第0章 計算機概論

1.電腦：輔助人腦的好工具

1、計算機

• 接受用戶輸入的命令與數據，經由中央處理器的算術與邏輯單元運算處理后，產生或存儲成有用的信息。

2、電腦硬件的五大單元：

• 輸入單元
• 輸出單元
• 中央處理器（Central Processing Unit，CPU）：控制單元、算術邏輯單元、內存

tips1： CPU是一個具有特定功能的芯片，里面含有指令集
tips2： 算術邏輯單元主要負責程序運算與邏輯判斷
tips3： 控制單元主要協調各周邊組件與各單元間的工作
tips4： 內存是數據的中轉站，負責臨時存儲數據

3、電腦的運作流程：

• CPU=大腦：判斷與控制各部分的活動
• 內存=大腦中存放正在被思考的數據的區域：暫時存放數據，提供給大腦進行判斷
• 硬盤=大腦中存放回憶的記憶區域：保存重要的數據，以備不時之需
• 主板=神經系統：連接重要的組件
• 各項接口設備=人體與外界溝通的手、腳、皮膚、眼睛等：與外界互動的重要關鍵部件。
• 顯卡=大腦中的影像：將來自眼睛的刺激轉成影像后在大腦中呈現，所以顯卡所產生的數據源也是CPU控制的
• 主機電源=心臟

**tips1：**如果要由過去的經驗來判斷事情時，需要將經驗（硬盤）挪到目前的記憶（內存）當中，再交由CPU來判斷

4、電腦上面常用的計算單位（容量、速度等）

• 容量單位：
  • 0/1這個二進制的單位稱為位（bit，亦稱比特）
  • 1Byte（字節）=8bit（位）
  • 進制位：Kilo、Mega、Giga、Tera、Peta、Exa、Zetta
  • 數據容量使用的是二進制的方式，速度單位則常使用十進制
• 速度單位：
  • CPU的命令周期常使用MHz或是GHz之類的單位，這個Hz其實就是“次數/秒”的意思。而在網絡傳輸方面，由于網絡使用的是位（bit）為單位，因此網絡常使用的單位為Mbit/s，即每秒多少Mbit。舉例來說，常說的“20M/5M”光纖傳輸速度，如果轉成數據容量的字節時，其理論最大傳輸值為：每秒2.5MB/625KB的下載或上傳速度。

2.個人電腦架構與相關設備組件

早期的芯片組通常分為兩個網橋來控制各組件的通信，分別是：（1）北橋：負責連接速度較快的CPU、內存與顯卡等組件；（2）南橋：負責連接速度較慢的設備接口，包括硬盤、USB設備、網卡等。不過由于北橋最重要的就是CPU與內存之間的橋接，因此在目前的主流架構中，大多將北橋的內存控制器整合到了CPU當中。

1、執行大腦運算與判斷的CPU

• 不同的CPU型號大多具有不同的針腳（CPU上面的插腳），能夠搭配的主板芯片組也不同
• CPU內部含有指令集，不同的指令集會導致不同CPU工作效率的高低。除此以外，CPU的性能還能通過CPU的頻率（每秒鐘可進行的工作次數）來衡量。
• CPU的工作頻率：外頻與倍頻。外頻指的是CPU與外部組件進行數據傳輸時的速度，倍頻則是CPU內部用來加速工作性能的一個倍數，兩者相乘就是CPU的頻率速度。
• 32位與64位的CPU與總線“位寬”：
  • 與CPU的頻率類似，內存也有其工作頻率f，這個頻率的限制來自于CPU中的內存控制器所決定。
  • 一般來說，每個時鐘周期能夠傳輸的數據量，大多為64位，這個64位就是所謂的“位寬”。在操作系統中，CPU可以從內存中取得的最快帶寬就是f64bit=f8B。
  • 與總線寬相似的，CPU每次能夠處理的數據量稱為字長（word size）。字長依據CPU的設計分為32位和64位。我們現在所稱的電腦是32或64位主要是依據這個CPU解析的字長而來的。
• CPU等級：具有向下兼容的能力。如x86-64的硬件可以安裝i386的軟件，反之則不然。
• 超線程（Hyper-Threading，HT）：在每一個CPU內部將最重要的寄存器（register）分為兩組，讓程序分別使用這兩組寄存器。也就是說，可以有兩個程序“同時競爭CPU的運算單元”，而非通過操作系統的多任務切換。這一過程就會讓CPU好像“同時擁有兩個內核”的樣子。在很多研究和測試中，大多會發現HT可以提升性能，不過有些情況下卻可能導致性能降低。需要根據案例自行研究。

2、內存

• CPU所使用的數據都是來自于內存（Main Memory），不論是軟件程序還是文件數據，都必須讀入內存后CPU才能利用。個人電腦的內存主要組件為動態隨機存取內存（Dynamic Random Access Memory，DRAM），隨機讀取內存只有在通電時才能記錄與使用，斷電之后數據就消失。
• DRAM根據技術的更新分為好幾代，使用上較為廣泛的有SDRAM與DDR SDRAM兩種。差別除了在于針腳與工作電壓的不同之外，DDR是所謂的雙倍數據傳輸速度（Double Data Rate），它可以在一次工作周期中進行兩次數據的傳輸，感覺上就好像是CPU的倍頻。
• 內存除了頻率/帶寬與型號需要考慮之外，內存的容量也很重要。以服務器來說，內存的容量有時比CPU的速度還要重要。
• 多通道設計：由于所有的數據都必須要存放在內存，所以內存的數據位寬當然是越大越好。但傳統的總線位寬一般僅為64位，為了要加大這個位寬，芯片組廠商就將兩個內存集合在一起，這就是雙通道的設計理念。
• DRAM與SRAM：CPU的數據都有內存提供，但CPU到內存之間還是得要通過內存控制器。如果某些很常用的程序或數據可以放置到CPU內部的話，那么CPU數據的讀取就不需要跑到內存重新讀取，這就是二級緩存的設計理念。因為二級緩存（L2 Cache）整合到CPU內部，因此這個L2內存的速度必須要與CPU頻率相同。使用DRAM是無法達到這個頻率速度的，此時就需要靜態隨機存取內存（Static Random Access Memory，SRAM）的幫忙。SRAM在設計上使用的晶體管數量較多，價格較高，且不易做成大容量，不過由于其速度快，因此整合到CPU內成為高速緩存以加快數據的讀寫是個不錯的方式。
• 只讀存儲器（ROM）：BIOS（Basic Input Output System）是一個程序，這個程序是寫死到主板上面的一個存儲芯片中，這個存儲芯片在沒有通電時也能記錄數據，這就是只讀存儲器（Read Only Memory，ROM）。ROM是一種非易失性的存儲。現在的BIOS通常是寫入類似閃存（flash）或EEPROM存儲硬件中。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的鸟哥的Linux私房菜知识点总结（持续更新中）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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