Liunx：计算机基本概念
1 简介
1.1 计算机硬件五大单元
### 1.2 CPU指令集
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精简指令集（Reduced Instruction Set Computer,RISC）
微指令集较为精简，执行时间短，动作单纯，性能佳。但复杂的事情需要多个指令完成。(ARM架构CPU为精简指令集)
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复杂指令集（Complex Instruction Set Computer,CISC）
微指令集数目多，每条指令长度不同且复杂，故每条指令执行的时间不一定相同，但个别指令可以处理的工作很丰富。（AMD、INTEL、VIA等x86架构CPU都属于这一种）
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TIPS：多少位操作系统是指一次并行可读写的最大数据位数。（32位最多能读写4GB数据）
1.3 计算机的组成
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CPU：运算数据。
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内存：放置正在或者马上处理的数据。掉电消失。
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硬盘：放置永久储存的数据。掉电保持。
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主板：用来协调CPU、内存、硬盘和其他设备。
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显卡：专门用于运算图像数据的CPU。
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电源：给电脑所有设备提供稳定的电力。
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外围设备：用于输入或输出的设备（如鼠标、键盘、显示器、传感器等）。
1.4 计算单位
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容量单位
1 B = 8 bits 1KB = 1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB 1TB=1024GB 1PB=1024TB 1EB=1024PB 1ZB=1024EB在计算传输速度时采用的是十进制。（1GHz=1000*1000*1000Hz）
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速度单位
Hz的意思是每秒执行多少次。
Mbps = Mbits per second意思是每秒传输多次Mbit。（20M/5M 代表 每秒2.5MB下载(20mbit)/每秒625KB(5mbit)上传速度）
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硬盘虚标？
500GB=500*1000*1000B而转化成二进制就只有460GB
2 电脑基本结构
2.1 CPU
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早期intel的南北桥
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北桥：负责连接速度较快的元件，如CPU、内存与显卡接口等。
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南桥：负责连接速度较慢的设备，如硬盘、USB、网卡等。
Tips：现在的芯片CPU与内存直接沟通，现在北桥已经被整合到芯片当中。
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CPU工作频率
- 外频：CPU与外部元件数据传输的速度。
- 倍频：CPU内部用来加速工作性能的倍数。
- CPU频率 = 外频 * 倍频（某CPU内频为3.0GHz，外频为333MHz，则倍频就为9倍）
- 超频：通过修改主板设置修改外频或倍频，从而达到修改CPU频率的目的。
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CPU等级
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1993年后，最早期的CPU称为i386等级。
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在Intel Pentium MMX与AMD K6年代的CPU称为i586等级。
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在Intel Celeron与AMD Athion(K7)年代之后的32位CPU称i686等级。
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目前64位CPU称为x86_64等级
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超线程（Hyper-Threading, HT）
因为CPU速度远远大于外设速度，想到一种提高CPU使用率的方法。
让CPU的一个核心，分别有2组重要的寄存器，让两个程序分别使用这两组寄存器去竞争同一个核心。4个核心实则就可以有8个核心给操作系统用了。
2.2 内存
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CPU所有使用的数据来自内存，软件程序或数据读入内存中CPU才能用。
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动态随即存取内存（Dynamic Random Access Memory,DRAM）。
- 个人电脑内存元件主要为这种。
- DRAM根据技术更新分为好几代，较为广泛的有SDRAM与DDR SDRAM两种。
- 其中DDR（Double Data Rate）是所谓的双倍传送速率，一个周期可以进行两次数据传输。
- DDR SDRAM依据技术的发展又分为DDR、DDR2、DDR3、DDR4等等。
- DDR3标准电压为1.5V，DDR3L带L表示仅需1.35V。
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多通道设计：传统总线宽度一般为64位，厂商将2个或多个内存整合在一起，就可以达到128位或更高的数据宽度。
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静态随机存取内存（Static Random Access Memory,SRAM）
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二级高速缓存（L2 cache）采用的是与CPU频率相同的SRAM。因为SRAM在设计上使用晶体管数量较多，价格高且不易做成大容量的，所以内存还是用的DRAM。
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L2与内存及CPU的关系
graph RL; 外部存储设备 --IO流--- 内存单元 内存单元 --系统流--- CPU二级高速缓存 CPU二级高速缓存 --- CPU寄存器
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只读存储器（Read Only Memory,ROM）
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主板上有一个叫CMOS的芯片，在这个芯片上可以设置主板的一些参数，但需要凭借额外的电源
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主板上有一块芯片（闪存flash或EEPROM）用来存储BIOS（Basic Input Output System）程序的。。
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很多硬件都有固件，如磁盘正列卡、网卡、交换机等。
