计算机硬件基础知识

计算机硬件基础知识

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/2301_79880794/article/details/139002763

计算机硬件是计算机系统的基础，了解其基本组成和工作原理对于学习计算机科学至关重要。本文将从CPU、内存、输入输出设备、总线、主板、硬盘接口类型、操作系统和BIOS等方面，全面介绍计算机硬件的基础知识。

一.计算机的主要组成部分

1.CPU

1.1 主频

1. CPU内核工作的时钟频率，是衡量处理器性能的一个重要指标，代表了CPU每秒钟可以进行的时钟周期数。

1.2 睿频

1. 现代CPU还具有睿频技术，它允许CPU在需要是自动超过主频工作，以提供快速处理突发的高负载任务，主频外

1.3 CPU缓存

1. 是一种快速容量较小的内存，用于储存处理器频繁访问的数据和指令，以减少访问主内存的时间，通常分为三级，即L1，L2和L3 ，L1缓存速度最快，但容量最小，通常分为指令缓存和数据缓存。L2缓存速度较慢，但容量较大，通常分为所有核心共享（多核CPU）。L3缓存速度最慢，但容量最大，也是所有核心共享。

1.4 CPU字长

1. CPU一次能处理二进制位数，通常与CPU内部数据通路的宽度相匹配，决定了它的计算精度和表示数据的范围。

1.5 现代多核CPU

2.Memory（存储器)

2.1 内存（主存）

1. 用于存放CPU当前处理的数据和指令，速度比外存快，是它性能和效率的关键部件。
2. 断电之后主存数据会丢失。

2.2 外存

1. 硬盘，U盘，磁带，光盘等外部存储器。
2. 一般存储量大，断电数据不会丢失，能持久化保存数据。

3.IO设备

3.1 输入设备

1. 设备：键盘，鼠标，触摸板，摄像头，网卡等。
2. 作用：将数据输入计算机

3.2 输出设备

1. 设备：屏幕，打印机，绘图仪，投影仪，语音设备，网卡等。
2. 作用：将计算机处理的的数据以用户能理解的形式展现出来，如数字，字符，图像或声音等。

4 总线

1. 由导线组成的传输线束，它是CPU，内存，输入，输出设备传递信息的公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。
   

4.1 按功能分类

• 数据总线：传输数据。

1. 它是双向的，意味着数据可以从CPU传输内存或I/O接口，也可以反向传输。
2. 数据总线的宽度决定了CPU一次可以处理多少为的数据，这对系统的性能有重要影响。
3. 现代电脑的数据总线宽度通常与CPU的位数相匹配。

• 地址总线：传输地址信息

1. 用于指定数据总线中数据或目的数据在主存单元的地址或I/O的设备的地址。
2. 它通常是单向的，由CPU输出地址信息，以便于找到需要读取或写了数据确切位置

• 控制总线：用来传送控制信号和时序信号

1. 传送控制信号和时序信号，这些信号协调和管理数据传输的过程。
2. 之所以有控制总线，是因为数据和数据需要写入的地址是由数据总线和地址总线分别传输的，需要协调

4.2 按照层次分类

• 内部总线

1. 在CPU内部，寄存器之间和算术逻辑部件ALU与控制部件之间传输数据所用的总线。

• 系统总线

1. 又称内总线或板级总线，是微机中各插件板与系统板之间的总线。
2. 人们平常所说的微机总线就是指系统总线。

• 外部总线

1. 是计算机和外部设备之间的总线。

4.3 按传输方式分类

• 串行总线

1. 所有信号复用一对信号线，串行总线通信速率比较低，在数据通信量不是很大的微处理器电路中，显得便捷和灵活

• 并行总线

1. 行总线逻辑时序较为简单，电路实现容量，适用于高速且实时性要求高的数据传输场景。

5. 主板

1. 主板提供一系列接合点，供处理器，显卡，声效卡，硬盘，存储器，I/O设备等设备结合。
2. 通常直接插入有关插糟，或用线路连接。
3. 主板上最重要的构成组件是芯片组。
4. 芯片组通常由北桥和南桥组成，它为主板提供一个通用平台供不同设备连接，控制不同设备的沟通

