計算機基礎-01計算機硬件發展史以及硬件

計算機硬件發展史

參考連接--> https://www.cnblogs.com/Dominic-Ji/articles/10987788.html

計算機硬件

計算機分爲五大組成部分，分別爲：控制器、運算器、存儲器、輸入設備和輸出設備。其中控制器+運算器是計算機的中央處理器（CPU），至關於人類的大腦。

控制器

計算機的指揮系統。列子如:大腦指揮全身的器官運做，可是大腦不會隨意的指揮身體行動，大腦只有在接受指令後纔會控制身體行動

運算器

運算器是計算機的運算系統。大腦除了指揮，無時無刻還在運算。即實現算術運算和邏輯運算。

運算器 + 控制器 = 計算機的中央處理器CPU

列子如:
吃飯流程示例

  1.當你吃飯的時候，大腦會接受吃飯的指令，以後把指令翻譯成你身體須要進行的動做（控制器）

   2.若是吃的是西餐，則使用勺子；若是吃的是中餐，則使用筷子（運算器）

存儲器

計算機中第二重要的就是存儲了，全部人都意淫着存儲：速度快（這樣cpu的等待存儲器的延遲就下降了）+容量大+價錢便宜。而後同時兼備三者是不可能的，因此有了以下的不一樣的處理方式

分5層

寄存器 高速緩存 內存 磁盤 磁帶

寄存器即L1緩存：

用與cpu相同材質製造，與cpu同樣快，於是cpu訪問它無時延，典型容量是：在32位cpu中爲32*32，在64位cpu中爲64*64，在兩種狀況下容量均<1KB。

高速緩存即L2緩存：

主要由硬件控制高速緩存的存取，內存中有高速緩存行按照0~64字節爲行0，64~127爲行1。。。
高速緩存爲命中，就必須訪問內存，這須要付出大量的時間代價。因爲高速緩存價格昂貴，因此其大小有限，有些機器具備兩級甚至三級高速緩存，每一級高速緩存比前一級慢可是容易大。

內存 ***

再往下一層是主存，此乃存儲器系統的主力，主存一般稱爲隨機訪問存儲RAM，就是咱們一般所說的內存，容量一直在不斷攀升，全部不能再高速緩存中找到的，都會到主存中找，主存是易失性存儲，斷電後數據所有消失

磁盤

磁盤低速的緣由是由於它一種機械裝置
每一個磁頭能夠讀取一段換新區域，稱爲磁道
把一個戈丁手臂位置上因此的磁道合起來，組成一個柱面
每一個磁道劃成若干扇區，扇區典型的值是512字節
數據都存放於一段一段的扇區，即磁道這個圓圈的一小段圓圈，從磁盤讀取一段數據須要經歷尋道時間和延遲時間

虛擬內存：

許多計算機支持虛擬內存機制，該機制使計算機能夠運行大於物理內存的程序，方法是將正在使用的程序放入內存取執行，而暫時不須要執行的程序放到磁盤的某塊地方，這塊地方成爲虛擬內存，在linux中成爲swap，這種機制的核心在於快速地映射內存地址，由cpu中的一個部件負責，成爲存儲器管理單元(Memory Management Unit MMU)

PS：從一個程序切換到另一個程序，成爲上下文切換(context switch),緩存和MMU的出現提高了系統的性能，尤爲是上下文切換

磁帶

在價錢相同的狀況下比硬盤擁有更高的存儲容量，雖然速度低於磁盤，可是因其大容量，在地震水災火災時可移動性強等特性，常被用來作備份。（常見於大型數據庫系統中）

輸入輸出設備

一、輸入設備
　　輸入設備的任務是把人們編好的程序和原始數據送到計算機中去，而且將他們轉換成計算機內存所能識別和接受的信息方式。
二、輸出設備
　　輸出設備的任務是將計算機的處理結果以人或其餘設備所能接受的形式送出計算機。
　　目前最經常使用的輸出設備是打印機和顯示器。輔助存儲器也能夠看作輸出設備。另外，數模（D/A）轉換裝置也是一種輸出設備。

總線

四小節中的結構在小型計算機中沿用了多年，並也用在早期的IBM PC中。可是隨着處理器和存儲器速度愈來愈快，單總線很難處理總線的交通流量了，因而出現了下圖的多總線模式，他們處理I/O設備及cpu到存儲器的速度都更快。

北橋即PCI橋：鏈接高速設備

南橋即ISA橋：鏈接慢速設備
電源（Power）==心臟：全部的組件要能運做，得要有足夠的電力供給才行。這就好像心臟同樣，若是心臟不跳動了，人就嗝屁了，電腦也是若是沒有電源，那也就是一堆垃圾，什麼做用都沒有。

電腦啓動流程

在計算機的主板上有一個基本的輸入輸出程序（Basic Input Output system)

BIOS就至關於一個小的操做系統，它有底層的I/O軟件，包括讀鍵盤，寫屏幕，進行磁盤I/O,該程序存放於一非易失性閃存RAM中。

啓動流程
1.計算機加電

2.BIOS開始運行，檢測硬件：cpu、內存、硬盤等

3.BIOS讀取CMOS存儲器中的參數，選擇啓動設備

4.從啓動設備上讀取第一個扇區的內容（MBR主引導記錄512字節，前446爲引導信息，後64爲分區信息，最後兩個爲標誌位）

5.根據分區信息讀入bootloader啓動裝載模塊，啓動操做系統

6.而後操做系統詢問BIOS，以得到配置信息。對於每種設備，系統會檢查其設備驅動程序是否存在，若是沒有，系統則會要求用戶按照設備驅動程序。一旦有了所有的設備驅動程序，操做系統就將它們調入內核。而後初始有關的表格（如進程表），穿件須要的進程，並在每一個終端上啓動登陸程序或GUI