電腦概論簡單總結

標籤：電腦硬體   complex   導航系統   路由器   處理器   

1，電腦硬體五大單元：

     包括輸入單元，輸出單元，cpu內部的控制單元，算邏單元，和主儲存空間；

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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，每個指令的已耗用時間都很短，完成的動作也很單純，指令執行效能較佳；      但是若要做複雜的事情，就要由多個指令來完成。

 常見的 RISC 微指令集 CPU：

    昇陽(Sun)SPARC系列：SPARC 架構的電腦常用於學術領域的大型工作站中，包括銀行金融體系                  的主伺服器也都有這類的電腦架構
    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、網路裝置(交換器、路由器等)等幾乎都是使用ARM架構           的CPU 

 b),複雜指令集(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體操作， 指令數目多而且複雜，每     條指令的長度並不相同。因為指令執行較為複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

     由於AMD、Intel、VIA所開發出來的x86架構CPU被大量使用於個人電腦(Personal computer)    用途上面， 因此，個人電腦常被稱為x86架構的電腦

     在2003年以前由Intel所開發的x86架構CPU由8位升級到16、32位，後來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位的個人電腦CPU又被統稱為x86_64的架構

     不同的x86架構的CPU差異主要在於微指令集的不同

3，介面裝置：

   最重要的介面裝置是主板 

   其他重要的裝置還有： 

   儲存裝置：儲存裝置包括硬碟、磁碟片、光碟片、磁帶等等； 

   顯示裝置：

   網路裝置：

4，運作流程：

   CPU=腦袋瓜

   主儲存空間=腦袋中的記錄區塊

   硬碟=腦袋中的記憶區塊

   主板=神經系統

   各項介面裝置=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，電腦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   

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  一般來說，

  檔案容量使用的是二進位的方式，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位，    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

   在網路傳輸方面，由於網路使用的是 bit 為單位，

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

 

6個人電腦架構與介面裝置:

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                 Intel晶片架構

   

 主板上面最重要的晶片集通常又分為兩個橋接器來控制各 組件的溝通，分別是：

 (1)北橋：負責連結速度較快的CPU、主儲存空間與顯示適配器等組件；

 (2)南橋： 負責連線速度較慢的周邊介面， 包括硬碟、USB、網路卡等

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             AMD晶片架構 

  與Intel不同的地方在於主儲存空間是直接與CPU溝通而不透過北橋

  AMD為了加速這兩者的溝通，所以將記憶體控制組件整合 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與外部組件進行資料轉送時的速度  

   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：

   北橋的匯流排稱為系統匯流排，因為是記憶體傳輸的主要通道，所以速度較快。 

   南橋就是所謂的輸入輸出(I/O) 匯流排，主要在聯絡硬碟、USB、網路卡等介面裝置。 

   

   北橋支援的頻率我們稱為前端匯流排速度(Front Side Bus, FSB)

   每次傳送的位元則是匯流排寬度

   所謂的匯流排頻寬則是：

   『FSBx匯流排寬度』亦即每秒鐘可傳送的最大資料量。 目前常見的匯流排寬度有32/64位(bits)。 

   CPU每次能夠處理的資料量稱為字組大小(word size)， 

   （電腦是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)年代之後的32位CPU 就稱為i686等級

  至於目前的64位CPU則統稱為x86_64等級

9，記憶體：

   個人電腦的主儲存空間主要組件為動態隨機存取記憶體(Dynamic Random Access Memory, DRAM)，    隨機存取記憶體只有在通電時才能記錄與使用，斷電後資料就消失了。

   因此我們也稱這種RAM為揮發性記憶體。 

 

   雙通道設計：

   由於所有的資料都必須要存放在主儲存空間，所以主儲存空間的資料寬度當然是越大越好。 但傳統的匯流排 寬度一般大約僅達64位，為了要加大這個寬度，因此晶片集廠商就將兩個主儲存空間彙整在一起， 如果 一支記憶體可達64位，兩支記憶體就可以達到128位了，這就是雙通道的設計理念

