linux_os_chapter_1 计算机系统概述

第一章计算机系统概述 计算机的工作原理 工作原理可概括为 存储程序 逐条执行 该设计思想由美籍匈牙利数学家冯 诺伊曼明确提出并付诸实现 他提出将数据和程序存放到计算机的一个称为存储器的记忆装置中 需要时可以把它们读出来 由程序控制计算机的操作 计算机按一定的顺序逐条执行程序的指令 其间不必人工干预 因而可以实现自动高速运算 2 程序和数据存放在存储器中 计算机工作时无须人工的干预 能自动地逐条从存储器中取出指令并执行 只要输入不同的程序和数据 就可以让计算机做不同的工作 3 确定了计算机由运算器 存储器 控制器 输入设备和输出设备五大基本部件组成以及它们之间的相互联系 1 采用二进制形式的0 1代码串表示数据和指令 冯 诺依曼设计思想的三个特点 计算机的基本组成 冯 诺依曼式计算机硬件系统主要由五部分组成 计算机的基本组成 存储器 主机 中央处理器 输入设备 输出设备 外存储器 内存储器 运算器 控制器 计算机的基本组成 运算器运算器 ArithmeticUnit 是计算机进行算术运算与逻辑运算的主要部件 通常由算术逻辑运算部件 ALU 累加器及通用寄存器组成 算术运算是对数值型数据进行运算 如加减乘除四则运算和数据编码格式的转换等 逻辑运算主要是对数据进行与 或 非和移位等运算操作 计算机的基本组成 控制器控制器 ControlUnit 是计算机的指挥中心 控制和协调计算机各部件自动 连续地执行各条指令 通常由指令部件 时序部件及操作控制部件组成 CPU 运算器和控制器是计算机的核心部件 这两部分合称中央处理单元 CentreProcessUnit 简称CPU 如果将CPU集成在一块芯片上作为一个独立的部件 该部件称为微处理器 Microprocessor 简称MP CPU对数据进行三种基本操作 读取数据 对数据进行处理 然后通常还要把把数据写回到存储器上 主板 MainBoard 主板的中心任务是维系CPU与外部设备之间能协同工作 几乎所有的主要电脑部件都要靠主板来连接 其重要性可见一斑 主板上面主要有BIOS芯片 北桥芯片 南桥芯片和各种各样的接口组成 北桥 南桥 南桥与北桥芯片 主板芯片组有分北桥不南桥 北桥的总线称为系统总线 因为是内存传输的主要信道 所以速度较快 南桥就是所谓的输入输出 I O 总线 主要在联系硬盘 USB 网络卡等接口设备 北桥所支持的频率称为前端总线速度 FrontSideBus FSB 每次传送的位数是总线宽度 总线带宽是 FSBx总线宽度 即每秒钟可传送的最大数据量 CPU的主要性能指标是主频和字长 字长表示计算机CPU一次处理数据的实际位数 字长越长 一次可处理的数据二进制位越多 运算能力就越强 计算精度就越高 如80486及Pentium系列的CPU一次可以处理32位二进制数据 主频 CPU每秒钟可以进行的工作次数 CPU有所谓的外频与倍频 外频指的是CPU与外部组件进行数据传输时的速度 倍频则是CPU内部用来加速工作效能的一个倍数 两者相乘才是CPU的频率速度 CPU的性能 CPU的种类 精简指令集 ReducedInstructionSetComputing RISC 微指令集较为精简 每个指令的运行时间都很短 完成的动作也很单纯 指令的执行效能较佳 但是若要做复杂的事情 就要由多个指令来完成 MIPS SPARC PowerPC Alpha 复杂指令集 ComplexInstructionSetComputer CISC 微指令集的每个小指令可以执行一些较低阶的硬件操作 指令数目多而且复杂 每条指令的长度并不相同 因为指令执行较为复杂所以每条指令花费的时间较长 但每条个别指令可以处理的工作较为丰富 x86 内存 个人计算机的主存储器主要组件为动态随机存取内存 使用上较广泛的有所谓的SDRAM和DDRSDRAM两种 DDR是所谓的双倍数据传送速度 DoubleDataRate 它可以在一次工作周期中进行两次数据的传送 显示适配器 显示适配器又称为VGA VideoGraphicsArray 显示适配器的规格由早期的PCI发展到AGP 近期AGP又被PCI Express规格所取代 磁盘 磁盘 MBR 硬盘的第一扇区称为主引导记录 MBR MASTERBOOTRECORD MBR的长度为512字节 第一部分为引导 PRE BOOT 区 占了446个字节第二部分为分区表 PARTITIONPABLE 共有64个字节 记录硬盘的分区信息 MBR 每个分区 partition 都会保留一块启动扇区 bootsector 提供操作系统安装bootloader 而通常操作系统默认都会安装一份loader到他根目录所在的文件系统的bootsector上 如果我们在一部主机上面安装Windows和Linux后 该bootsector bootloader和MBR的相关性会有点像下图 MBR 磁盘在Linux系统中的表示 其中 X 代表硬盘设备的ID序号 从字母a开始依次命名 如 第1个SCSI硬盘设备为sda 第2个SCSI硬盘为sdb Y 代表在该块硬盘上的分区顺序号 因此 对于硬盘中的分区 则在设备文件名后增加相应的数字来代表相应的分区 主分区的序号为1 4 如 第1个SCSI硬盘中的第1个主分区为sda1 第2个主分区为sda2 磁盘分区表示 dev hda5 硬件设备文件所在的目录 hd表示IDE设备sd表示SCSI设备 硬盘的顺序号 以字母a b c 表示 分区的顺序号 以数字1 2 3 表示 第1个主分区 dev hda1 第2个主分区 dev hda2 第1个逻辑分区 dev hda5 第2个逻辑分区 dev hda6 扩展分区 第一块IDE硬盘设备 dev hda 磁盘的接口与设备名 Linuxvs Windows分区 主分区 hda2扩展分区 计算机分类 超级计算机 Supercomputer 运作速度最快 维护 操作费用也最高 用于需要有高速计算的计划中 例如 国防军事 气象预测 太空科技 大型计算机 MainframeComputer 具有数个高速的CPU 功能上弱于超级计算机 但也可用来处理大量数据与复杂的运算 例如大型企业的主机和数据库服务器 迷你计算机 Minicomputer 保有大型计算机同时支持多用户的特性 但可放在一般作业场所 通常用来作为科学研究 工程分析等 工作站 Workstation 针对特殊用途而设计的计算机 性价比最高 常用于学术研究与工程分析 微电脑 Microcomputer 又可以称为个人计算机 体积最小 价