计算机组成原理

目录

❤  控制器

❤  运算器

❤  控制器+运算器(计算机的中央处理器CPU) 

❤  存储器

 内存(主存)

 外存

 内存和外村的区别

❤  输入设备

❤  输出设备

❤  适配器

❤  总线

❤  启动计算机的流程

❤  机械硬盘

❤  固态硬盘

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计算机分为五大组成部分，分别为：控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备。其中控制器+运算器是计算机的中央处理器（CPU），相当于人类的大脑。

❤  控制器

控制器CU（Controller Unit）是计算机的指挥系统。是计算机的指挥系统，控制器一般由指令寄存器、指令译码器、时序电路和控制电路组成

控制器的基本任务:按照一定的顺序一条接着一条取指令、指令译码、执行指令。取指周期和执行周期

控制器完全可以区分开哪些是指令字，哪些是数据字。一般来讲，取指周期中从内存读出的信息流是指令流，它流向控制器;而在执行器周期中从内存读出的信息流是数据流，它由内存流向运算器

❤  运算器

运算器也称为算术逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit）。它的功能是完成算术运算和逻辑运算。算术运算是指加、减、乘、除及它们的复合运算。而逻辑运算是指“与”、“或”、“非”等逻辑比较和逻辑判断等操作。在计算机中，任何复杂运算都转化为基本的算术与逻辑运算，然后在运算器中完成

• 在计算机中参与运算的数是二进制的
• 运算器的长度一般是8、16、32和64位

❤  控制器+运算器(计算机的中央处理器CPU) 

中央处理器(CPU)是计算机中负责读取指令，对指令译码并执行指令的核心部件;其主要包括两个部分，即控制器、运算器，其中还包括高速缓冲存储器及实现它们之间联系的数据、控制的总线

• 多核CPU：多个CPU，电脑可以同时干多件事，如4核CPU的电脑可以同时干四件事
• X86-64位：X86是CPU的一种型号，64表示CPU每次能取64位二进制数。X86-32表示CPU每次取32位二进制数。CPU具有向下兼容性，即64位电脑能下载32位的软件，而32位的软件下载64位的软件会丢失数据

 ❤  存储器

存储器是计算机的记忆装置，它的主要功能是存放程序和数据。程序是计算机操作的依据，数据是计算机操作的对象。 

• 存储数据和程序(指令)
• 容量(存储单元、存储单元地址、容量单位)
• 分类内存（ROM、RAM)、外存

• ROM存储器：ROM只读存储器（不可写）在工厂中就被编程完毕，然后再也不能修改。它一般存放BIOS（Basic input output system）程序，该程序一般用于启动计算机，或用于处理底层设备的控制
• CMOS存储器：CMOS存储器由一块电脑内置的电池驱动供电，它一般用来保持当前时间和日期的更新，也就是说，即使计算机没有充电，时间也会持续更新；同时它也可以存储启动磁盘的路径。（装机的时候一般会告诉计算机操作系统在计算机中的位置，如C:/）

存储器单位：

 内存(主存)

内存指的就是主板上的存储部件，CPU直接与之沟通，并用其存储数据的部件，存放当前正在使用的（即执行中的）数据和程序，它的物理实质就是一组或多组具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路，内存只用于暂时存放程序和数据，一旦关闭电源或发生断电，其中的程序和数据就会丢失

特点:

内存处理速度快、存储容量小、断电后信息丢失

 外存

外存包括软盘、硬盘和光盘，存放在其中的数据靠磁来维持，因此可永久保存数据

特点:

外存处理速度慢、存储容量大、信息永久保存

内存和外村的区别

内存用于存放当前正在运行的程序和正在使用的数据,CPU可以直接对它进行访问

外存用于存放当前暂不使用的或需要永久性保存的程序、数据和文件,在需要重用时才成批地调入,调出内存 

❤  输入设备

把人们所熟悉的某种信息形式变换为机器内部所能接收和识别的二进制信息形式

常用的输入设备有键盘、鼠标、光笔、扫描仪、数字化仪、条形码阅读器等

❤  输出设备

把计算机处理的结果变换为人或其他机器设备所能接收和识别的信息形式

常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等

注意：由于外存储器即是一种输入设备，也是一种输出设备，因此外存储器也被称为IO设备，其中I为Input（输入）；O为Output（输出）

❤  适配器

它使得被连接的外围设备通过系统总线与主机进行联系，以便使主机和外围设备并行协调地工作

❤  总线

构成计算机系统的骨架,是多个系统部件之间进行数据传送的公共通路

总之,现代电子也是人们常说的计算机硬件计算机是由运算器、存储器、控制器、适配器、总线和输入/输出设备组成的。这也是人们常说的计算机硬件

 

 ❤  启动计算机的流程

• 计算机通电
• BIOS运行，读取CMOS里面记录的启动项，去启动设备（硬盘）
• 从硬盘上读取第一个扇区的内容（MBR主引导记录512字节，前446是引导信息，告诉你操作系统代码的位子，后64是分区信息，最后两位为标志位）
• 读入bootloader启动转载模块（类似地图兵，前面开路的），然后启动操作系统
• 操作系统将驱动程序（传导节点）加载到内存。操作系统全面接管计算机

❤  机械硬盘

• 机械手臂：读取数据
• 磁道：存取数据
• 扇区：划分磁道，一般划分的单位为512KB
• 平均寻道时间：由于工业水平的限制，一般为5ms

7200r/min

120r/s

1/120=0.0083s=0.83ms

（0+0.83）/2=4.15ms

平均机械硬盘寻找数据的时间=平均寻道时间+平均延迟时间=5+4.15=9.15ms

❤  固态硬盘

常见的固态硬盘（HDD）运行主要是靠机械驱动头，包括马达、盘片、磁头摇臂等必需的机械部件，它必须在快速旋转的磁盘上移动至访问位置，至少95%的时间都消耗在机械部件的动作上。

而SSD固态硬盘却不同机械构造，无需移动的部件，主要由主控与闪存芯片组成的SSD可以以更快速度和准确性访问驱动器到任何位置。传统机械硬盘必须得依靠主轴主机、磁头和磁头臂来找到位置，而SSD用集成的电路代替了物理旋转磁盘，访问数据的时间及延迟远远超过了机械硬盘。SSD有如此的“神速”，完全得益于内部的组成部件：主控--闪存--固件算法。SSD通过这套组成部件，让数据以电荷的方式存储在每个NAND存储单元内。

总结:固态硬盘是基于固态电子（SSD，断电数据也会保留）和算法实现数据存储的