计算机基础-01计算机硬件发展史以及硬件

计算机硬件发展史

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计算机硬件

计算机分为五大组成部分，分别为：控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备。其中控制器+运算器是计算机的中央处理器（CPU），至关于人类的大脑。

控制器

计算机的指挥系统。列子如:大脑指挥全身的器官运做，可是大脑不会随意的指挥身体行动，大脑只有在接受指令后才会控制身体行动

运算器

运算器是计算机的运算系统。大脑除了指挥，无时无刻还在运算。即实现算术运算和逻辑运算。

运算器 + 控制器 = 计算机的中央处理器CPU

列子如:
吃饭流程示例

  1.当你吃饭的时候，大脑会接受吃饭的指令，以后把指令翻译成你身体须要进行的动做（控制器）

   2.若是吃的是西餐，则使用勺子；若是吃的是中餐，则使用筷子（运算器）

存储器

计算机中第二重要的就是存储了，全部人都意淫着存储：速度快（这样cpu的等待存储器的延迟就下降了）+容量大+价钱便宜。而后同时兼备三者是不可能的，因此有了以下的不一样的处理方式

分5层

寄存器 高速缓存 内存 磁盘 磁带

寄存器即L1缓存：

用与cpu相同材质制造，与cpu同样快，于是cpu访问它无时延，典型容量是：在32位cpu中为32*32，在64位cpu中为64*64，在两种状况下容量均<1KB。

高速缓存即L2缓存：

主要由硬件控制高速缓存的存取，内存中有高速缓存行按照0~64字节为行0，64~127为行1。。。
高速缓存为命中，就必须访问内存，这须要付出大量的时间代价。因为高速缓存价格昂贵，因此其大小有限，有些机器具备两级甚至三级高速缓存，每一级高速缓存比前一级慢可是容易大。

内存 ***

再往下一层是主存，此乃存储器系统的主力，主存一般称为随机访问存储RAM，就是咱们一般所说的内存，容量一直在不断攀升，全部不能再高速缓存中找到的，都会到主存中找，主存是易失性存储，断电后数据所有消失

磁盘

磁盘低速的缘由是由于它一种机械装置
每一个磁头能够读取一段换新区域，称为磁道
把一个戈丁手臂位置上因此的磁道合起来，组成一个柱面
每一个磁道划成若干扇区，扇区典型的值是512字节
数据都存放于一段一段的扇区，即磁道这个圆圈的一小段圆圈，从磁盘读取一段数据须要经历寻道时间和延迟时间

虚拟内存：

许多计算机支持虚拟内存机制，该机制使计算机能够运行大于物理内存的程序，方法是将正在使用的程序放入内存取执行，而暂时不须要执行的程序放到磁盘的某块地方，这块地方成为虚拟内存，在linux中成为swap，这种机制的核心在于快速地映射内存地址，由cpu中的一个部件负责，成为存储器管理单元(Memory Management Unit MMU)

PS：从一个程序切换到另一个程序，成为上下文切换(context switch),缓存和MMU的出现提高了系统的性能，尤为是上下文切换

磁带

在价钱相同的状况下比硬盘拥有更高的存储容量，虽然速度低于磁盘，可是因其大容量，在地震水灾火灾时可移动性强等特性，常被用来作备份。（常见于大型数据库系统中）

输入输出设备

一、输入设备
　　输入设备的任务是把人们编好的程序和原始数据送到计算机中去，而且将他们转换成计算机内存所能识别和接受的信息方式。
二、输出设备
　　输出设备的任务是将计算机的处理结果以人或其余设备所能接受的形式送出计算机。
　　目前最经常使用的输出设备是打印机和显示器。辅助存储器也能够看作输出设备。另外，数模（D/A）转换装置也是一种输出设备。

总线

四小节中的结构在小型计算机中沿用了多年，并也用在早期的IBM PC中。可是随着处理器和存储器速度愈来愈快，单总线很难处理总线的交通流量了，因而出现了下图的多总线模式，他们处理I/O设备及cpu到存储器的速度都更快。

北桥即PCI桥：链接高速设备

南桥即ISA桥：链接慢速设备
电源（Power）==心脏：全部的组件要能运做，得要有足够的电力供给才行。这就好像心脏同样，若是心脏不跳动了，人就嗝屁了，电脑也是若是没有电源，那也就是一堆垃圾，什么做用都没有。

电脑启动流程

在计算机的主板上有一个基本的输入输出程序（Basic Input Output system)

BIOS就至关于一个小的操做系统，它有底层的I/O软件，包括读键盘，写屏幕，进行磁盘I/O,该程序存放于一非易失性闪存RAM中。

启动流程
1.计算机加电

2.BIOS开始运行，检测硬件：cpu、内存、硬盘等

3.BIOS读取CMOS存储器中的参数，选择启动设备

4.从启动设备上读取第一个扇区的内容（MBR主引导记录512字节，前446为引导信息，后64为分区信息，最后两个为标志位）

5.根据分区信息读入bootloader启动装载模块，启动操做系统

6.而后操做系统询问BIOS，以得到配置信息。对于每种设备，系统会检查其设备驱动程序是否存在，若是没有，系统则会要求用户按照设备驱动程序。一旦有了所有的设备驱动程序，操做系统就将它们调入内核。而后初始有关的表格（如进程表），穿件须要的进程，并在每一个终端上启动登陆程序或GUI