💻计算机硬件组成详细

一. 计算机的硬件组成
计算机（电脑）====》人

大前提：计算机的所有组成都是模仿人的某一器官或者功能去设计的

五大组成部分：
                 控制器：是计算机的指挥系统，负责控制所有其他硬件的运行-------------》大脑
                 运算器：负责数学运算与逻辑运算---------------------------------》大脑
                 控制器+运算器=》cpu中央处理器

存取数据
               内存：比如内存条----------------------------------------》大脑的记忆功能
                  基于电存取数据，断电数据全部丢失
                     用于临时保存数据，存取速度都快
               外存：比如磁盘------------------------------------------》本子
                  基于磁存取数据，断电数据仍然存在
                     用于永久保存数据，存取速度都慢
输入设备：
         键盘、鼠标
输出设备：
         显示器、打印机

总结1：
人-------程序---------》计算机硬件
人-------程序---------》cpu------》计算机其他硬件

总结2：

             程序的运行与计算机三大核心硬件cpu、内存、硬件的关系
               程序最先是存放于硬盘中的
                  程序的运行需要先经历加载的过程：程序的代码/数据从硬盘读入内存
                       然后cpu再从内存中读取指令来运行

ps：
安装软件都装到硬盘里，软件的运行都是把数据加载到内存中了
所以说计算机硬盘的大小决定了能够安装的软件数目
而计算机内存的大小决定了计算机能够同时运行的软件数目

 二.存储器：

结构从上到下：cpu，寄存器，高速缓存，内存，硬盘，磁盘

RAM

• RAM 英文全称 random access memory，又叫随机存取存储器。
• 可存可取内存，断电数据丢失，就是我们通常所说的内存。

拓展:

linux系统会把内存分为两种区域: 1.buffer:缓冲区, 攒一大波数据,在刷入硬盘 2.cache:缓存, 把硬盘的数据在内存中缓存好, CPU取得时候可以直接从内存中取.

ps:buffer与cache的区别是什么?

1.写入数据到内存, 这个数据的内存空间称为缓冲区(buffer),写入到内存buffer缓冲区, 写缓冲. 

2.从内存读取数据, 这个存数据的内存空间称为缓存区(cache), 从内存cache读取缓存区, 度缓存.

ROM

• ROM英文全称ready only memory又叫只读存储器。
• 只读内存，出产自带。为了保证安全性计算机产商出产就往ROM中写死一段核心程序。这段核心程序叫BIOS，（BIOS英文全称basic input output system，又叫基本输入输出操作系统），保证计算机在没有任何高级操作系统的前提下，计算机可以正常启动。

CMOS

• 存放BIOS程序产生的数据, 比如: 启动设备的优先级等

在计算机领域，CMOS常指保存计算机基本启动信息（如日期、时间、启动设置等）的芯片。 有时人们会把CMOS和BIOS混称，其实CMOS是主板上的一块可读写的并行或串行FLASH芯片，是用来保存BIOS的硬件配置和用户对某些参数的设定。

• 优点: 耗电量极低, 主板电池为时钟芯片供电, 时钟芯片存放在CMOS中.
• 缺点: 数据容易丢失, 断电数据丢失
• 拓展: 主板电池使用寿命为3~5年

三.CPU详解

CUP的作用:程序员通过控制CPU, 由CPU这个组件下发指令来控制其他组件.

1.CPU的分类与指令集

1.1 指令集:

把程序员控制cpu的指令, 转成CPU操作某个组件的指令.这些指令不会自行的运行, 由人类控制它才能运行

1.2 CPU的分类

• 精简指令集: 指令集简短, 能完成的事情非常简单.

优点: 不容易错, 更稳定.

缺点: 实现复杂操作的时候指令就会成堆. 作用: 针对稳定的需求, 针对大型计算机架构的服务器就需要精简的指令集. 例子: 网络设备, 服务器等.

• 复杂指令集: 单条指令比较复杂.

优点: 单条指令集完成的事情比较多, 完成复杂的事情只需要几条指令集.

缺点: 单条指令指令比较复杂,容易出错不稳定. 作用: 针对功能更丰富,更强大的服务或设备就需要复杂指令集. 例子: 个人电脑等.

