計算機概論簡單總結

1，計算機硬件五大單元：

     包括輸入單元，輸出單元，cpu內部的控制單元，算邏單元，和主存儲器；

2，CPU的種類：

 a),精簡指令集(Reduced Instruction Set Computer, RISC)：

 特點：

   微指令集較為精簡，每個指令的運行時間都很短，完成的動作也很單純，指令執行效能較佳；      但是若要做復雜的事情，就要由多個指令來完成。

 常見的 RISC 微指令集 CPU：

    升陽(Sun)SPARC系列：SPARC 架構的計算機常用于學術領域的大型工作站中，包括銀行金融體系                  的主服務器也都有這類的計算機架構
    IBM的PowerPC系列：例如新力(Sony)公司出產的 Play Station3(PS3)就是使用 PowerPC 架構的                 Cell 處理器

    ARM系列：各廠牌手機、 PDA、導航系統、網絡設備(交換器、路由器等)等幾乎都是使用ARM架構           的CPU 

 b),復雜指令集(Complex Instruction Set Computer, CISC)：

 特點：

      CISC 在微指令集的每個小指令可以執行一些較低階的硬件操作， 指令數目多而且復雜，每     條指令的長度并不相同。因為指令執行較為復雜所以每條指令花費的時間較長，但每條個別指令     可以處理的工作較為豐富。

 常見CISC微指令集CPU:

     主要由AMD、IntelVIA所開發出來的x86架構CPU

     由于AMD、Intel、VIA所開發出來的x86架構CPU被大量使用于個人計算機(Personal computer)    用途上面， 因此，個人計算機常被稱為x86架構的計算機

     在2003年以前由Intel所開發的x86架構CPU由8位升級到16、32位，后來AMD依此架構修改新一    代的CPU為64位， 為了區別兩者的差異，因此64位的個人計算機CPU又被統稱為x86_64的架構

     不同的x86架構的CPU差異主要在于微指令集的不同

3，接口設備：

   最重要的接口設備是主板 

   其他重要的設備還有： 

   儲存裝置：儲存裝置包括硬盤、軟盤、光盤、磁帶等等； 

   顯示設備：

   網絡裝置：

4，運作流程：

   CPU=腦袋瓜

   主存儲器=腦袋中的記錄區塊

   硬盤=腦袋中的記憶區塊

   主板=神經系統

   各項接口設備=人體與外界溝通的手、腳、皮膚、眼睛等

   顯示適配器=腦袋中的影像

   電源供應器 (Power)=心臟

5，計算機上面常用的計算單位 (容量、速度等) ：

   a)容量單位:

   0/1 的單位我們稱為 bit  1 Byte = 8 bits   

  一般來說，

  檔案容量使用的是二進制的方式，所以 1 GBytes 的檔案大小實際上為：1024x1024x1024 Bytes

  速度單位則常使用十進制，    例如 1GHz 就是 1000x1000x1000 Hz 的意思

  b）速度單位：

   CPU的指令周期常使用 MHz 或者是 GHz 之類的單位，這個 Hz 其實就是秒分之一

   在網絡傳輸方面，由于網絡使用的是 bit 為單位，

              因此網絡常使用的單位為 Mbps 是 Mbits per second，亦即是每秒多少Mbit

6個人計算機架構與接口設備:

                 Intel芯片架構

 主板上面最重要的芯片組通常又分為兩個網橋來控制各 組件的溝通，分別是：

 (1)北橋：負責鏈接速度較快的CPU、主存儲器與顯示適配器等組件；

 (2)南橋： 負責連接速度較慢的周邊接口， 包括硬盤、USB、網絡卡等

             AMD芯片架構 

  與Intel不同的地方在于主存儲器是直接與CPU溝通而不透過北橋

  AMD為了加速這兩者的溝通，所以將內存控制組件整合 到CPU當中（intel與amd的主要差異）

7,CPU:

  CPU的『外頻』與『倍頻』：

   所謂的外頻指的是CPU與外部組件進行數據傳輸時的速度  

   倍頻則是 CPU 內部用來加速工作效能的一 個倍數， 兩者相乘才是CPU的頻率速度

   所謂的超頻指的是： 

   將CPU的倍頻或者是 外頻透過主板的設定功能更改成較高頻率的一種方式。但因為CPU的倍頻通常    在出廠時已經被鎖定而無法修改，因此較常被超頻的為外頻。

 32位與64位：

   北橋的總線稱為系統總線，因為是內存傳輸的主要信道，所以速度較快。 

   南橋就是所謂的輸入輸出(I/O) 總線，主要在聯系硬盤、USB、網絡卡等接口設備。 

   北橋支持的頻率我們稱為前端總線速度(Front Side Bus, FSB)

   每次傳送的位數則是總線寬度

   所謂的總線帶寬則是：

   『FSBx總線寬度』亦即每秒鐘可傳送的最大數據量。 目前常見的總線寬度有32/64位(bits)。 

   CPU每次能夠處理的數據量稱為字組大小(word size)， 

   （計算機是32或64位主要是依據這個CPU解析的字組大小而來）

8，CPU等級：

  在Intel Pentium MMX與 AMD K6年代的CPU稱為i586等級

   在Intel Celeron與AMD Athlon(K7)年代之后的32位CPU 就稱為i686等級

  至于目前的64位CPU則統稱為x86_64等級

9，內存：

   個人計算機的主存儲器主要組件為動態隨機存取內存(Dynamic Random Access Memory, DRAM)，    隨機存取內存只有在通電時才能記錄與使用，斷電后數據就消失了。

