计算机内部各硬件详解

版权声明:转载请声明出处Catalog Spri https://blog.csdn.net/qq_33404767/article/details/83422432

一般我们所说的电脑指的是x86架构的个人计算机。
x86CPU有两大主流开发商(Intel,AMD),他们彼此不兼容,而且设计理念也有所区别,因此其主板芯片组设计也不太相同。
整个主板上面最重要的就是芯片组,Intel芯片组通常又分为两个桥接器来控制各组件的通信,分别是:

  • 北桥负责连接速度较快的CPU、内存与显卡等组件
  • 南桥负责连接速度较慢的周边接口,包括硬盘、USB、网卡等。

AMD芯片组的架构与Intel不同的地方在于,内存是直接与CPU通信而不通过北桥。CPU的数据主要来源就是内存,CMD加速这两者的通信,将内存控制组件集成到CPU中,理论上可以加速CPU与内存的传输速度。这是两种CPU在架构上面最主要的区别。
主板上主要的组件为CPU、内存、磁盘设备、总线芯片组(南/北桥)、显卡接口与其他适配卡。

CPU

CPU负责大量的运算,会散发出大量的热。如果你曾拆过主板,应该会看到CPU上面会装一个风扇散热。并且CPU与风扇衔接处还会有硅脂散热膏。
单核CPU只有一个运算单元,所谓的多核就是在一个CPU中嵌入两个以上的运算内核,简单来说,就是一个实际的CPU外壳内有多个CPU单元。
不同的CPU型号具有不同的脚位(针脚),针脚限制了CPU所能匹配的主板,所以当你买主板的时候,不仅要考虑CPU,还要考虑CPU的型号是否匹配主板

频率就是CPU每秒钟可以进行的工作次数。频率越高,CPU单位时间内可以执行的指令就更多。例:一个3.0GHz的CPU,一秒钟可以进行3.0 x 10^9次工作。
注意:不同的CPU之间不能单纯的以频率来判断运算性能,因为每个CPU的微指令集不同,架构也不相同,每次能够工作的微指令个数也不同,所以,频率只能用来比较同款CPU的速度

  • 外频
    外频指的是CPU与外部组件进行数据传输/运算时的速度
  • 倍频
    倍频是CPU内部用来加速工作性能的一个倍数

外频与倍频相乘,得到的就是CPU的频率。拿刚才的例子来说,一个3.0GHz的CPU,假设其外频为333MHz,那么它的倍频就是9倍。

  • 超频
    超频指的是:将CPU的倍频或者外频通过主板的设定功能更改成较高频率。因为CPU的倍频在出厂时就已经锁定无法修改,所以通常超频为修改外频。超频对CPU负荷较大,请谨慎使用。

32位与64位

前面我们提到过:CPU的数据是由内存提供的,内存与CPU之间的通信速度靠的是外频,每次工作可以传送的数据量与总线有关,一般主板芯片组分为南/北桥(以Intel CPU为例,其主板是有南/北桥的),北桥的总线称为系统总线,连接内存与CPU,是传输数据的信道,所以速度较快,南桥就是输出(I/O)总线,主要用于连接硬盘、USB、网卡等接口。
北桥支持的频率从低到高不等,北桥所支持的频率通常称之为前端总线速度(FSB),每次传送的位数称为总线宽度。总线频宽是FSB与总线宽度的乘积,也就是每秒钟可以传送的最大数据量。总线宽度分为32/64位(bit)两种。
例如:一个北桥频率为1600MHz,64位CPU的主板每秒钟最大传输数据量为:1600MHz x 64bit = 12.8GB/s
CPU每次能够处理的数据量称为字组大小,字组大小依据CPU的设计分为32位与64位两种,我们现在所说的32位或64位主要就是说的CPU能处理的字组大小。早期的32位CPU每次能够解析的数据量有限,所以内存传来的数据就会被限制,所以32位CPU最大支持4GB内存。再大的内存没有意义。

字组大小与总线宽度可以是不相同的,一个32位的CPU可以设计出64位的总线宽度。如果是这样的设计,我们通常以CPU的字组大小来称呼该CPU的架构。

内存

台式机主板上一般都有四个内存插槽。内存插槽中间通常有个突起物将整个插槽分为两个不等长的距离,这样用户在插内存条时就不会出现前后脚位安插错误的情况了。
个人计算机的内存主要组件为动态随机访问内存(Dynamic Random Access Memory,DRAM),这种内存只有在通电以后才能记录与使用,断电后数据立即消失。我们也称这种RAM为挥发性内存。
我们平时所说的DDR内存中DDR的意思是双倍数据传送速度(Double Data Rate),它可以在一次工作周期中进行两次数据的传送,感觉上就是CPU的倍频。
内存的性能包括频率/频宽与容量,内存容量够大,才能将一个较大的数据完整加载,能同时启动更多的程序。内存越大表示系统越快,这是因为系统不用常常释放一些内存内部的数据。对服务器而言,内存的容量有时比CPU的速度还要重要一些。

