《鸟哥的Linux私房菜》读书笔记--第0章 计算机概论 硬件部分

一个下午看了不少硬件层面的知识，看得太多太快容易忘记。于是在博客上写下读书笔记。

　　　　　　　　　　　　　　　　有关硬件

个人计算机架构&接口设备

主板芯片组为“南北桥”的统称，南北桥用于控制所有组件之间的通信。

　　北桥连接速度较快的组件(CPU、显卡、内存)，被称为系统总线。

　　南桥连接速度较慢的组件(硬盘、USB、网卡)，被称为I/O总线。

　　（北桥频率称前端总线速度(FSB Hz)，每次传输的位数为总线宽度（bit），总线频宽（M/s）则为“FSB*总线宽度”。）

　　（例：前端总线速度为1600MHz，内存与北桥频宽为12.8GB/s，即1600MHz*64bit = 1600MHz*8Byte = 12800MB/s = 12.8GB/s。）

　　（在文件计算中常用Byte为基本单位，而在网络中常用bit计算。）

　　（文件大小使用二进制单位进位制，即每一单位差1024。速度使用十进制单位进位制，即每一单位差1000。）

两大主流行x86CPU开发商Intel、AMD的CPU架构不兼容，因此两者有不同的主板架构。其区别主要为AMD架构主板中CPU与内存直接连接，不通过北桥。
主要组成：

1.CPU

微指令集

　　精简微指令集(RISC)，如SPARC、ARM系列　　常用于学术领域大型工作站

　　复杂微指令集(CISC)，如x86架构CPU　　　　   大量用于个人计算机

　　（复杂微指令集包含丰富的指令集，如多媒体指令集、虚拟化指令集）

频率(Hz)

　　简单的说，CPU每秒可进行的工作次数。

　　因CPU与外部组件的理论速度保持一致最好，所以CPU有外频、倍频之说。CPU频率=外频*倍频。

　　外频：CPU与外部组件进行数据传输/运算时的速度。

　　倍频：CPU内部用于加速性能的倍数。

　　（超频：因出厂时CPU倍频锁定，因此人们常超频的为外频。）

字长

　　CPU每次处理数据量为字组大小（字长），分32位64位。与之对应，系统总线宽度也有32位64位之分。

　　（但字长与总线宽度可不相同。）

　　计算机32位或64位主要依据CPU字长。

　　（i3 i5 i7都为64位CPU）

CPU等级

　　将不同种CPU规范等级，有i386、i586、i686等，目前的64位CPU统称x86_64等级。

 

2.内存

个人计算机的内存主要组件为动态随机访问内存(DRAM)，其主要参数有数据宽度（bit）、外频（Hz）、频率（一个数据块的传输速度 Hz）、频宽（Byte单位的传速 M/s）。

DRAM技术更新

　　由SDRAM到DDR SDRAM（双倍数据传输速度Double Data Rate），DDR又发展为DDR，DDR2，DDR3等。

双通道设计

　　用两条内存同时读写，使数据宽度提升一倍。

　　（尽量用相同的两条内存条插在相同颜色的插槽中。）

频率

　　CPU与内存的频率应当相同才好，因此内存也分外频与频率，其频率算法类似CPU。

静态随机访问内存(SRAM)

　　CPU中的第二层高速缓存相当于一个小内存，用于提升CPU读取速度。然而DRAM无法达到CPU频率，此时需要静态随机访问内存(SRAM)。

只读存储器(ROM)

　　BIOS(Basic Input Output System)是一套程序，这套程序是写死在主板的一个内存芯片上，它在没有通电的时候也可将数据保存下来，这就是只读存储器(ROM)。

　　（BIOS是开机第一个运行的程序，用于读写CMOS中的硬件信息。BIOS大小不大一般为1M、2M甚至8M。）

　　目前BIOS通常写入闪存(Flash Memory)或EEPROM(一种特殊闪存)。

　　CMOS存储了硬件信息，包括CPU参数、硬盘参数等。CMOS是一种RAM，因此需要一个外接电池供电。

 

3.显卡

显卡又称为VGA（Video Graphics Array），显卡上带有一个内存用来存放每个图像显示的颜色信息。

显卡主要参数有宽度（bit）、速度（Hz）、频宽（M/s）。

显卡的规格由PCI导向AGP，AGP又被PCI-Express替换。（PCIe使用类似管线的概念处理，管线越大总频宽越高。目前PCIe接口传输速度非常快，PCI2.0规格x16频宽为8G/s）

（例：1024*768分辨率全彩需1024*768*3B =2.25MB内存。）

 