二. 硬盘接口类型

1.IDE硬盘

1. 又叫PATA硬盘，采用并行传输，全名“ Integerated Drive Electronics”。
2. 接口类型：ATA，UItraATA，DMA，UItraDMA。
3. 优点：价格低，兼容性好，性价比好。

2.SATA硬盘

1. 采用串行传输，速度快，分为SATA第一代和SATA第二代，二代的传输速率大约3Gbps。
2. SATA又分为原生SATA和桥接SATA
3. 原生：这是真正的SATA硬盘，采用了真正的SATA控制器
4. 桥接：把普通的IDE硬盘通过桥接控制芯片将其转化为SATA硬盘，性能没有明显提升，相当于就是IDE硬盘的优势：速度快，安装方便，便于散热，支持热拔插。

3.SCSI硬盘

1. 全名：“Small Computer System Interface"(小型机系统接口）。
2. 特点：多在服务器上使用，速度快，稳定性好，适用于磁盘阵列。

4.按存储特性分类

1. 机械硬盘
2. 固态硬盘

5.关于硬盘格式化

5.1 磁盘结构图

5.2 分区和格式化

1. 硬盘不能直接使用，必须对硬盘进行分割，分割成的一块一块的硬盘区域就是磁盘分区。
2. 在传统的磁盘管理中，将一个硬盘分为两大类分区，主分区和扩展分区。
3. 主分区是能够安装操作系统，能够进行计算机启动的分区

5.3 快速格式化

1. 这种格式化方式仅清除文件系统的地址表，数据并未真正被删除，速度较快，适用于需要快速清理数据、创建新分区或改变文件系统类型的情况。

5.4 慢速格式化

1. 这种方式会对硬盘每个扇区进行检查，并标记坏道，适合需要彻底检测和修复硬盘问题的情况。通常，这种格式化耗时较长，且对硬盘有一定损耗。

三.操作系统

1.什么是操作系统

1. 管理和控制计算机系统中的硬件和软件资源、合理地组织计算机工作流程以方便用户使用的程序集合

2.内核态和用户态

1. 操作系统中的内核态与用户态是两种不同的运行环境，它们主要区别在于权限和资源访问。
2. 内核态：当cpu在内核态运行时，cpu可以执行指令集中所有的指令，很明显，所有的指令中包含了使用硬件的所有功能，（操作系统在内核态下运行，从而可以访问整个硬件）
3. 用户态：用户程序在用户态下运行，仅仅只能执行cpu整个指令集的一个子集，该子集中不包含操作硬件功能的部分，因此，一般情况下，在用户态中有关I/O和内存保护（操作系统占用的内存是受保护的，不能被别的程序占用），当然，在用户态下，将PSW中的模式设置成内核态也是禁止的。

2.1 内核态与用户态切换

1.用户态下工作的软件不能操作硬件，但是我们的软件比如暴风影音，一定会有操作硬件的需求，比如从磁盘上读一个电影文件，那就必须经历从用户态切换到内核态的过程，为此，用户程序必须使用系统调用（system call），系统调用陷入内核并调用操作系统，TRAP指令把用户态切换成内核态，并启用操作系统从而获得服务。

3.操作系统分类

1. 基于字符的界面——DOS、Unix、Linux
2. 图形用户界面——Windows、ubuntu

四.BIOS入门

1.什么是BIOS

• 基本输入/输出系统（BIOS）是在基于Windows的计算机上启动期间使用的预安装程序

2.进入方式

• 各个品牌的电脑进入方式各不相同，可以根据启动界面的提示，或上网查询。

3.常见品牌进入BIOS方式

4.BIOS的功能

• 硬件信息 设置 日期时间安全设置启动设置等。