电脑硬核入门基础知识大全范例.docx
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1、电脑硬核入门基础知识大全电脑硬件入门基础之计算机架构 想象一下我们在做数学考试: 输入设备就是考卷,题目都在卷子上。同样的计算机要计算哪些数据,怎么计算,都来自于输入设备。 内存就是草稿纸,我们会把要计算的题目抄写到草稿纸上,用草稿纸记录计算的中间过程。同样的,计算机要把来自输入设备的数据,以及要怎么计算这些数据的指令,从输入设备载入到内存中,并且把每一步计算的结果写入到内存。 运算单元是计算器,我们用计算器来计算每一步的加减乘除。同样的,计算机有专用的运算单元,来计算数据。(假设这次数学考试允许带计算器) 限制单元就是我们自己了。我们依据试卷上的算式,来确定第一步是算乘法还是加法,乘法是哪两
2、个数相乘,加法又是哪两个数相加。 输出设备就是答题卡。我们计算完一道题后,须要把草稿纸上的结果抄写在答题卡上。 其中,我们自己+计算器的组合,在计算机里面是同一个设备CPU(Central Processing Unit,中心处理器)。 2、哈佛架构2 另一种计算机架构,是哈佛架构。先看图: 可以看出来,哈弗架构和冯诺依曼架构最大的不同就是内存分为独立的指令内存和数据内存。这个怎么理解呢?我们换个例子,假设我们毕业了,现在的工作是一名会计。我们的工作是依据一份财务报表制作指南,对账本上的数字进行计算各种指标,制作财务报表。 哈弗架构中指令内存中存放的,就是这份制作指南,告知我们财务报表上的每一
3、个指标要怎么计算;数据内存中存放的,就是我们计算指标须要用到的账本上的数据。当我们计算报表上的某个指标的时候,假如我们发觉手上的账本没有相关的数据,我们可以先依据指南计算报表上的其它指标,让其它同事帮忙去找相关的账本,不用停下来奢侈时间。 所以,和冯诺依曼架构相比,哈佛架构因为指令内存的读取和数据内存的读写分开,肯定程度上可以保证指令的连续性,不会因为须要访问内存上的数据造成指令堵塞。 3、改进型哈佛架构3 那么我们现在的计算机,究竟是那种呢?其实是这两种架构的混合体。对于一台计算机的整体来说,我们可以认为是冯诺依曼架构,计算机中的内存是统一的,并没有明确分为指令内存还是数据内存。 但是现代计
4、算机中,相对于CPU的速度来说,从内存读取数据和写入数据都很慢的,因此CPU内部有另外一种速度更快的存储介质来存放数据和指令,我们称之为缓存(Cache)。打个比方,存储在内存中的数据就是我们书包里面的书,在缓存中的数据就是放在桌面上的书。我们要看一本书,须要把书从书包里面拿出来,放到桌子上摊开才能看。但是桌子的大小是有限的,我们只能在桌上摊开两三本书,更多的书我们只能放到书包里面。现代计算机中缓存通常有多层,每一层都比下一层快,但比下一层可以存放的数据少。如下图: 在内存(Main Memory RAM)之上,有三层CPU内部缓存(Cache) 而CPU内部,限制单元和运算单元干脆访问的缓存
5、,我们称之为一级缓存(Level 1 Cache,L1 Cache)。现代CPU的一级缓存,都是分为一级指令缓存、一级数据缓存两部分,这个可以通过CPU-Z检测软件看出来。所以事实上我们可以认为现代计算机,其真正的架构是哈佛架构。 Intel i9-9900K的CPU-Z检测结果 从上图红框内容可以看到,Intel的i9-9900K,一共有8个核心,每个核心有32KB的一级数据缓存,32KB的一级指令缓存;每个核心有256KB的二级缓存,不再分为指令缓存还是数据缓存;整个CPU还有一层16MB的三级缓存。 这样的架构,称之为改进型哈佛架构。 4、丰富多样的输入/输出设备 前面提到的输入、输出设
6、备有许多种详细的设备,最常见的输入设备有: 键盘:我们通过键盘向计算输入各种指令和数据。 鼠标:我们通过鼠标告知计算机,在计算机显示出来的图像中,我们想对哪个元素进行什么样的操作。 硬盘:计算机运行存储在硬盘上的各种程序,对存放在硬盘上的各种数据进行计算。 网卡:我们可以干脆执行来自于网上的程序,也可以干脆对网上的数据进行计算。 除此之外,还有许多其它专用的输入设备,例如麦克风、摄像头、扫描仪、视频采集卡、各种传感器等等。 比较常见的输出设备有: 显示器:计算机把处理结果显示出来给我们看。 硬盘:我们把处理完毕的数据存放到硬盘上。 网卡:我们把处理完毕的数据传到网上。 打印机:把处理完毕的结果
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