第十七篇 计算机组成原理
第十七篇 計算機組成原理
1、組成計算機的五大硬件
（1）計算機的硬件
- 組成計算機有五大組成部分：控制器、運算器、存儲器、輸入設備和輸出設備。其中控制器和運算器組成了計算機的中央處理器（CPU）
（2）CPU
- CPU相當于計算機的大腦或者說是指揮系統，控制著整個機器的運轉，（==控制硬件==）
- CPU除了控制和指揮，它也在無時無刻的進行計算，主要進行==邏輯運算==（判斷）和==算術運算==（計算求值）
（3）內存（主存）
- 計算機中存儲器分為內存和外存。但是無論是內存還是外存，它們的存儲數據的格式都是由1和0組成，即高低電壓
- 計算機中一個存儲單位是一個字節，即1Bytes，1Bytes = 8bit，8bit表示8個二進制數
內存的作用：內存是計算機內==臨時存儲數據==的硬件設備。由于內存讀取數據速度較快，CPU下達的指令會直接傳輸給內存，即CPU會與內存直接交互。常見的內存有內存條
內存的優點：存取速度較快
內存的缺點：
- 1、容量小；
- 2、斷電即消失（由于內存是基于電來存儲數據的，因此當斷電時數據會馬上消失，即數據丟失）
（4）外存
- 外存的作用：外存是計算機==永久存儲數據==的硬件設備。由于外存容量大，所以外存主要用于存儲軟件、操作系統等占用空間大的數據
外存的作用流程：當我們需要使用外存上的某個軟件時，CPU下達的指令需要傳輸給內存后，內存再從外存中讀取軟件的信息。即CPU不與外存直接交互。常見的外存有磁帶、磁盤和U盤等
- 外存的優點：
- 1、容量大
- 2、可以永久存儲數據
外存的缺點：存取速度慢
（5）輸入設備
- 計算機中用于==輸入信息==（文字、圖片、視頻、軟件程序等等）的硬件設備
- 常見的輸入設備：鍵盤、鼠標、觸摸屏、掃描儀、光電筆等等
（6）輸出設備
- 計算機中用于==輸出信息==的硬件設備
- 常見的輸出設備：顯示器、打印機、繪圖儀......
（7）U盤：特殊存在，被稱為IO設備。I（input）：輸入，O（output）：輸出
2、多核CPU
- 多核相當于計算機有多個大腦，可以同時控制多個事件的處理，比如常常聽說的4核CPU電腦，表示它可以同時干四件事
- X86-64：X86是CPU的一種型號，64位表示CPU每次能讀取64位二進制數的數據，即2^64^ Bytes。X86-32：表示CPU每次能讀取32位的二進制數的數據，即2^32^ Bytes
- 64位的電腦能夠下載32位的軟件，而32位的電腦如果下載64位的軟件會丟失數據
3、硬盤的工作原理
（1）機械硬盤（HDD）
- 機械硬盤主要由機械手臂、磁道和扇區組成
- 機械手臂：機械硬盤是通過機械手臂讀取數據的，機械手臂的末端是磁頭
- 磁道：磁道是機械硬盤上的磁面中的一個一個圈，磁道用于存儲數據
- 扇區：扇區的最小單位通常位512KB（也有每個扇區為4096Bytes大小的磁盤）。為了減小IO操作，機械硬盤也會將==多個相鄰的扇區==組合在一起，==形成一個塊==，這個塊即是我們在Windows系統中==常見的C、D分區==
- “平均尋道時間”：由于數據存放在磁道上，因此機械手臂需要讀取數據首先要找到磁道，這就需要很快的速度來達到很短的時間，受限于工業水平的限制，目前機械手臂找到磁道的時間為5ms，這個時間被稱為平均尋道時間
- “平均延遲時間”：機械手臂尋道之后，需要尋找想要的數據，由于數據的位置是不確定的，而目前的機械硬盤尋找數據會從硬盤的頭部開始一直掃描到尾部，這就會有一個延遲時間。以7200 r/min 的硬盤為例，如果碰巧在硬盤頭部找到數據，時間約為0ms，如果目標數據在硬盤尾部，時間則約為8.3ms，因此我們取平均值 4.15ms 作為機械手臂在磁道找到數據的時間，這個時間被稱為平均延遲時間
- 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)
- 我們可以知道：機械硬盤找到數據的時間等于平均尋道時間與平均延遲時間的和
（2）固態硬盤（SSD）
- SSD是由電驅動的，它的內部組成是：主控--閃存--固件算法。SSD中的數據是以電荷的方式存儲在每個NAND存儲單位元內
4、總線
- 總線：用于串連起計算機中的所有硬件設備
5、ROM和CMOS
- ROM存儲器：ROM是只讀存儲器（不可寫），它在工廠中就被編程完畢，之后再也不能被修改（可以重刷BIOS）。它一般會存放BIOS（Basic input output system)程序，該程序一般用于啟動計算機，或者用于處理底層設備的控制
- CMOS存儲器（CMOS RAM，主存，直接與CPU交換數據的內存）：CMOS存儲器由一塊電腦內置的電池驅動供電，它一般用來保持當前時間和日期的更新，也就是說，即是計算機沒電，時間也會持續更新，同時它也可以存儲啟動磁盤的路徑（裝機的時候一般會告訴計算機操作系統在計算機中的位置，如 C:/ ）
6、啟動計算機的流程
1.計算機開啟電源
2.BIOS開始運行，檢測硬件：CPU、內存、硬盤燈
3.BIOS讀取CMOS存儲器中的參數，選擇啟動設備等
4.從啟動設備上讀取第一個扇區的內容
5.根據分區信息讀入bootloader啟動裝載模塊，啟動操作系統
6.操作系統詢問BIOS，獲得配置信息。對于每種設備，系統會檢查其設備驅動是否存在，如果沒有，系統則會要求用戶安裝設備驅動程序，一旦有了全部的設備驅動程序，操作系統則會將它們調入內核，然后初始有關的表格（如 進程表）
- 總結：1.讀取ROM芯片中的BIOS系統（充當臨時的操作系統）；2.BIOS找到CMOS中存儲操作系統的路徑以及硬件自檢程序；3.操作系統啟動，操作系統接管電腦
7、QQ軟件的運行
1.雙擊QQ圖標，CPU先向內存發出讀取QQ的指令（CPU --> 內存）
2.內存通過QQ圖標所鏈接的地址從硬盤中取出 “運行QQ” 的指令 （內存 -- 硬盤（”運行QQ“））
3.CPU中的控制器分析“運行QQ”的指令并告知運算器，運算器開始工作（內存("運行QQ") -- CPU（控制器-->運算器））
4.運算器進行一系列的算術運算和邏輯運算打開QQ，并從硬盤中讀取QQ的代碼至內存（CPU（運算器）+ 內存 + 硬盤）
5.計算機在內存中運行QQ的代碼（內存）
6.如果此時從好友接收一個文件并下載，該文件將會永久保存在硬盤中（硬盤）
7.關閉QQ是CPU向內存發出關閉QQ的指令，內存關閉QQ并清理內存中的QQ代碼（內存）
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的第十七篇 计算机组成原理的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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