1. 中央處理器CPU

• CPU由控制器、運算器和寄存器組成

• CPU的主要作用是管理和運算，可以指定硬盤等硬件來工作
• CPU從內存中取指、解碼（翻譯成二進制）、執行（交給相應硬件執行），周而復始，直至程序執行完成

1. 控制器

• 控制器從存儲器中取出指令（比如從內存或磁盤中取出指令）

• 然後將指令交給運算器運算，將運算結果翻譯成二進制

• 最後交給主板上的各個硬件，控制各個組件根據指令協調工作

  2. 運算器

  • 運算器的作用是進行算數運算和邏輯運算

• 運算指令，解釋翻譯，交給硬件運行

  3. 寄存器

  • 寄存器是和CPU速度相近的設備，集成在CPU上，預先從內存中調入少量的數據到寄存器，高速暫存指令、數據和地址，提高CPU的執行效率

• 但是不能作為存儲的主力

4. CPU的分類

• CPU分為指令集分為精簡指令集和復制指令集

• 所有的軟件最後都要轉換成CPU的指令集去執行，不同的CPU支持的指令集不同
• CPU有什麽指令集，就可以做什麽事情

X86_64的含義:

• X86：表示CPU的架構型號，屬於復雜指令集

• 64位：表示CPU每次從內存中，取出64bit的數據量

2. 存儲器

• 存儲器的作用是存、取數據

存儲器的分類

• 內存儲：臨時存儲，存取速度快，一般指內存

• 外存儲：永久存儲，存取速度慢，一般指磁盤

存儲器的速度：

• 寄存器 > 高速緩存 > 內存 > 磁盤

• 高速緩存，在CPU和內存之間，為了提升速度
• 寄存器即L1緩存；高速緩存即L2緩存

RAM

• RAM（隨機訪問存儲），一般指內存，特點是可讀可寫

• 易失性存儲，斷電後數據丟失

ROM

• ROM（非易失性隨機訪問存儲），一般出廠就編寫完成，特點是只能讀，不可修改，斷電不丟失

• BIOS（Basic Input/Output System）就存放在ROM中
• BIOS就是一個基本的操作系統，操作系統本質是控制硬件

CMOS

• CMOS（易失性存儲），斷電後數據丟失，因此需要電池驅動

• 用於存儲日期、存儲BIOS的配置參數，比如BIOS的啟動項等

計算機的啟動過程

• 通電開機

• BIOS開機自檢，檢查CPU、內存、硬盤等
• BIOS讀取CMOS存儲的BIOS參數，根據啟動項，選擇啟動設備
• 從啟動設備上MBR引導，讀取第一個扇區的內容，（MBR主引導記錄512字節，前446為引導信息，後64為分區信息，最後兩個為標誌位），啟動操作系統
• 開機後BIOS可能會檢查硬件驅動

3. 磁盤

• 數據是以二進制的形式（0和1），存放在磁盤的磁道上

平均尋道時間

• 大概為5ms，即機械手臂尋找數據的平均時間，受限於工業水平，目前固定

平均延遲時間

• 目前唯一能提高的是轉速，以7200轉/分鐘為例，轉一圈為8ms，平均為4ms

說明：

• 因此，對於一個磁盤來說，總時間=平均尋道時間+平均延遲時間=5ms+4ms=9ms
• 磁盤的速度就受限於平均尋道時間和平均延遲時間
• 磁盤往內存存放數據的時間，大概也為9ms

擴展：

• 分區：柱面和柱面之間的空間就是分區的大小
• 扇區：扇區是磁盤的最小單位，一個扇區的大小512字節，表示磁盤一次可以寫512字節
• 512字節的作用是，減少尋道時間，減少IO
• 往磁盤中寫數據，也是先寫到內存，再寫到磁盤，比如兩個磁盤對拷貝數據，先是程序將數據調到內存，再寫入磁盤?

程序的運行過程

• 程序先存放在磁盤上，運行程序時，程序會加載到內存中

• CPU從內存中取數據，CPU運行完程序後，內存會釋放掉程序

二進制

• 計算機以二進制的方式工作，使用0和1來表示低電壓和高電壓

• 0或1也稱為一個二進制位，即bit（比特），bit是計算機的最小單位
• 8bit=1Bytes（字節）；1024Bytes=1KB

計算機硬件基礎