計算機概論

所謂的計算機就是一種計算器,而計算器其實是:接受用戶輸入的指令與數據,經由中央處理器的數學與邏輯單元處理後,以產生或儲存成有有用的信息。這就是計算的概念。

中央處理器---CPU,是一個具有特定功能的芯片,裏面含有微指令集。主要工作在於管理與運算。CPU內分爲兩個主要的單元,分別爲:算數邏輯單元與控制單元。其中算術邏輯單元主要負責程序運算與邏輯判斷,控制單元則主要在協調各周邊組件與各單元間的工作。

CPU讀取的數據是從主存儲器來的。綜合上述,我們知道計算機組成部分包括:輸入單元,輸出單元,CPU內部的控制單元,算數邏輯單元與主存儲器五大部分。

兩種主要的CPU架構:精簡指令集RISC和複雜指令集CISC

所謂的位指的是CPU一次數據讀取的最大量。64位CPU代表CPU一次可以讀寫64bits的數據。一般32位的CPU所能讀寫的最大的數據量,大概就是4GB左右。

主板:主機機殼內的設備大多是透過主板連接在一起,主板上面有個連接溝通所有設備的芯片組,這個芯片組將所有單元的設備連接起來,好讓CPU可以對這些設備下達命令。

包括:系統單元,記憶單元,輸入,輸出單元。

1byte=8bits K代表1024byte M代表1024K

G代表1024M T代表1024G 同理P E Z

CPU的指令週期常使用MHz或者是GHz之類的單位,這個Hz其實是秒分之一。在網絡傳輸方面,常常用Mbps是 Mbits per second,即是每秒多少Mbits。

早期的芯片組通常分爲兩個網橋來控制各組件的溝通,分別是:北橋---負責連接速度較快的CPU,主存儲器與顯示適配器界面等組件。南橋---負責連接速度較慢的裝置接口,包括硬盤,USB,網絡卡等等。大多數將北橋整合到CPU封裝中。

CPU---通常是具有相當高發熱量的組件,雙核---多核心則是在一顆CPU封裝中嵌入了兩個以上的運算核心,簡單的說,就是一個實體的CPU外殼中,含有兩個以上的CPU單元就是了。

頻率---就是CPU每秒鐘可以進行的工作的次數,所以頻率越高表示這顆CPU單位時間內可以做更多的事情。

CPU的工作頻率:外頻與倍頻。在早期的CPU設計中,所謂的外頻指的是CPU與外部組件進行數據傳輸時的速度,倍頻則是CPU內部用來加速工作效能的一個倍數,兩者相乘纔是CPU的頻率速度。

超頻---指的是將CPU的倍頻或者是外頻透過主板的設定功能更改成較高頻率的一種方式,但因爲CPU的倍頻通常在出廠時已經被鎖定而無法修改,因此較常被超頻的是外頻

32位於64位的CPU與總線(帶寬)---FSB(前端總線速度)指的是CPU內的內存控制芯片與主存儲器見得傳輸速度

位---CPU每次能夠處理的數據量稱爲字組大小,字組大小依據CPU的設計有32位和64位。我們現在所稱的計算機是32位或者是64位主要是依據這個CPU解析的字組大小而來的。對於64位的計算機來說1600MHz* 64bit = 1600MHz * 8 bytes = 12.8Gbyte/s。其中CPU 內建的內存控制芯片對主存儲器的工作頻率最高可達到1600MHz。

