计算机基础——计算机内部基本原理
什么是计算机?
计算机由硬件系统和软件系统所组成,其中硬件系统包括电源、主板、CPU(中央处理器)、内存、硬盘、声卡、显卡、网卡、调制解调器、软驱、光驱、显示器、键盘、鼠标、音箱、打印机、视频设备、扫描仪、闪存设备、UPS(不间断电源供应)等。软件系统则分为系统软件和应用软件两大类,系统软件包括操作系统、语言处理程序、数据库管理系统和服务程序等,而应用软件则是为解决特定问题而设计的程序,如办公软件、图像处理软件等。
计算机是一个巨大的闭合电路
在计算机中,其主要存储构造有CPU 内存 硬盘等等,——CPU 内存 为闪存,——硬盘为 永久化存储/持久化存储。硬盘又可以分为固态硬盘和机械硬盘
下面图例来解释磁盘具体的工作原理
存数据——电生磁,读数据——磁生电,其中N——1,S——0
电脑内部硬件之间 信息的传输是通过 电信号:电信号的表达可以通过——电流大小 电压大小
通常用电压大小来表达电信号:
- 用电压表示过程中损耗的功率更小。
- 用电压表示更稳定
为什么不用电流大小?
- 电流受外界影响较大(温度湿度、电线形状等因素)
- 根据 I*R=U & I*U=P公式可知,电流改变所消耗的功率远大于电压
以下图示为 磁盘存数据和读数据具体的物理原理
存数据 电生磁
读数据 电生磁
总线 在不同计算机中分为:32根 和 64根,分别对应32位计算机和64位计算机,这是CPU一次性能处理的信息量。
在计算机内部和网络中,传输过程中,由于电信号不能同时传送(会互相干扰,物理限制),所以传输需要排队
波:电磁波,光等等,这些波形式运输速度快。由于波频、振幅不同,所以不会互相干扰,可以同时传输。例如5G网等
由于以上情况,计算机为了安排顺序,存在专门的指令调度结构
CPU(中央处理器),也存在其他的处理器。
在电脑中所有硬件都具有智力,否则无法工作,智力的实现是通过 电路固定——电阻不固定 实现的 :智能性: 电压变(可控)—— 电阻变 ——信号变。(其中电阻不固定通过半导体实现)
与电信号同时传入的还有函数使用说明书(函数使用说明书包括:入参数量及类型,入参作用,函数功能,函数返回类型)
每个硬件都有一个驱动程序:驱动程序根据函数使用说明书直接操作硬件,每一个硬件都有一个驱动程序。
操作方式通过电压信号
为了增加效率,现代 CPU 通常包含三级缓存:L1、L2 和 L3。这三级缓存在提升 CPU 性能方面起着至关重要的作用。