技術類文章

鳥哥私房菜 - 計算機概論重點整理

資料來源 : 鳥哥私房菜 - 計算機概論

  1. 電腦硬體組成

    • 輸入單元+輸出單元+主機部分
    • CPU內有微指令集
      • 算術邏輯單元+控制單元
      • CPU讀取的資料皆來自於主記憶體 (硬碟→RAM→CPU)

  2. CPU 的架構

    • 精簡指令集 RISC
      • SPARC (工作站)、Power PC (PS3)、ARM
    • 複雜指令集 CISC
      • x86架構 (個人電腦)

  3. 電腦常用的計算單位

    • 容量單位
      • 1 Byte = 8 bits
      • Tera = 1024G、Peta = 1024T、Exa = 1024P、Zetta = 1024E
      • 買500GB的硬碟，但接上電腦卻只有466GB?
        • 因為廠商採用十進位(以1000為底)，而電腦採用二進位(以1024為底)!
    • 速度單位
      • Mbps = Mbits per second
      • 20M/5M = 2.5Mbyte/625Kbyte (檔案容量以byte計算)

  4. CPU

    • 時脈 : CPU每秒可進行的工作次數
    • 外頻與倍頻
      • 外頻 : CPU與外部元件進行資料傳輸時的速度
      • 倍頻 : CPU 內部用來加速工作效能的一個倍數 (通常被鎖定)
      • 內頻為3.0GHz，而外頻是333MHz，因此倍頻就是9倍
      • 一般情況，超頻說的是調整外頻 (現在的Intel CPU都會自動超頻)
    • CPU每次能夠處理的資料量稱為字組大小(word size)
      • 64位元、32位元

  5. 匯流排『寬度』

    • 主記憶體提供給CPU的資料量越大，整體系統效能也應該比較快
    • CPU 內的記憶體控制晶片與主記憶體間的傳輸速度 → 前端匯流排速度(Front Side Bus, FSB)
    • 主記憶體也有工作時脈
      • 以64位元的CPU為例，主記憶體時脈1600MHz，則CPU與主記憶體之間的頻寬 = 12.8Gbyte/s

  6. 超執行緒 (Hyper-Threading, HT)

    • CPU運算速度太快，運算核心經常閒置
    • CPU內部的暫存器(register)分成兩群，讓兩個程序同時競爭運算單元
    • 四核心的CPU → 邏輯上分離 → 系統可以抓到八核心

  7. 記憶體

    • 動態隨機存取記憶體(Dynamic Random Access Memory, DRAM)
      • 揮發性記憶體，斷電資料消失
      • SDRAM
      • DDR SDRAM
        • Double Data Rate → 一次工作週期中進行兩次資料的傳送 (類似CPU的倍頻)
    • 多通道設計
      • 將兩個主記憶體彙整在一起，一支記憶體64位元，兩支記憶體就可達到128位元!!!
      • 啟動雙通道記憶體功能時，資料是同步寫入/讀出這一對主記憶體中 (記憶體型號最好相同)
    • 唯讀記憶體(ROM)
      • 非揮發性記憶體，斷電資料不會消失
      • CMOS晶片
        • 記錄主機板上各元件的參數，主機板有額外的電池供應 (鈕扣電池)
        • 參數 : 系統時間、CPU電壓與頻率、各項設備的I/O位址與IRQ等
      • BIOS (Basic Input Output System)
        • 用來讀取與更新CMOS晶片內資料的程式
        • 開機就會優先執行BIOS
      • 韌體 (firmware)
        • 韌體像軟體一樣，也是被電腦執行的程式
        • 很多的硬體上面都會有ROM，可以用韌體記錄硬體參數
        • 控制硬體內部的各項參數
        • BIOS就是一個韌體

  8. 顯示卡

    • 顯示卡記憶體容量 → 螢幕解析度、色彩深度
    • 顯示卡嵌入一個3D加速的晶片 → GPU
    • 連接介面 : D-Sub、DVI、HDMI、Display port

  9. 硬碟

    • 傳輸介面
      • SATA、SAS、USB
    • HDD、SSD (沒有讀寫頭、磁碟盤，類似快閃記憶體，但仍採用SATA、SAS介面)

  10. 作業系統 (Operating System, OS)

    • 用於管理電腦的所有活動以及驅動系統中所有硬體的程式
    • 核心 (Kernel) + 系統呼叫 (System Call) → 作業系統 (介於硬體與應用程式之間)
    • 核心
      • 管控硬體與提供相關的能力 : 存取硬碟、網路功能、CPU資源取得等
      • 開機後就一直常駐在記憶體當中 (受到保護) → 使用者無法直接使用
    • 系統呼叫
      • 系統呼叫介面 → 程式語言的相關語法轉成核心可以瞭解的任務函數 → 核心可以運作該程式
      • 軟體開發工程師只要遵循公認的系統呼叫參數來開發軟體，軟體就能夠在核心上頭運作
    • 同一個作業系統程式不能夠在不一樣的硬體架構下運作
    • 應用程式的開發都是參考作業系統提供的開發介面， 所以該應用程式只能在該作業系統上面運作而已，不可以在其他作業系統上面運作的
    • 核心功能
      • 系統呼叫介面 (System call interface)
      • 程序管理 (Process control)
      • 記憶體管理 (Memory management)
      • 檔案系統管理 (Filesystem management)
      • 裝置的驅動 (Device drivers)

分享到