4.硬盘与存储设备（更多有关硬盘物理组成与原理，前往http://blog.csdn.net/hguisu/article/details/7408047）

硬盘的物理组成

　　由许多盘片、机械手臂、磁头、主轴马达与缓存等组成。

盘片上的数据

　　扇区(sector)：大小固定为512Bytes，分布于磁道上。

　　磁道(Track)：扇区组成的一个圆形轨道。

　　柱面(Cylinder)：由所有盘面上的同一磁道组成，是我们一般分割硬盘的最小单位。

硬盘存储量的计算

　　header数量*每个header负责的柱面数*每个柱面包含的扇区数量*扇区容量。

　　即：header * cylinder * sector * 512bytes

　　（注意：一般厂商大多以十进制计算硬盘容量，如500GB硬盘实际上有460GB左右容量）

传输接口

　　IDE接口（个人计算机中已被淘汰）：

　　　　又名PATA接口，即并行硬盘接口（ATA为一种IDE相关规范）。

　　　　其排线较宽，每条排线可接两个IDE设备。为了判别两个设备的主从(Master/Slave)架构，磁盘驱动器需要调整跳针(Jump)控制主从。

　　SATA接口：

　　　　即串行硬盘接口。

　　　　其排线较细，只可接一个SATA设备。但是其速度较PATA快。

　　　　SATA类型及接口速度（Gbps即G bit/s）：

　　　　　　SATA1　　1.5Gbps

　　　　　　SATA2　　3.0Gbps

　　　　　　SATA3　　6.0Gbps

　　SCSI接口：

　　　　工作站等级以上的硬盘传输接口，这种接口的硬盘在控制器上含有一块处理器。缓存存储器

　　硬盘上含有一个缓存存储器，这个内存将硬盘中常使用的数据缓存起来，以加速读取。一般有16MB、64MB大小。

转速

　　转速的大小会影响硬盘的性能，一般桌面型计算机为每分钟7200转，笔记本计算机为5400转。
有关固态硬盘(SSD)

　　（更多组成及原理，前往http://www.360doc.com/content/15/0318/15/16824943_456186965.shtml）

　　物理组成：

　　　　由控制器、FLASH存储阵列、DRAM（可选）及接口组成。（另：U盘也是由控制器、FLASH组成）

　　有关接口：

　　　　SSD接口包括SATA、MSATA(mini-SATA)、M.2(原名NGFF，Intel推出的一种替代MSATA新的接口规范。此接口又有Socket2 Socket3两种类型)、PCIe。

　　　　其中PCIe速度最快，MSATA接口和M.2接口的SSD很小。

　　　　（另：各接口速度对比）

　　　　　　USB2.0　　480Mbps

　　　　　　USB3.0　　5.0Gbps

　　　　　　SATA3　　 6.0Gpbs

　　　　　　PCIe2.0 x16　　8G/s

 

5.PCI适配卡
　　用户有额外需求时使用，有网卡、声卡、USB扩展卡、磁盘阵列卡（RAID技术）等。但由于主板集成了许多常用功能芯片，此类需求并不大。

 

6.主板

芯片组功能

　　几乎所有芯片组都是参考CPU的能力去规划的。

　　集成型芯片组：强调全功能，因此继承了显卡、网卡、声卡等。

　　独立型芯片组：可以随时更换接口设备，一般比集成芯片性能更高。

设备I/O地址 与 IRQ中断信道

　　每个设备都有一个不同的设备地址。

　　设备通过IRQ中断信道告知CPU该设备的工作情况。

CMOS 与 BIOS

　　CMOS主要功能为记录主板的重要参数，包括系统时间、CPU电压与频率、各项设备的I/O地址等。CMOS需要外接主板电池供电。

　　BIOS为写入主板的闪存或EEPROM程序，在开机时运行，加载CMOS的信息，尝试调用存储设备的开机程序。

　　（一般计算机使用Del键进入BIOS设置界面，笔记本没有统一规定上网查询即可。）

连接接口设备

　　主板的输入/输出设备接口主要在机箱后方，主要有：

　　PS/2接口：用于键盘鼠标的连接，逐渐被USB代替。

　　USB接口：即插即用，接口太少可在PCI上接入USB扩展卡扩展。

　　RJ45接口：用于网线的连接，其接线方式分有交叉互连和直连线互连。（RJ11为电话线，调制解调器线）

 

7.电源
电源额定功率常稍大于各设备的功率总和。（注意区分额定功率与最大功率）

能源转换率

　　电源本身占用一部分功率，我们应选择转换率高的电源。
连接接口

　　电源主要有20pin, 24pin两种规格。注意与主板接口保持一致。

 

硬件部分就到此结束了，希望能有所收益。

如有错误，欢迎指正。