   因此我們也稱這種RAM為揮發性內存。 

   雙通道設計：

   由于所有的數據都必須要存放在主存儲器，所以主存儲器的數據寬度當然是越大越好。 但傳統的總線 寬度一般大約僅達64位，為了要加大這個寬度，因此芯片組廠商就將兩個主存儲器匯整在一起， 如果 一支內存可達64位，兩支內存就可以達到128位了，這就是雙通道的設計理念

   CPU頻率與主存儲器的關系：

   理論上，CPU與主存儲器的外頻應該要相同才好。因為技術方面的提升，因此這兩者的頻率速 度不會相同， 但外頻則應該是一致的較佳

   DRAM與SRAM(緩存)：

  因為第二層快取(L2 cache)整合到CPU內部，使用 DRAM是無法達到這個頻率速度的，此時就需要靜態隨機存取內存(Static Random Access Memory, SRAM)的幫忙了

  只讀存儲器(ROM) 

  BIOS(Basic Input Output System)程序是寫死到主板上面的一個內存芯片中，這個內存芯片在沒有通電時也能夠將數據記錄下來，那就是只讀存儲器(Read Only Memory, ROM)ROM是一種非揮發性的內存

  韌體(firmware)很多也是使用ROM來進行軟件的寫入的。韌體像軟件一樣也是一個被計算機所執行的程序，然而他是對于硬件內部而言更加重要的部分。例如BIOS就是一個韌體，

   現在的 BIOS 通常是寫入類似閃存 (flash) 或 EEPROM （因為需要更新）

10，顯示適配器VGA(Video Graphics Array)：

  一般 對于圖形影像的顯示重點在于分辨率與顏色深度，因為每個圖像顯示的顏色會占用掉內存， 因此顯示 適配器上面會有一個內存的容量，這個顯示適配器內存容量將會影響到最終你的屏幕分辨率與顏色深度 

 顯示適配器廠商直接在顯示適配器上 面嵌入一個3D加速的芯片，這就是所謂的GPU（3D運算）

 顯示適配器主要也是透過北橋芯片與CPU、主存儲器等溝通::

11，PCI適配卡：

 PCI插槽通常會提供多個給使用者，如果用戶有額外需要的功能卡， 就能夠安插在這種PCI界面插槽上

 有相當多的組件是使用PCI接口作為傳輸的， 例如網絡卡、聲卡、特殊功能卡等等。（現在不是）

12，主板：

 設備I/O地址與IRQ中斷信道：

 I/O地址有點類似每個裝置的門牌號碼，每個裝置都有他自己的地址 

 IRQ就可以想成是各個門牌連接到郵件中心(CPU)的專門路徑 各裝置可以透過IRQ中斷信道來告知CPU該裝置的工作情況 

 CMOS與BIOS：

 CMOS主要的功能為 記錄主板上面的重要參數， 包括系統時間、CPU電壓與頻率、各項設備的I/O地址與IRQ等

 BIOS為寫入到主板上某一塊 flash 或 EEPROM 的程序，他可以在開機的時候執行，以加載CMOS當中的參數， 并嘗試呼叫儲存裝置中的開機程序， 進一步進入操作系統當中。BIOS程序也可以修改CMOS中的數據

13，操作系統（Operating System, OS）：

  重點在于管理計算機的所有活動以 及驅動系統中的所有硬件

  操作系統核心(Kernel)：

   操作系統的功能就是讓 CPU可以開始判斷邏輯與運算數值、 讓主存儲器可以開始加載/讀出數據與程序代碼、讓硬盤可以開始被存取、讓網絡卡可以開始傳輸數據、 讓所有周邊可以開始運轉等等。總之，硬件的所有動作都必須 要透過這個操作系統來達成就是了。 

上述的功能就是操作系統的核心(Kernel)

 只有核心有提供的功能，你的計算機系統才能幫你完成  核心主要在管控硬件與提供相關的能力

  系統呼叫(System Call)：

  操作系統提供一整組的開發接口 

            操作系統的角色 

    （操作系統其實就是核心與其提供的接口工具）

 操作系統的核心層直接參考硬件規格寫成，所以同個操作系統程序不能夠在不一樣的硬件架構下運作

 操作系統只是在管理整個硬件資源，包括CPU、內存、輸入輸出裝置及文件系統文件

 應用程序的開發都是參考操作系統提供的開發接口，所以該應用程序只能在該操作系統上面運作而已，不可以在其他操作系統上面運作的

  核心功能：

   系統呼叫接口(System call interface) 

   程序管理(Process control) 

   內存管理(Memory management)  

   文件系統管理(Filesystem management) 

   裝置的驅動(Device drivers）

  操作系統與驅動程序 

  x 操作系統必須要能夠驅動硬件，如此應用程序才能夠使用該硬件功能；

   x 一般來說，操作系統會提供開發接口，讓開發商制作他們的驅動程序；

   x 要使用新硬件功能，必須要安裝廠商提供的驅動程序才行；

   x 驅動程序是由廠商提供的，與操作系統開發者無