• 拓展知识

中国计算机硬件行cpu行业的落后，更多的是cpu精简指令集的开发，做上层的开发，尤其是涉及到硬件方面，是比较薄弱的。

2.x86 -64

2.1 (x86):

指的是CPU的型号, 或者是CPU架构的一种统称

• x86的来历

最早的那颗Intel发明出来的CPU代号称为8086，后来在8086的基础上又开发出了80285、80386....，因此这种架构的CPU就被统称为x86架构了。 由于AMD、Intel、VIA所开发出来的x86架构CPU被大量使用于个人计算机上面，因此，个人计算机常被称为x86架构的计算机！ 程序员开发出的软件最终都要翻译成cpu的指令集才能运行，因此软件的版本必须与cpu的架构契合. 举个例子，我们在MySQL官网下载软件MySQL时名字为:Windows(x86,32-bit),ZIP Archive 或者 (mysql-5.7.20-win32.zip) 我们发现名字中有x86，这其实就是告诉我们：该软件应该运行在x86架构的计算机上。

2.2 (64):

​ cpu的位数，指的是cpu一次性能从内存中取出多少位二进制指令，64bit指的一次性能从内存中取出64位二进制指令。注意：CPU的取主要决定于内存一次性能给多少二进制指令。

• 二进制的来历

内存基于电信号工作，人们定义高电频代表数字1，低电频代表数字0，0101之间高低电频的变化，就类比出了二进制。

2.3 CPU的向下兼容性:

​ x86-64的cpu既能运行64位的软件也能运行32位的软件。

64位的cpu读取提供32位指令集的内存，会在32位之前补全32个0。

3.内核态和用户态

• 什么是内核态与用户态

CPU工作的两种状态, 就是CPU的运行状态,也叫计算机的运行状态

• 为什么cpu要有这两种状态

避免代码进行潜在的危险操作,防止给操作系统带来隐患

• CPU的 2 种指令集状态

  CPU是计算机系统最核心的硬件,而cpu的核心就是指令集,CPU有两种指令集状态: 1://控制其他硬件的指令集, 2://运算相关的指令集

• 内核态

  运行的程序是操作系统, 也就是操作系统当前工作的状态，也就是说当前状态下，cpu中所有的指令集开放（控制其他硬件的指令集 + 运算相关的指令集），可以操作硬件。(操作系统正在操控硬件)

• 用户态

  运行的程序是应用程序，当前状态cpu中只开放运算相关的指令集，不能操作硬件。(应用程序正在运行)

• 内核态与用户态的切换

  什么时候进行切换,应用程序的运行涉及到计算机硬件的操作，那就必须从用户态切换到内核态才能实现，因此计算机工作时频繁的发生内核态与用户态之间的转换。

4.多线程与多核芯片

• 摩尔定律(moore)

摩尔(moore)定律指出, 计算机芯片的晶体管数量每18个月翻一倍, 现在已经不太确定了

• 2 核 4 线程

2核代表有2个CPU，4线程指的是每个CPU都有2个线程，通常也叫假4核。

• 4核8线程

4核代表有4个CPU，8线程指的是每个CPU都有2个线程，通常也叫假8核。

ndows(x86,32-bit),ZIP Archive 或者 (mysql-5.7.20-win32.zip) 我们发现名字中有x86，这其实就是告诉我们：该软件应该运行在x86架构的计算机上。

2.2 (64):

​ cpu的位数，指的是cpu一次性能从内存中取出多少位二进制指令，64bit指的一次性能从内存中取出64位二进制指令。注意：CPU的取主要决定于内存一次性能给多少二进制指令。

• 二进制的来历

内存基于电信号工作，人们定义高电频代表数字1，低电频代表数字0，0101之间高低电频的变化，就类比出了二进制。

2.3 CPU的向下兼容性:

​ x86-64的cpu既能运行64位的软件也能运行32位的软件。

64位的cpu读取提供32位指令集的内存，会在32位之前补全32个0。

3.内核态和用户态

• 什么是内核态与用户态

CPU工作的两种状态, 就是CPU的运行状态,也叫计算机的运行状态

• 为什么cpu要有这两种状态

避免代码进行潜在的危险操作,防止给操作系统带来隐患

• CPU的 2 种指令集状态

  CPU是计算机系统最核心的硬件,而cpu的核心就是指令集,CPU有两种指令集状态: 1://控制其他硬件的指令集, 2://运算相关的指令集

• 内核态

  运行的程序是操作系统, 也就是操作系统当前工作的状态，也就是说当前状态下，cpu中所有的指令集开放（控制其他硬件的指令集 + 运算相关的指令集），可以操作硬件。(操作系统正在操控硬件)

• 用户态

  运行的程序是应用程序，当前状态cpu中只开放运算相关的指令集，不能操作硬件。(应用程序正在运行)

• 内核态与用户态的切换

  什么时候进行切换,应用程序的运行涉及到计算机硬件的操作，那就必须从用户态切换到内核态才能实现，因此计算机工作时频繁的发生内核态与用户态之间的转换。

4.多线程与多核芯片

• 摩尔定律(moore)

摩尔(moore)定律指出, 计算机芯片的晶体管数量每18个月翻一倍, 现在已经不太确定了

• 2 核 4 线程

2核代表有2个CPU，4线程指的是每个CPU都有2个线程，通常也叫假4核。

• 4核8线程

4核代表有4个CPU，8线程指的是每个CPU都有2个线程，通常也叫假8核。