計算機硬件基礎知識

1、編程

一、什麼是編程？爲什麼要編程？

　　編程就是程序員用計算機所能理解的表達方式（即編程語言）來將本身的思惟邏輯寫下來，編程的結果就是一堆文件，這些文件稱之爲軟件或程序。

二、什麼是編程語言？

　　語言就是一個事物與另一個事物之間溝通的介質。編程語言即程序員與計算機之間的溝通介質。

三、編程的目的

　　就是讓計算機代替人類去工做，從而解放人力。

 

2、計算機的組成

馮諾依曼體系的計算機由五大部件組成：運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備，如圖所示：

　　運算器用來完成算術運算和邏輯運算，並將運算的中間結果暫存在運算器內。

　　存儲器用來存放數據和程序。

　　控制器用來控制指揮、程序和數據的輸入、運行以及處理運算結果。

　　輸入設備用來將人們熟悉的信息形式轉換爲機器能識別的信息形式，常見的有鍵盤、鼠標等。

　　輸出設備可將機器運算結果轉換爲人們熟悉的信息形式，如打印機輸出、顯示器輸出等。

計算機的五大部件（又稱五大子系統）在控制器的統一指揮下，有條不紊地自動工做。因爲運算器和控制器在邏輯關係和電路結構上聯繫十分緊密，尤爲在大規模集成電路製做工藝出現後，這兩大部件每每集成在同一芯片上，所以，一般將它們合起來統稱爲中央處理器（Central Processing Unit，CPU）。把輸入設備與輸出設備簡稱爲I/O設備（Input/Output Eqaip-ment）。

這樣，現代計算機可認爲由三大部分組成：CPU、I/O設備及主存儲器（Maim Memory，MM），如圖所示。CPU與主存儲器合起來又可稱爲主機，I/O設備又可稱爲外部設備。

 

3、運行程序的三大核心硬件

CPU、內存、硬盤

　　CPU至關於人的大腦，負責控制和運算

　　內存至關於人的記憶，負責臨時存儲，速度快

　　硬盤至關於人所記錄的東西，負責永久存儲，容量大

 

4、存儲器

計算機中第二重要的就是存儲了，在理想狀況下存儲器的速度應當很是快，能跟上處理機的速度，容量也很是大並且價格還應很便宜。但目前沒法同時知足這樣三個條件。因而在現代計算機系統中，存儲部件一般是採用層次結構來組織的。

如圖所示，在存儲層次中越往上，存儲介質的訪問速度越快，價格也越高，相對存儲容量也越小。

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。

緩存通常稱之爲高速緩存，即L2緩存，主要解決CPU與主存之間速度不匹配的問題。其容量大於或遠大於寄存器，而比內存約小兩到三個數量級左右，從幾十KB到幾MB，訪問速度快於主存儲器。

主存又叫內存，有隨機存取存儲器（random access memory，RAM）和只讀存儲器（Read-Only Memory，ROM）之分，主存是易失性存儲，斷電後數據所有消失。

 

5、磁盤

一、磁盤由磁頭，磁道，扇區組成。

二、磁道：當磁盤旋轉時，磁頭若保持在一個位置上，則每一個磁頭都會在磁盤表面劃出一個圓形軌跡，這些圓形軌跡就叫作磁道。

三、每一個磁道劃成若干扇區，扇區典型的值是512字節。

四、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，其中：

平均尋道時間：指硬盤在接收到系統指令後，磁頭從開始移動到移動至數據所在的磁道所花費時間的平均值。

旋轉延遲時間：經過盤片的旋轉，使得要讀取的扇區轉到讀寫頭的下方，這段時間稱爲旋轉延遲時間。

 

6、磁帶

磁帶也是內存之一，是用來存儲東西的。它的存儲量很是大，並且價錢便宜，經常用來作重要大型數據文件的備份，缺點是運行速度慢、效率低。

 

7、應用程序的啓動流程

一、雙擊快捷方式

二、告訴操做系統一個文件路徑

三、操做系統從硬盤讀取文件加載到內存中

四、CPU從內存中取出指令，翻譯成計算機識別的語言並執行