计算机硬件组成

一、计算机的五大组成部分

• 控制器------------相当于人脑
• 运算器------------相当于人脑
• 存储器
• 输入设备
• 输出设备
  cpu=控制器+运算器

1.中央处理器（cpu）

1.1 控制器

控制器是计算机的指挥系统（相当于人的大脑），用于控制计算机其他所有硬件的运行
具体的：
控制器通过地址访问存储器，从存储器中取指令，经编译器分析后，根据分析的指令结果产生相应的控制信号，控制信号作用于其他硬件，从而控制其他部件有条不紊的工作

1.2 运算器

运算器包括：数学运算和逻辑运算

1.3 cpu内部的指令集

cpu内部的指令集分为：简单指令集和复杂指令集

• X86:指的是复杂指令集
• 我们常说的32位、64位指的是：cpu从内存中一次能够读取的二进制位数；64位cpu认为64位的二进制数才是一条完整指令
  • 64位的cpu可以运行：64位或32位的程序；
  • 32位的cpu只能运行32位的程序
  • 软包：nginx-1:1.20.1-14.el9_2.1.x86_64 (软件的版本与cpu的兼容性*****)：表示只能在64位的cpu上运行

1.4 CPU多核与多线程

例如：2核4线程：2核表示有2个cpu，每个核可以模拟出2个线程=>相当于2真核假4核

3.存储器

• 存储器是计算机的记忆设备
• 存储器包括：寄存器、高速缓存、内存、硬盘、磁带，cpu从存储器上述读取的速度由快到慢
  其中：
  • 寄存器是放在cpu上的
  • 寄存器、高速缓存、内存都具有易失性，断电即数据丢失；硬盘、磁带是可以将数据永久保存的，但是读取速度很慢
  • 硬盘分为：机械硬盘和固态硬盘。
    • 机械硬盘：从机械硬盘加载数据的速度受限于：平均寻道时间和平均延迟时间，平均延迟时间主要由转速决定
    • 固态硬盘：从固态硬盘加载数据的速度比机械硬盘快
  • 还有一种存储器是CMOS，也是易失性的，它常用于保持当前时间与日期以及一些配置文件，它耗电量非常小，由主板上的一小块电池供电，因此即使主机断电，它仍可继续工作
  • 虚拟内存
    在硬盘上分出一块空间作为内存，称为swap分区。当物理内存不够用的时候，就会把物理内存中的一些数据交换到swap分区上，虽然整个过程中会降低计算机的速度，但是虚拟内存在一定程度上可以避免系统崩溃
• 存储单位
  一个二进制为1个比特位，bit
  1B= 8bit
  1KB=2(10)B=1024B； 括号中的数字为2的指数(即多少次方)
  1MB=2(10)KB=1024KB=2(20)B；
  1GB=2(10)MB=1024MB=2(30)B。
  1TB=2(10) GB=1024GB=2(40)B
  1PB=2(10) TB=1024TB=2(50)B
  1EB=2(10) PB=1024PB=2(60)B
  1ZB=2(10) EB=1024EB=2(70)B
  1YB=2(10) ZB=1024ZB=2(80)B
  注意：虽然计算机存放的单位是一个个的bit，但是从磁盘中存取数据都是以扇区为单位的，一个扇区有512bit

4.输入设备

输入设备包括：键盘、鼠标

5.输出设备

输出设备包括：显示器、音响、打印机

二、程序在计算机中运行

问题1：站在硬件的角度，程序是如何从计算机中运行的？

• 在程序运行之前：
  程序最先一定是存放于硬盘上的（程序的安装，本事上就是把一堆代码放到硬盘的各个位置）
• 程序运行分为2个阶段：
  • 加载阶段/启动阶段：把程序的指令或数据从磁盘读入内存中
  • cpu从内存中取出指令来运行
    问题2：如何提升程序的启动速度？
• 提升将指令或数据从硬盘中读取的速度，可以将机械硬盘更换为固态硬盘

问题3：计算机内存不足且虚拟内存不足的情况下，会导致什么问题？
1.系统运行缓慢

• 物理内存不足，频繁的将数据交换到虚拟内存（硬盘空间），而读取硬盘的速度远低于内存，导致操作延迟
  2.程序崩溃或无法启动
• 高负载程序可能无法启动或突然崩溃
  3.系统不稳定
• 可能出现蓝屏死机、频繁出错或数据丢失风险，尤其是多任务处理时
  4.虚拟内存扩展失败
• 若虚拟内存设置不足或所在硬盘分区空间耗尽，系统无法动态扩展虚拟内存，加剧性能恶化
  问题4：硬盘空间不足的影响
• 系统性能下降
  • 磁盘空间不足，会拖慢文件读写的速度，导致程序响应延迟、启动延长
• 功能受限
  • 无法安装或更新程序
  • 临时文件无法生存、影响浏览器、网页保存等操作
• 数据风险
  可能因空间不足导致文件损坏或丢失
• 虚拟内存受限
  问题3以及问题4的解决方案：
  • 内存不足：关闭后台程序、增加内存条、调整虚拟内存
  • 磁盘空间不足：定期使用磁盘清理工具、避免系统磁盘碎片化，必要时升级硬盘容量