超線程---HT指的是讓CPU的每一個核心在邏輯上分離,同時運作

內存---個人計算機的主存儲器主要組件爲動態隨機存取內存DRAM,隨機存取內存只有在通電時才能記錄與使用,斷電後數據就消失。因此我們稱RAM爲揮發性內存。

DDR---是所謂的雙倍數據傳輸速度。DDR2是4倍,DDR3是8倍,DDR4是16倍

DDR3的標準電壓是1.5V,但是DDR3L的使用電壓是1.35V。雖然是更加的省電,但是要根據自己計算機的主板而定。

多通道設計---將兩個主存儲器彙整到一起,加大計算機的主存儲器的內存。

靜態隨機存取內存---將第二層快取整合到CPU內部

顯示適配器又被稱爲VGA---它的內存容量將會影響到你的屏幕分辨率與顏色的深度。

固態硬盤---SSD

傳統硬盤HDD有個很致命的問題,就是需要驅動馬達去轉動磁盤,這會造成很嚴重的磁盤讀取延遲。廠商拿閃存去製作成高容量的設備---被稱爲固態硬盤。SSD

SSD---最大的好處是沒有馬達不需要轉動,而是拖過內存直接讀寫的特徵,因此除了沒數據延遲之外,還非常的省電。

不過早期的SSD有個很重要的致命傷,就是這些閃存有寫入次數的限制,因此通常SSD的壽命大概就只有兩年,所以要考慮好備份。

文字編碼系統---既然計算機只能記錄0/1,甚至記錄的數據都是byte/bit等單位來記錄的,呢麼文字是如何記錄的?事實上文本文件也是被記錄爲0與1,而這個文件的內容要被取出來查閱時,必須要經過一個編碼系統的處理才行。

操作系統---OS其實也是一組程序,這組程序的重點在於管理計算機的所有活動以及驅動系統中的所有硬件。那麼操作系統的功能就是讓CPU 可以開始判斷邏輯與運算數值、讓主存儲器可以開始加載/讀出數據與程序代碼、讓硬盤可

以開始被存取、讓網絡卡可以開始傳輸數據、讓所有周邊可以開始運轉等等。總之,硬件的所有動作都必須要透過這個操作系統來達成。

*重點回顧

· 計算器的定義爲:『接受用戶輸入指令與數據,經由中央處理器的數學與邏輯單元運算處理後,以產生或儲存成有用的信息』;

· 計算機的五大單元包括:輸入單元、輸出單元、控制單元、算數邏輯單元、記憶單元五大部分。其中CPU佔有控制、算術邏輯單元,記憶單元又包含主存儲器與輔助內存;

· 數據會流進/流出內存是CPU 所發佈的控制命令,而CPU 實際要處理的數據則完全來自於主存儲器;

· CPU 依設計理念主要分爲:精簡指令集(RISC)與複雜指令集(CISC)系統;

· 關於 CPU 的頻率部分: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 內部用來加速工作效能的一個倍數, 兩者相乘纔是CPU 的頻率速度;

· 新的 CPU 設計中,已經將北橋的內存控制芯片整合到CPU 內,而CPU 與主存儲器、顯示適配器溝通的總線通常稱爲系統總線。南橋就是所謂的輸入輸出(I/O)總線,主要在聯繫硬盤、USB、網絡卡等接口設備;

· CPU 每次能夠處理的數據量稱爲字組大小(wordsize),字組大小依據CPU 的設計而有32 位與64 位。我們現在所稱的計算機是32 或64 位主要是依據這個CPU 解析的字組大小而來的!

· 個人計算機的主存儲器主要組件爲動態隨機存取內存(Dynamic Random Access Memory, DRAM),至於 CPU內部的第二層快取則使用靜態隨機存取內存(StaticRandom Access Memory, SRAM);

· BIOS(Basic Input Output System)是一套程序,這套程序是寫死到主板上面的一個內存芯片中, 這個內存芯片在沒有通電時也能夠將數據記錄下來,那就是隻讀存儲器(Read Only Memory, ROM);

· 目前主流的外接卡界面大多爲PCIe 界面,且最新爲PCIe3.0,單信道速度高達1GBytes/s

· 常見的顯示適配器連接到屏幕的界面有HDMI/DVI/D-Sub/Display port 等。HDMI 可同時傳送影像與聲音。

· 傳統硬盤的組成爲:圓形磁盤盤、機械手臂、磁盤讀取頭與主軸馬達所組成的,其中磁盤盤的組成爲扇區、磁道與磁柱;

· 磁盤連接到主板的界面大多爲SATA 或SAS,目前桌機主流爲SATA 3.0,理論極速可達600Mbytes/s。

· 常見的文字編碼爲ASCII,繁體中文編碼主要有Big5 及UTF8 兩種,目前主流爲UTF8

· 操作系統(Operating System, OS)其實也是一組程序, 這組程序的重點在於管理計算機的所有活動以及驅動系統中的所有硬件。

· 計算機主要以二進制作爲單位,常用的磁盤容量單位爲bytes,其單位換算爲1 Byte= 8bits。

· 操作系統僅在驅動與管理硬件,而要使用硬件時,就得需要透過應用軟件或者是殼程序(shell)的功能, 來呼叫操作系統操縱硬件工作。目前稱爲操作系統的,除了上述功能外,通常已經包含了日常工作所需要的應用軟件在內.


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