==逻辑运算==(判断)和==算术运算==(计算求值)
(3)内存(主存)
- 计算机中存储器分为内存和外存。但是无论是内存还是外存,它们的存储数据的格式都是由1和0组成,即高低电压
- 计算机中一个存储单位是一个字节,即1Bytes,1Bytes = 8bit,8bit表示8个二进制数
内存的作用:内存是计算机内==临时存储数据==的硬件设备。由于内存读取数据速度较快,CPU下达的指令会直接传输给内存,即CPU会与内存直接交互。常见的内存有内存条
内存的优点:存取速度较快
内存的缺点:
- 1、容量小;
- 2、断电即消失(由于内存是基于电来存储数据的,因此当断电时数据会马上消失,即数据丢失)
(4)外存
- 外存的作用:外存是计算机==永久存储数据==的硬件设备。由于外存容量大,所以外存主要用于存储软件、操作系统等占用空间大的数据
外存的作用流程:当我们需要使用外存上的某个软件时,CPU下达的指令需要传输给内存后,内存再从外存中读取软件的信息。即CPU不与外存直接交互。常见的外存有磁带、磁盘和U盘等
- 外存的优点:
- 1、容量大
- 2、可以永久存储数据
外存的缺点:存取速度慢
(5)输入设备
- 计算机中用于==输入信息==(文字、图片、视频、软件程序等等)的硬件设备
- 常见的输入设备:键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪、光电笔等等
(6)输出设备
- 计算机中用于==输出信息==的硬件设备
- 常见的输出设备:显示器、打印机、绘图仪......
(7)U盘:特殊存在,被称为IO设备。I(input):输入,O(output):输出
2、多核CPU
- 多核相当于计算机有多个大脑,可以同时控制多个事件的处理,比如常常听说的4核CPU电脑,表示它可以同时干四件事
- X86-64:X86是CPU的一种型号,64位表示CPU每次能读取64位二进制数的数据,即2^64^ Bytes。X86-32:表示CPU每次能读取32位的二进制数的数据,即2^32^ Bytes
- 64位的电脑能够下载32位的软件,而32位的电脑如果下载64位的软件会丢失数据
3、硬盘的工作原理
(1)机械硬盘(HDD)
- 机械硬盘主要由机械手臂、磁道和扇区组成
- 机械手臂:机械硬盘是通过机械手臂读取数据的,机械手臂的末端是磁头
- 磁道:磁道是机械硬盘上的磁面中的一个一个圈,磁道用于存储数据
- 扇区:扇区的最小单位通常位512KB(也有每个扇区为4096Bytes大小的磁盘)。为了减小IO操作,机械硬盘也会将==多个相邻的扇区==组合在一起,==形成一个块==,这个块即是我们在Windows系统中==常见的C、D分区==
- “平均寻道时间”:由于数据存放在磁道上,因此机械手臂需要读取数据首先要找到磁道,这就需要很快的速度来达到很短的时间,受限于工业水平的限制,目前机械手臂找到磁道的时间为5ms,这个时间被称为平均寻道时间
- “平均延迟时间”:机械手臂寻道之后,需要寻找想要的数据,由于数据的位置是不确定的,而目前的机械硬盘寻找数据会从硬盘的头部开始一直扫描到尾部,这就会有一个延迟时间。以7200 r/min 的硬盘为例,如果碰巧在硬盘头部找到数据,时间约为0ms,如果目标数据在硬盘尾部,时间则约为8.3ms,因此我们取平均值 4.15ms 作为机械手臂在磁道找到数据的时间,这个时间被称为平均延迟时间
- 7200/60=120 (r/s)
- 1/120=0.0083 (s/r)
- 0.0083/2=0.00415 (s/r)
- 0.00415 (s/r) = 4.15 (ms/r)
- 我们可以知道:机械硬盘找到数据的时间等于平均寻道时间与平均延迟时间的和
(2)固态硬盘(SSD)
- SSD是由电驱动的,它的内部组成是:主控--闪存--固件算法。SSD中的数据是以电荷的方式存储在每个NAND存储单位元内
4、总线
- 总线:用于串连起计算机中的所有硬件设备
5、ROM和CMOS
- ROM存储器:ROM是只读存储器(不可写),它在工厂中就被编程完毕,之后再也不能被修改(可以重刷BIOS)。它一般会存放BIOS(Basic input output system)程序,该程序一般用于启动计算机,或者用于处理底层设备的控制
- CMOS存储器(CMOS RAM,主存,直接与CPU交换数据的内存):CMOS存储器由一块电脑内置的电池驱动供电,它一般用来保持当前时间和日期的更新,也就是说,即是计算机没电,时间也会持续更新,同时它也可以存储启动磁盘的路径(装机的时候一般会告诉计算机操作系统在计算机中的位置,如 C:/ )
6、启动计算机的流程
1.计算机开启电源
2.BIOS开始运行,检测硬件:CPU、内存、硬盘灯
3.BIOS读取CMOS存储器中的参数,选择启动设备等
4.从启动设备上读取第一个扇区的内容
5.根据分区信息读入bootloader启动装载模块,启动操作系统
6.操作系统询问BIOS,获得配置信息。对于每种设备,系统会检查其设备驱动是否存在,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,操作系统则会将它们调入内核,然后初始有关的表格(如 进程表)
- 总结:1.读取ROM芯片中的BIOS系统(充当临时的操作系统);2.BIOS找到CMOS中存储操作系统的路径以及硬件自检程序;3.操作系统启动,操作系统接管电脑
7、QQ软件的运行
1.双击QQ图标,CPU先向内存发出读取QQ的指令(CPU --> 内存)
2.内存通过QQ图标所链接的地址从硬盘中取出 “运行QQ” 的指令 (内存 -- 硬盘(”运行QQ“))
3.CPU中的控制器分析“运行QQ”的指令并告知运算器,运算器开始工作(内存("运行QQ") -- CPU(控制器-->运算器))
4.运算器进行一系列的算术运算和逻辑运算打开QQ,并从硬盘中读取QQ的代码至内存(CPU(运算器)+ 内存 + 硬盘)
5.计算机在内存中运行QQ的代码(内存)
6.如果此时从好友接收一个文件并下载,该文件将会永久保存在硬盘中(硬盘)
7.关闭QQ是CPU向内存发出关闭QQ的指令,内存关闭QQ并清理内存中的QQ代码(内存)
转载于:https://www.cnblogs.com/itboy-newking/p/10879303.html
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