計算機概論

2021-09-19 23:20:27 字數 3773 閱讀 3077

所謂的計算機就是一種計算器。而計算器其實是:接受使用者輸入指令與資料,經由**處理器的數學與邏輯單元運算處理後,以產生或儲存成有用的資訊。

計算機的硬體組成可分為三部分:

1.輸入單元:包括鍵盤、滑鼠、卡片閱讀機、掃瞄器、手寫板、觸控螢幕等等一堆。

2.主機部分:這個就是系統單元,被主機機殼保護住了,裡面含有一堆板子、cpu與主儲存器等。

3.輸出單元:例如螢幕、印表機等等。

整部主機的重點在於**處理器。cpu為乙個具有特定功能的晶元,裡頭含有微指令集。

由於cpu的主要工作在於運算管理,因此在cpu內又可分為兩個主要的單元:算數邏輯單元控制單元

其中,算數邏輯單元主要負責程式運算與邏輯判斷。

控制單元主要協調各周邊元件與各單元間的工作。

note:

cpu的重點是進行運算與判斷,那麼要運算與判斷的資料是從**來的?

cpu讀取的資料都是從主儲存器(記憶體)來的。

主儲存器內的資料都是從輸入單元所傳輸進來的。

而cpu處理完畢的資料也必須先寫回主儲存器中,最後資料才從主儲存器傳輸到輸出單元。

因此:我們常說,要加快系統效能,通常將記憶體容量加大就可以獲得相當好的效果。

因為所有的資料都經過主儲存器(記憶體)的傳輸,所以記憶體的容量如果太小,資料快取就不足。

綜合上面所說,計算機的五大單元就被分為:

輸入單元、輸出單元、cpu內的算數邏輯單元、控制單元與主儲存器。如下圖:

上圖的系統單元指的就是計算機機殼內的主要元件。而重點在於cpu與主儲存器。

特別要看的是實線的傳輸方向,基本上資料都是流經過主儲存器再轉出去的。

至於資料流進/流出記憶體則是cpu所發布的控制命令!

而cpu實際要處理的資料則完全來自於主儲存器。

由上圖也可知道,所有的單元都是由cpu內部的控制單元來負責協調的。

因此,cpu是整個計算機系統最重要的部分。

cpu內部含有一些微指令。我們所使用的軟體都要經過cpu內部的微指令集來達成。

這些指令集的設計又被分為兩種設計理念,也是目前常見的兩種主要cpu架構,分別是:

精簡指令集(risc) 與複雜指令集(cisc) 系統。

這種cpu的設計,微指令集較為精簡,每個指令的執行時間都很短,完成的動作也很單純,指令的執行效能較佳。

若要做複雜的事情,就要由多個指令來完成。

與 risc 不同,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,指令數目多且複雜,每條指令的長度並不相同。指令執行較為複雜所以每條指令花費時間較長。

tip:

32位cpu,64位cpu,所謂的位指的是cpu一次資料讀取的最大量。

64位cpu代表cpu一次可以讀寫64bits這麼多的資料。

32位cpu則是cpu一次只能讀取32bits的意思。

因為cpu讀取資料量的限制,因此能夠從記憶體中讀寫的資料也就有所限制。

五大單元中的控制、算術邏輯被整合到cpu封裝中。

其它三個重要的計算機單元通過主機板(main board)連線在一塊。

主機板上面有個連線溝通所有裝置的晶元組,這個晶元組可以將所有單元的裝置連線起來,好讓cpu可以對這些裝置下達命令。

其他重要的單元:

1.系統單元

見上圖。系統單元還包括cpu與記憶體及主機板相關元件。而主機板上頭還有很多的連線介面與相關的適配卡。(各項介面裝置)

2.記憶單元

包括主儲存器(main memory,ram) 與 輔助記憶體。

其中輔助記憶體就是常說的儲存裝置,包括硬碟,軟盤,光碟,磁帶等等。

3.輸入、輸出單元

計算機的運算能力除了cpu微指令集設計的優劣之外,但主要還是由速度來決定的。

而存放在計算機儲存裝置當中的資料容量也是有單位的。

一般來說,

檔案容量使用的是二進位制的方式。所以 1g bytes 實際大小是 : 1024 x 1024 x 1024 bytes

例:乙個500gb的硬碟,格式化完畢後只剩下466gb左右的容量。

解釋:一般硬碟製造商使用十進位制的單位。

所以,500gbyte代表為 500 x 1000 x 1000 x 1000bytes的意思。

轉換成檔案容量單位時,使用二進位制。(1024為底)

所以只有466gb左右的容量了。

計算過程為:

500 x 1000 x 1000 x 1000bytes 除以 (1024 x 1024 x 1024) = 466gb

對於硬碟來說,最小的組成單位為扇區(sector),通常硬碟容量的計算採用【多少個sector】,所以才會使用十進位制來處理。

比如500gbyte,總計有976562500個扇區,乘以扇區大小512bytes,總共500gbytes。

速度單位使用十進位制。例如 1ghz 就是 1000 x 1000 x 1000hz 的意思。

cpu的指令週期常使用 mhz 或 ghz 的單位, 這個 hz 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。

mbps=mbit/s即兆位元每秒(1,000,000bit/s)

mb/s的含義是兆位元組每秒,指每秒傳輸的位元組數量(大寫b代表byte)

換算:1mbps=1,000,000位元/秒=125,000位元組/秒≈0.119mb/s

注意的是,乙個使用兆位元每秒,這個值是用十進位制換算。而當用到兆位元組每秒的時候,是用二進位制的。

個人感覺可以把值全部換算到bit,在根據對應的進製換算就行了。

如下圖:

主機板上面有個連線溝通所有裝置的晶元組,這個晶元組可以將所有單元的裝置連線起來。因此這個晶元組設計的優劣,就會影響效能。

早期的晶元組通常分為兩個網橋來控制各元件的溝通,分別是(1)北橋:負責鏈結速度較快的cpu、主儲存器與顯示介面卡介面等元件;(2)南橋:負責鏈結速度較慢的裝置介面,包括硬碟、usb、網路卡等等。

由於北橋最重要的就是cpu與主儲存器之間的橋接,因此目前的主流架構中,大多將北橋記憶體控制器整合到cpu封裝當中了。所以上圖只會看到cpu而沒有看到以往的北橋晶元。

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