  • 双通道设计
  • 所有需要使用的数据都必须要存到内存中,所以,内存的数据宽度越大越好。传统的总线宽最高达64位,双通道的设计就是为了加大总线宽,可以把两个内存的线宽加起来,形成128位的总线宽。
  • 启用双通道的功能必须要安装两条以上的内存,这两条内存最好型号一模一样,这是因为启用双通道功能时,数据是同步写入/读取这一对内存中,如此才能提升整体的频宽。
  • 主板上的内存槽一般是分为两种颜色的,只有将两根内存条插入同一颜色的内存槽中,才能启用双通道功能。
  • CPU频率与内存的关系

理论上,CPU与内存的外频应该相同才好。

  • 只读存储器(ROM)
  • 主板上面的组件是非常多的,每个组件的参数又具有可调整型。栗子:CPU与内存的频率是可以调整的;主板上面如果有内置的网卡或显卡时,该功能是否启动与该功能的各项参数被记录到主板上面的一个叫CMOS的芯片上,这个芯片需要借助额外电源来供电,这就是主板上也会有一个电池的缘故。
  • 我们都知道BIOS吧,BIOS是一套程序,这套程序是写死在主板上的一个内存芯片中,这个内存芯片在没有通电也能将数据记录下来,这就是只读存储器(ROM)。BIOS对日常家用电脑来说是非常重要的,因为它是系统在开机的时候首先会去读取的一个程序
  • BIOS对计算机系统来讲是非常重要的,因为它掌握着系统硬件的详细信息与开机设备的选择。BIOS也是需要不断更新的,你可以在很多主板官网找到BIOS的更新程序。以前的BIOS是使用的无法改写的ROM,因此无法修改BIOS程序代码。所以,现在的BIOS通常是写入闪存或EEPROM。

显卡

显卡又称为VGA(Video Graphics Array),它的主要作用就是显示图形影像。一般对于图像的显示重点在于分辨率与色彩深度,因为每个图像显示的颜色会占用内存,所以显卡上会有一个内存的容量,这个显卡内存容量将会影响到屏幕分辨率与色彩深度。
显卡主要是通过北桥芯片与CPU、内存等通信。如前面提到的,对于图形影像来说,显卡是需要高速运算的一个组件,所以数据的传输也是越快越好。

假设你的桌面使用1024x768分辨率,且使用全彩(每个像素占用3B的容量),那么总共需要2.25MB以上的显卡内存(1024x768分辨率共有786432个像素)。如果考虑屏幕的刷新率,显卡的内存最好还是大一点。

硬盘与存储设备

计算机是需要记录数据的,内存是挥发性存储设备,如果我们将数据存储在内存中,断电数据就会丢失,所以我们需要一种可以持久化存储的设备来帮我们记录数据。计算机上面的存储设备包括硬盘、软盘、MO、CD、DVD、磁带机、U盘等,其中最常见的存储设备就是硬盘了。

硬盘是由许多的盘片、机械手臂、磁头与主轴马达所组成的,数据都是记录在具有磁性物质的盘片上,而数据的读取是通过机械手臂上的读取头(磁头)来完成的。当硬盘工作时,主轴马达让盘片转动,机械手臂伸展,磁头在盘面上空进行读与写的操作。单一盘片的容量非常有限,所以大部分硬盘内部会有两个以上的盘片。

硬盘物理结构
我们看下面的图,硬盘所记录的数据都是写在盘片上,那么数据是如何写入盘片上的呢? 盘片就像是多个同心圆绘制出的一个大圆,由圆心以放射状方式分割出磁盘的最小存储单位叫做扇区,每个扇区的大小为512bytes,这个值是不会改变的。由一圈扇区组成的圆叫做磁道,我们说过,硬盘中有至少两个以上的盘片,所有的盘片上面的同一个磁道组成一个柱面,柱面是我们分隔硬盘时的最小单位。

了解:
计算硬盘存储量:磁头数量 x 每个磁头负责的柱面数量 x 每个柱面所含有的扇区数量 x 扇区容量(512bytes)。

盘片的存储数据结构

选购磁盘时应注意哪些:

  • 容量
    磁盘是一种消耗性用品,目前来说,一部1080P电影大概2G,如果你要玩大型游戏可能一个游戏就要30G的硬盘空间。一定要挑选一个适合自己的磁盘容量。磁盘内的重要数据还要定期备份
  • 转速
    转速影响着CPU从硬盘读取数据的速度,我们知道,CPU的运行速度是非常快的,从硬盘读取数据的速度严重影响着CPU的工作效率。

了解:
平均寻道时间是指硬盘在接收到系统指令后,磁头从开始移动到移动到数据所在磁道所需要的平均时间,它是指计算机在发出一个寻址命令,到相应目标数据被找到所需时间,单位为毫秒(ms)。在寻道时间内,足够CPU进行几十万条指令。所以说,I/O操作会影响CPU的工作效率。

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/qq_33404767/article/details/83422432
今日推荐