电脑的组成与底层原理(CPU)

前言

前段时间华为芯片引发热议,美国的各种技术产品断供,华为表示:不虚,我买下了A## 标题RM V8——CPU架构的永久版权,问题来了,什么是ARM V8架构?这是个什么玩意儿,整了几天搞懂了,顺便学习了一下电脑的底层原理,写出来避免忘记,本篇文章以CPU为中心讲解。

电脑的组成

电脑的组成分为软硬件,硬件又分输入输出设备,就是键盘、鼠标、显示器、硬盘、内存、CPU等等,软件就是操作系统、应用等,这没什么可解释的,大家都差不多了解。

硬件-电脑的五头六臂

CPU(中央处理器)处理事务

说CPU是这个星球最尖端的科技,一点都不为过!CPU就是那沙子搓出来一个芯片,然后去测试能不能用,然后测试频率、相关参数,根据参数到底来给CPU命名高低端信号。顺便附上CPU制程视频地址

CPU的运行原理简单,晶体管通过电路连接,是否通电来表示0或者1,这是CPU制程最底层的原理,接下来是CPU架构,什么是CPU架构呢?可以给架构换个通俗易懂的词——布局,这个CPU架构就是制造CPU的图纸。ARM把CPU的制造图给了CPU制造公司,你按照架构图的晶体管布局、电路怎么布局等,来制造CPU。再简单通俗一点儿,CPU架构,写了晶体管安装在CPU的那些地方,有多少个,这些晶体管的电路是怎么连接的。然后架构还有各种单元,逻辑运算单元、寄存器、程序计数器等等。而华为买的就是这个ARM v8架构!别以为有了制造图,就所有公司都能造CPU了,CPU的制作非常复杂,CPU型号的高低端分配都是造出来后,去测试频率、处理能力等,参数高就是高端芯片,参数低是低端芯片。那华为为什么不自己研发CPU架构呢?这个架构是ARM公司研究好几年,才给出来的在CPU中最优的布局方案,你还要找最优?而且你自己研究出来,相似就是侵权。

CPU架构有了,怎么运行也是关键,然后呢ARM也相应的给了指令集,什么是指令集?这个后面的软件层面告诉你。

键盘、鼠标、显示器、硬盘、内存、主板、CPU等硬件

在这里插入图片描述

其他硬件都是通过主板进行桥接,如果CPU是大脑、那主板就是神经,键盘、鼠标、显示器、硬盘、内存这些硬件,通过主板的桥接,与CPU进行交互,然后完成复杂的运算、存储、显示、输入、输出。例如:你在键盘输入1+1=,系统所发生的那些操作。1、键盘输入的1+1=,键盘输入的要在显示器上显示,键盘与主板连接,主板把这个消息告诉CPU,CPU开始分发数据,CPU把数据告诉显卡,显卡开始编译像素点,在屏幕上显示出来。2、输入1+1=后,你鼠标点击运算,鼠标的点击指令,到达主板,主板告诉CPU“运算”,CPU进行运算(具体怎么运算,在这儿不赘述了,可取百度),运算出的结果要在屏幕上展示,CPU-主板-显卡-显示器,你就能看到了。3、你要保存这个1+1=2,然后保存指令-主板-CPU-主板-硬盘,就这样保存数据了。

正是这种硬件之间的完美配合,才出现今天这样强大的计算机,硬件层面结束。

软件-人与机器的完美交互

说起软件,大家可能知道的多了,QQ、微信、钉钉等等,各式各样。这儿讲的软件,我们深入去了解底层语言、怎么与CPU进行交互操作。

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每个人的电脑都有操作系统,操作系统语言是直接和CPU进行交互的吗?然而并不是。CPU只认识0/1这两个数字,而操作系统是高级语言,例如windows是C++语言编写的,那么操作系统怎么和CPU进行交互的呢?高级语言-汇编语言-机器语言-汇编语言-高级语言,这是交互顺序,机器语言就是0/1。最开始的计算机,程序员编写的代码就是010110这样的代码,后来这样的代码,普通人难以理解,怎么办?推出了汇编语言,汇编语言更能接近人的语法,但它还是低级语言。重点来了,前面提到的CPU架构指令集,就是告诉你01代表什么含义,0110010110101010001这个数字又代表什么含义,最开始的程序员,就是看着这样的指令集在敲0100001010,后来因为太麻烦,不能普及,所以根据机器语言和指令集,开发了汇编语言,汇编语言更能接近人的语法,你可以直接输入这段文字,然后汇编语言将这段文字转换位0101100这样的二进制格式,交给CPU处理,这样就大大提高了程序员的开发,更加具有普及性了,而操作系统,就是在汇编语言的基础上进行开发的操作系统,而操作系统的诞生,使得人与机器的交互达到更完美的地步。

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这次以2+2=4为例,看看电脑怎么处理它的:1、键盘、鼠标、写字板等输入数据。2、高级语言1+1=-汇编语言-机器语言001+001=。3、主板桥接CPU。4、数据到达CPU 001+001=。5、数据开始运算。6、运算结果是二进制100。7、主板桥接,传输数据。8、机器语言001+001=100 - 汇编语言 - 高级语言1+1=2。9、数据经过主板传递到输出设备,屏幕显示,内存存储,硬盘存储。

结语

可能文章较粗略,没有那么的详细。因为一般人也用不到那么详细,如果存在问题,请及时联系我修改。

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