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2.3 显卡
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显卡又名VGA（Video Graphics Array），显存则是显卡里的内存，这个显存容量会影响到你的屏幕分辨率与色彩深度。
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因为3D游戏的流行，显卡厂商在显卡里面集成3D加速芯片，专门用来处理3D动画运算，故显卡又名GPU（Graphics Processing Unit）。
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显卡也需要CPU控制来与CPU和内存沟通。所以显卡传输越快越好。
- 早期主要规格：PCI、PCI 2.2、PC1-X、AGP 4x、AGP 8x、PCLe 1.0 x1、PCLe 1.0 x8、PCLe 1.0 x16。
- 目前主要规格：PCLe1.0、PCLe2.0、PCLe3.0、PCL4.0...。
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显卡与电脑屏幕的连接
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D-Sub（VGA端子）：主要为15针连接，模拟信号传输。显示主要针对传统图像管屏幕。主要规格如：640x350px@70Hz、1280x1024px@85Hz、2048x1536px@85Hz等等。
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HDMI：可以同时传送影像与声音。
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DVI、Display port等比较少见
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2.4 硬盘与存储设备
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机械硬盘（Hard Disk Drive，HDD）
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普通的机械硬盘是由很多圆形盘片、机械手臂、磁头与主轴马达组成。
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设计者将圆形的盘片切出一个个小区域，这个小区域称为扇区（sector）。
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同一个同心圆形组成的扇区叫作磁道（track）。
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所有盘片上同一个磁道可以组合成柱面（cylinder）。
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早期的硬盘一个扇区为512Byte，新的大容量硬盘已经有4KByte扇区设计。分区方面有MSDOS和GPT等。
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传输接口有传统的SATA、SAS、IDE与SCSI等等。外接式还包括USB、eSATA等。
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固态硬盘（Solid State Disk，SSD）
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因为没有马达转动去读取数据的原因，所以读写速度快，省电。但是有写入次数的限制。（数据存放考虑备份或使用RAID的机制防止SSD的损毁）
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冗余磁盘阵列（Redundant Array of Independent Disk，RAID）最初目的为了组合小的廉价磁盘代替大的昂贵磁盘，同时也用于防止磁盘失效，对数据保护。
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2.5扩展卡与接口
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现在的主板整合了相当多的功能，包括声卡、网卡、USB控制卡、显卡、磁盘阵列卡等。
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主板上会留很多接口用来接外接设备，包括PCI或PCIe等。
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多性道卡（x8卡）安装到少信道卡槽（x4卡槽）可以用，但是性能只能发挥出4/8=1/2。
2.6 主板
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扩张卡，优先安插到离CPU近的地方，而不要安装到南桥，因为系统总线速度远远大于南桥。
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每一个设备都有一个I/O位址，相当于门牌号。
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各个设备通过IRQ中断来告知CPU运行情况，以方便CPU分配任务。
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CMOS主要功能用于记录主板上的重要参数，如：系统时间、CPU电压与频率、各项设备的I/O位址与IRQ等。需要花费电力记录，所以主板上配有电池。
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BIOS为写道flash和EEPROM的程序，在开机的时执行的第一个程序，以载入CMOS中的参数，并尝试调用储存设备中的开机程序，进一步进入操作系统中，BIOS程序可以修改CMOS中的参数。
2.7 电源
- 因为电源供应器本身要消耗电力，在选购电源的时候往大的选
3 数字表达方式
3.1 数字系统
- 计算机是采用0和1的二进制存储，而人类习惯使用十进制，所以学会二进制与十进制之间的转换。
3.2 文字编码
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所谓的编码系统就算字码对照表。
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早期英文常用的编码方式为ASCII码，一个字母占1Byte。中文用GBK编码，一个中文字占2Byte。
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国际组织ISO/IEC定制了Unicode编码，也叫UTF8或万国码。将世界很多国家的文字进行了编码。
4 软件程序
4.1 机器程序与编译程序
- 早期变成是直接使用0和1或一条条CPU指令来控制电脑。这些0和1就算机器程序。
- 编译器是将人类更能容易理解的语言（C、C++、Java、Python等）翻译成机器语言的工具。
4.2 操作系统
- 操作系统（Operating System，OS）：也是一组程序，管理硬件提供合适的系统分配。
- 系统调用（System Call）：操作系统会提供一组开发接口给工程师开发，我们只需要调用这个接口就可以执行相应的功能了。
- 程序管理（Process control）：多任务环境，协调多个程序在多个核心里运行。
- 内存管理（Memory management）：控制整个系统的内存管理。通常还会提供虚拟内存的功能，内存不足时可以提供内存交换（swap）的功能。
- 文件系统管理（FileSystem management）：数据输入输出，不同文件格式的支持等。
- 设备的驱动（Device drivers）：可以随时载入驱动程序模块。
- 壳程序（Shell）：用来调用操作系统的功能。
4.3 应用程序
- 应用程序是根据操作系统所提供接口开发出来的软件。
浙公网安备 33010602011771号