2.计算机硬件系统

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计算机组成简述

硬件基本指标

显示器

颜色质量

响应时间(ms)

分辨率

显卡

处理核心数

显存容量(GB)

芯片位宽(bit)

冷却系统

机箱

风冷

水冷

电源

功率（W）

硬盘、光盘等外存储

读写速度（MBps）

容量（GB）

内存（RAM）

存取速度（MHZ）

存储容量（GB）

主板

BIOS(ROM)

BIOS（Basic Input Output System）是被固化在主板ROM芯片内的程序。通常开机时按del可以进入。能够识别各种硬件，设置启动规则等等。

板载功能

总线

总线（BUS）是计算机内各部件传输数据的通道。总线可分为串行总线和并行总线。前者将数据通过一根数据线逐步发送，典型如PS/2，USB；并行总线的数据线有很多根，一次可发送多个二进制数，典型如PCI。需要说明的是，并行总线虽然看起来比串行快，但是它要求总线内传输的数据在一个总线时钟周期内必须位于相同时间，对于不同设备来说要求过高。因此只能连接很少的设备（如显卡和CPU）。串行总线在高频下工作反而更好。

总线带宽(MBps)

总线带宽=工作频率*总线位宽*一个时钟频率内传输次数/8

工作频率（hz）

总线位宽（bit）

多核多线程

cache容量(KB)

cache高速缓存存储器是位于CPU和内存之间的存储器，运行频率通常与CPU持平。根据程序运行的局部性原理（同一时间段内执行的程序通常集中于内存的某一区域），使用cache缓存这些经常执行的数据，将大大提高运行效率。
CPU的cache命中率（即所执行的程序在cache内的百分比）越高越好。

主频(HZ )

指CPU的工作频率，单位HZ。

字长（bit）

CPU中一次处理的一串二进制数的长度成为一个字。字的长度为“位”，即二进制数的位数。
（通常一个字就是一个指令的位数，也是通用寄存器的位数）。
CPU，从8位发展到16位、32位，现在主流的是64位CPU。这里的位指的就是字长。

计算机工作的基本原理

冯诺依曼体系结构，相对于早期计算机的最大优势，是提出了使用程序来控制计算过程，并且程序本身也存放在计算机的内存中。

程序是针对特定任务的计算机命令集合。计算机工作的过程，是执行程序的过程。从计算机内存中读取程序，按照程序的顺序一步一步地取指令，自动执行指令，完成整个操作。

流水线和多核技术

多核处理器：程序最小调度单位是线程（操作系统），每个核心处理一个线程，从而提高整个程序的运行效率

流水线：将CPU中的取指单元、分析单元、执行单元分开，同时执行任务

计算机工作过程

执行指令

让CPU内的运算器按照指令工作，将结果返回结果寄存器

分析指令

对寄存器中的指令进行分析，通过存有指令集的译码器将操作码翻译为电位信号

取指令

：按程序计数器的地址或上一条指令给出的地址码，取从内存中指令，并送往CPU内的寄存器

计算机指令系统（机器语言）

地址码：给出操作对象或下一条指令的内存地址

操作码：给出本条指令的具体功能。

操作码的功能通过指令集实现。指令集是预装在CPU内，描述了该CPU能执行的全部逻辑功能。不同系列的CPU的指令集通常不同。指令集的指令种类包括：算数运算、逻辑运算、数据传送、判定和控制，输入输出等等

这就是为什么一些运行在老游戏机的游戏（尤其是早期直接通过汇编语言编译的游戏），不能直接运行在现代计算机上的主要原因。这种时候就需要模拟器、虚拟机来模拟过去CPU的操作。

程序是针对特定任务的计算机指令集合。 计算机工作的过程，是执行程序的过程。 从计算机内存中读取程序，按照程序的顺 序取指令，自动执行指令，完成整个操作。

冯诺依曼体系架构

冯诺依曼体系结构计算机，是现在的主流模式。

CPU包括计算器，控制器和寄存器。寄存器是跟CPU运算速度一样快的存储元件，容量非常小但速度非常快。

计算机体系结构的组成

软件系统

应用软件

专用软件：游戏软件、测控类软件、信息管理系统等

通用应用软件：办公软件、数据库管理系统、计算机辅助设计、反病毒软件

系统软件

实用程序：诊断程序，排错程序...

程序设计语言及其运行环境： C++编译器， java虚拟机...

操作系统：windows, Linux, Mac OS ...

硬件系统

外部设备

输出设备：显示器、打印机、绘图仪、音响、3D打印机...

输入设备：键盘、鼠标、触摸屏、手写板、扫描仪...

外存：固态硬盘，磁盘，光盘...

主机

内存

高速缓冲存储器Cache

随机存储器RAM

存取速度快，掉电后数据不能保存

只读存储器ROM

数据只读不写（要写也行但是比较麻烦），掉电后数据不会消失

CPU

寄存器

运算器

控制器