  

   CPU頻率與主儲存空間的關係：

   理論上，CPU與主儲存空間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(緩衝)：

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  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記憶體(Static Random Access Memory, SRAM)的幫忙了

  

  唯讀記憶體(ROM) 

  BIOS(Basic Input Output System)程式是寫死到主板上面的一個記憶體晶片中，這個記憶體晶片在沒有通電時也能夠將資料記錄下來，那就是唯讀記憶體(Read Only Memory, ROM)ROM是一種非揮發性的記憶體

  韌體(firmware)很多也是使用ROM來進行軟體的寫入的。韌體像軟體一樣也是一個被電腦所執行的程式，然而他是對於硬體內部而言更加重要的部分。例如BIOS就是一個韌體，

   現在的 BIOS 通常是寫入類似快閃記憶體 (flash) 或 EEPROM （因為需要更新）

10，顯示適配器VGA(Video Graphics Array)：

  一般 對於圖形影像的顯示重點在於解析度與色彩深度，因為每個映像顯示的顏色會佔用掉記憶體， 因此顯示 適配器上面會有一個記憶體的容量，這個顯示適配器記憶體容量將會影響到最終你的螢幕解析度與色彩深度 

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

 顯示適配器主要也是透過北橋晶片與CPU、主儲存空間等溝通::

11，PCI適配卡：

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

 有相當多的組件是使用PCI介面作為傳輸的， 例如網路卡、音效卡、特殊功能卡等等。（現在不是）

12，主板：

 裝置I/O地址與IRQ中斷通道：

 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串連到郵件中心(CPU)的專門路徑 各裝置可以透過IRQ中斷通道來告知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、各項裝置的I/O地址與IRQ等

 BIOS為寫入到主板上某一塊 flash 或 EEPROM 的程式，他可以在開機的時候執行，以載入CMOS當中的參數， 並嘗試呼叫儲存裝置中的開機程式， 進一步進入作業系統當中。BIOS程式也可以修改CMOS中的資料

13，作業系統（Operating System, OS）：

  重點在於管理電腦的所有活動以 及驅動系統中的所有硬體

  

  作業系統核心(Kernel)：

   作業系統的功能就是讓 CPU可以開始判斷邏輯與運算數值、 讓主儲存空間可以開始載入/讀出資料與程式碼、讓硬碟可以開始被存取、讓網路卡可以開始傳輸資料、 讓所有周邊可以開始運轉等等。總之，硬體的所有動作都必須 要透過這個作業系統來達成就是了。 

上述的功能就是作業系統的核心(Kernel)

 只有核心有提供的功能，你的電腦系統才能幫你完成  核心主要在管控硬體與提供相關的能力

 

  系統呼叫(System Call)：

  作業系統提供一整組的開發介面 

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            作業系統的角色 

    （作業系統其實就是核心與其提供的介面工具）

 作業系統的核心層直接參考硬體規格寫成，所以同個作業系統程式不能夠在不一樣的硬體架構下運作

 

 作業系統只是在管理整個硬體資源，包括CPU、記憶體、輸入輸出裝置及檔案系統檔案

 

 應用程式的開發都是參考作業系統提供的開發介面，所以該應用程式只能在該作業系統上面運作而已，不可以在其他動作系統上面運作的

  核心功能：

   系統呼叫介面(System call interface) 

   程式管理(Process control) 

   記憶體管理(Memory management)  

   檔案系統管理(Filesystem management) 

   裝置的驅動(Device drivers）

  作業系統與驅動程式 

  x 作業系統必須要能夠驅動硬體，如此應用程式才能夠使用該硬體功能；

   x 一般來說，作業系統會提供開發介面，讓開發商製作他們的驅動程式；

   x 要使用新硬體功能，必須要安裝廠商提供的驅動程式才行；

   x 驅動程式是由廠商提供的，與作業系統開發人員無

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