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计算机组成和操作系统

计算机组成和操作系统

作者: 线断木偶人 | 来源:发表于2018-06-30 22:44 被阅读0次

计算机(computer)俗称电脑,是现代一种用于高速计算的电子计算机器,可以进行数值计算,又可以进行逻辑计算,还具有存储记忆功能。是能够按照程序运行,自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备。

组成:由硬件系统(hardware system)和软件系统(software system)两部分组成的

1.传统电脑系统的硬体单元一般可分为输入单元、输出单元、算术逻辑单元控制单元记忆单元,其中算术逻辑单元和控制单元合称中央处理单元(Center Processing Unit,CPU)。

2.CPU即中央处理器,是一台计算机的运算核心和控制核心。其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。CPU由运算器、控制器、寄存器、高速缓存及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。作为整个系统的核心,CPU也是整个系统最高的执行单元,因此CPU已成为决定电脑性能的核心部件,很多用户都以它为标准来判断电脑的档次。

CPU缓存

CPU缓存(Cache Memory)是位于CPU与内存之间的临时存储器,它的容量比内存小的多但是交换速度却比内存要快得多。高速缓存的出现主要是为了解决CPU运算速度与内存读写速度不匹配的矛盾,因为CPU运算速度要比内存读写速度快很多,这样会使CPU花费很长时间等待数据到来或把数据写入内存。在缓存中的数据是内存中的一小部分,但这一小部分是短时间内CPU即将访问的,当CPU调用大量数据时,就可先缓存中调用,从而加快读取速度。

主频

CPU的主频,即CPU内核工作的时钟频率(CPU Clock Speed)。通常所说的某某CPU是多少兆赫的,而这个多少兆赫就是“CPU的主频”。很多人认为CPU的主频就是其运行速度,其实不然。CPU的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度,与CPU实际的运算能力并没有直接关系。由于主频并不直接代表运算速度,所以在一定情况下,很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象。

CPU的主频不代表CPU的速度,但提高主频对于提高CPU运算速度却是至关重要的。举个例子来说,假设某个CPU在一个时钟周期内执行一条运算指令,那么当CPU运行在100MHz主频时,将比它运行在50MHz主频时速度快一倍。因为100MHz的时钟周期比50MHz的时钟周期占用时间减少了一半,也就是工作在100MHz主频的CPU执行一条运算指令所需时间仅为10ns比工作在50MHz主频时的20ns缩短了一半,自然运算速度也就快了一倍。只不过电脑的整体运行速度不仅取决于CPU运算速度,还与其它各分系统的运行情况有关,只有在提高主频的同时,各分系统运行速度和各分系统之间的数据传输速度都能得到提高后,电脑整体的运行速度才能真正得到提高。

3.内存又叫内部存储器或者是随机存储器(RAM)内存属于电子式存储设备,它由电路板和芯片组成,特点是体积小,速度快,有电可存,无电清空,即电脑在开机状态时内存中可存储数据,关机后将自动清空其中的所有数据。
4.I/O设备

前端总线——Front Side Bus(FSB),是将CPU连接到北桥芯片的总线。选购主板和CPU时,要注意两者搭配问题,一般来说,前端总线是由CPU决定的,如果主板不支持CPU所需要的前端总线,系统就无法工作。也就是说,需要主板和CPU都支持某个前端总线,系统才能工作,只不过一个CPU默认的前端总线是唯一的,因此看一个系统的前端总线主要看CPU就可以。前端总线是处理器与主板北桥芯片或内存控制集线器之间的数据通道,其频率高低直接影响CPU访问内存的速度。

Interrupt(中断)
  1. 概念
    所谓中断,是指CPU在正常执行程序的过程中,由于某个外部或内部事件的作用,强迫CPU停止当前正在执行的程序,转去为该事件服务(称为中断服务),待服务结束后,又能自动返回到被中断的程序中继续执行。
  2. 背景
    中断是计算机发展中一个重要的技术,它的出现很大程度上解放了CPU,提高了CPU的执行效率。在中断出现之前,CPU对IO采用的是轮询的方式进行服务,这使得CPU纠结在某一个IO上,一直在等待它的响应,如果它不响应,CPU就在原地一直的等下去。这样就导致了其他IO口也在等待CPU的服务,如果某个IO出现了important or emergency affairs,CPU也抽不出身去响应这个IO。 为了解决这个纠结的问题就------>出现了中断。

中断控制的主要优点是只有在IO接口需要服务时才去响应它,使得CPU很淡定的做它自己的事情,只有IO口有需求的时候才去响应它。同时中断中也设计了中断优先级,来处理一些很紧急的事件。
北桥链接固态硬盘可以提高效率,属于硬件调优。

运算器
BIOS

BIOS是英文"Basic Input Output System"的缩略词,直译过来后中文名称就是"基本输入输出系统"。在IBM PC兼容系统上,是一种业界标准的固件接口 [1] BIOS这个字眼是在1975年第一次由CP/M操作系统中出现。 [2] BIOS是个人电脑启动时加载的第一个软件。
开机(PC机一般按F2)完成自检和自举,进入boot,确定启动的操作系统(重装系统)。

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