计算机硬件的基本组成-大框架的建立

计算机硬件的基本组成-大框架的建立

目录

• 计算机硬件的基本组成-大框架的建立
  • 一、计算机体系的三层结构
  • 二、计算机硬件的三大核心
    • 2.1 cpu
      • 2.1.1 cpu内的指令集
      • 2.1.2 x-86 64位是什么意思呢
      • 2.1.3 cpu的内部构造
      • 2.1.4 cpu的两种状态
    • 2.2 存储器
      • 2.2.1 内存
      • 2.2.2 内存被称为主存
      • 2.2.3内存的分类
      • 2.2.4 CMOS
      • 2.2.5硬盘
    • 3.输入输出设备
  • 三、计算机是如何启动的
    • 3.1 BIOS
    • 3.2 计算机的启动流程

首先看一下计算机大概体系。

一、计算机体系的三层结构

　　软件相当于灵魂，向计算机发出指令。如果计算机没有运行软件，那么这台计算机是不能操作的。计算机大体上是分为两个部分：硬件和软件。但是为了更清晰的理解，把软件也大概分为了两个部分。

​　　计算机在大方面上是由三部分组成的：

1. 应用程序。位于计算机的上层。比如QQ，微信等，都是我们在计算机上运行的程序。
2. 操作系统。位于计算机体系中间层。比如win7,mac等，也是属于软件部分，但是操作系统是直接和计算机硬件打交道的，一般我们说的重装系统就是这个操作系统。
3. 计算机硬件。位于计算机体系的底层。是我们肉眼所能看到的机器各样的零件。

二、计算机硬件的三大核心

​　　计算机硬件的核心一共有三种分别是cpu、存储器、I\O设备。

下面逐条分析。

2.1 cpu

　　cpu是计算机的最最核心的硬件，相当于人的大脑，在接到软件下发的指令之后，向计算机各个部位发送指令，统筹协调各个部位的运转，共同完成下达的任务。

2.1.1 cpu内的指令集

​　　cpu内含有丰富的指令集，软件下达的指令，会对比cpu内的指令集然后在去实现对应的功能。指令集分为两种：

1. 精简指令集(SISC)。每一个指令都能实现简单的功能，执行效率高，一般手机上使用这种cpu.
2. 复杂指令集(CISC)。每一个指令实现的功能较为复杂，相比较精简指令集，容易出错，执行效率较低，但是使用较为简单方便，一般用于电脑。

2.1.2 x-86 64位是什么意思呢

​　　cpu在最开始被研究出来的所起的一种系列的名字， 然后后来就一直称为x-86。知道大概就可以吹了，不要过分深究，我也就知道这么多。

​　　那么64位呢？就是说cpu一次从内存中取出来的二进制位数。32位，就是cpu一次取出32位二进制，现在32位基本淘汰了，大家可以放心大胆的使用64位的，而且64位还可以运行32位，会在前面补32个0.

2.1.3 cpu的内部构造

​　　cpu内部有三种部件：

1. 控制器。这是计算机最核心的功能，是计算机的司令部，控制各个硬件的运行。

2. 运算器。只进行逻辑相关的运算和数学运算。

3. 寄存器。属于内存，L1级别，但是在cpu内部，是采用与cpu相同的材质制成的，存放有cpu下步非常急需的变量等，存在的意义是为了加快运行速度。

　　高度缓存也是内存的一种，属于L2级别，造价昂贵。有的位于cpu内部，有的位于外部，有三种级别的缓存。

2.1.4 cpu的两种状态

　　cpu在运行的时候有两种工作状态：

1. 内核态。此时cpu上运行的是操作系统。可以操控计算机的硬件和运算相关的指令。
2. 用户态。此时cpu上运行的是应用程序。不能操控计算机硬件。

　　cpu的工作状态在两者之间频繁切换，当我们运行程序时，处于用户态，但是一旦涉及到需要操控计算机硬件 ，那么计算机就会切换到内核态。

2.2 存储器

​　　存储器分为寄存器、高速缓存、内存和外存等，功能也有多不同，我们主要说内存。

2.2.1 内存

​　　理论上来说，cpu可以直接与硬盘进行沟通，但是运行速度太慢，就在中间加个内存。内存中的数据断电就会消失，不能永久保存。

2.2.2 内存被称为主存

​　　程序的运行一般都先从硬盘里读取到内存，然后cpu提取到内存中的指令，然后开始运行，再讲运行结果返回给内存。同样地，输入设备等的信息都需要通过内存，然后在由cpu运行。所以，内存是沟通cpu和硬盘等的必经之路，所以称之为内存。

2.2.3内存的分类

​　　内存主要分为RAM和ROM。

1. RAM。可读可写的内存。
2. ROM。可读不可写。在生产出来的时候已经由厂商制定好了。上面存放有BIOS系统，保证电脑在还没安装操作系统的时候能有个基本的输入输出的操作。

2.2.4 CMOS

​　　CMOS也是属于内存RAM的一种，耗电量极低，且由主板上的电池供电，上面存放一些基本的配置信息，如时间等，电脑开机以后的时间之所以准确就是因为CMOS的原因。接下来在计算机的启动会详细讲解。

2.2.5硬盘

​　　计算机的文件是保存在硬盘上的，硬盘上的数据被读取到内存上，然后cpu进行分析、识别、执行。所以，运行顺序是：硬盘》内存》cpu》内存》硬盘。硬盘的运行时间长主要是因为寻找数据的时间，被称为IO延迟。

​　　IO延迟 = 平均寻道时间+平均延迟时间

​　　平均寻道时间：机械手臂在硬盘上的不同磁道中发现数据所在磁道的时间。

​　　平均延迟时间：是寻找所在磁道中该数据位置的时间，平均累计为半圈。

3.输入输出设备

　　顾名思义，就是输入设备及输出设备，是计算机从外界获取和显示数据的设备。

1. 输入设备：鼠标键盘等。
2. 输出设备：打印机、显示屏等。

三、计算机是如何启动的

​　　前面已经知道计算机的三层体系了，分别是计算机硬件、操作系统、应用软件。我们已经知道计算机是通过按开机键，然后就会显示操作系统的界面，那么，在这中间，又经历了什么呢？

3.1 BIOS

​　　这时候要说一下BIOS ，当我们打开一个裸机，然后会出现一个类似于蓝白色（各个厂商不同，界面不同）的基本界面，只能进行一些键盘的输入，这个系统就是BIOS，存放在ROM中，就相当于内存。在这个时候BIOS就起到了操作系统的作用，然后会去CMOS读取一些配置信息。

　　这是对应的关系

裸机的三大核心	计算机
CPU	CPU
ROM（存放BIOS）	内存
CMOS	硬盘

3.2 计算机的启动流程

​　　这个时候就可以讲一下计算机的启动流程了，注意：即使计算机装完系统，计算机开机依然要经历BIOS的阶段，因为这是计算机出厂就已经确定的过程。

1. 计算机通电。

2. 启动BIOS系统，检查计算机设备。

3. BIOS读取CMOS中的一些配置信息，选择启动设备。

4. 从启动设备中读取第一扇区的内容，称为MBR，内部含有分区信息。

5. 根据分区信息，读入bootloader装载模块，启动操作系统。

6. 操作系统询问ＢＩＯＳ获得配置的信息。检查每种设备的驱动程序是否存在，检测完毕会调入内核，然后初始有关的表格，传进已经设定好需要的进程，并在终端启动登陆程序。