Linux學習筆記(一)

2021-07-11 01:12:38 字數 4425 閱讀 7936

計算機概論

計算機,接受使用者輸入指令與資料,經由**處理器的數學與邏輯單元運算處理之後,以產生或儲存成有用的資訊。

計算機的組成,一說輸入輸出裝置、**處理器、儲存裝置。另一說輸入單元、輸出單元、主機部分。

cpu-central processing unit

cpu為乙個具有特定功能的晶元,裡頭含有微指令集。其包含算數邏輯單元(alu)和控制單元(cu)。算術邏輯單元主要負責運算與邏輯半段,控制單元主要在協調各周邊元件與單元間的工作。

cpu的架構

cpu的指令集的設計主要分為兩種設計理念。

精簡指令集(risc)和複雜指令集(cisc)

reduced instruction set computer,指令集比較精簡,每個指令的執行時間都很短,完成的動作也很單純,指令的執行能較佳。但是要做到複雜的指令集,就要由很多指令來完成。常見的risc微指令集cpu主要例如甲骨文(oracle)的sparc系列——用於大型工作站,ibm公司的power architecture(包括powerpc)系列——ps3,安謀公司(arm holdings)的arm cpu系列——手機,導航系統,網路裝置(交換機,路由器)等。

complex instruction set computer,cisc在微指令集的每個小指令可以執行較低階的硬體操作,指令數目多而且複雜,每條指令的長度並不相同。指令負載所以每條指令話費的時間比較長。但每條個別指令可以處理的工作較為豐富。常見的cisc微指令集cpu有amd,intel,vi等的x86架構的cpu

因為amd,intel,via所開發出來的x86架構cpu被大量使用於個人電腦pc,因此pc被稱為x86架構的電腦。

x86,名字**於intel最早的cpu代號為8086,所以稱之為x86架構。

intel2023年以前所開發的x86架構由8位元公升級到16位32位。後來amd依次修改新一代的cpu為64位,為區別32位,與64位,因此64位的cpu又被統稱為x86_64的架構。

電腦的計算單位

容量單位

0/1這個二進位的單位稱作bit,bit很小,在儲存資料時每份簡單的資料都會使用到8個bit的大小來記錄,因此定義了byte這個單位所以1byte=8bit。b=byte,b=bit.

進製kilo mega giga tera peta exa zetta

二進位 1024 1024k 1024m 1024g 1024t 1024p 1024e

十進位 1000 1000k 1000m 1000g 1000t 1000p 1000e

速度單位

cpu的計算速度常使用mhz或者是ghz之類的單位。在網路傳輸方面,由於網路使用的是bit單位,因此網路常使用的單位是mbps,即mega bit per second

pc架構與裝置

主機板是連線各元件的乙個重要專案,因此在主機板上面聯通各部元件的晶元組設計優劣,就會影響效能不少。早期的晶元組通常分為兩個橋接器來控制各元件的聯通,分別是

北橋,負責連線速度較快的cpu,記憶體,和顯示卡。

南橋,負責連線速度較慢的裝置介面,包括硬碟,usb,網絡卡。

目前的主流架構中,大多將北橋記憶控制器整合到cpu封裝當中了,所以我們看到主機板上只有南橋沒有北橋。

cpu的核數指的是運算單元的個數

cpu外頻是cpu與外部元件進行資料傳輸是的速度,倍頻則是cpu內部用來加速工作效能的乙個倍數。

超執行緒(hyper-threading),在每乙個cpu內部將重要的暫存器分成兩群,讓程式分別使用這兩群暫存器,讓cpu 好像同時有兩個核心。

記憶體,pc的記憶體主要元件為動態隨機訪問儲存器(dram)。

記憶體從sdram發展到ddr(double data rate).

頻寬=頻率*寬頻,ddrn的倍頻是2^n。

多通道設計,傳統的寬度為64位,為了加大寬度,將兩隻記憶體並疊起來,寬度則達到了128位。

靜態隨機訪問儲存器(sram),二級快取l2 cache,存在於cpu內部,放置常用的程式或資料。其速度與cpu頻率相同,速度非常快。

bios(basic input output system)是一套程式,這套程式是寫死到主機板上的乙個記憶晶元中,這個記憶晶元在沒有通電時也能將資料記錄下來,那就是唯讀儲存器(rom)。bios控制著開機時各項硬體引數的取得,以前的bios使用的是rom,為了匹配電腦的發展,bios的更新需要使用flash或eeprom.

韌體firmware.bios就是乙個韌體。韌體就是綁在硬體上的控制軟體。

**顯示卡(**vga,video graphics array),記錄圖形需要占用儲存器,因此顯示卡上面會有乙個儲存器的容量,這個顯示卡儲存容量將會影響到螢幕的解析度和色彩飽和度。早期3d的運算時交給cpu去運作,但是cpu並非針對3d來設計的,所以後來在顯示卡上面嵌入了乙個3d加速的晶元,這就是所謂gpu稱謂的由來。顯示卡也需要高速度的資料傳輸。

cpu與顯**過pcie連線,而與計算機外部的連線的介面主要有四種,vga,dvi,hdmi,dp。vga與dvi只能傳輸影像,而hdmi與dp不僅能傳輸影像還能傳輸聲音。

硬碟,硬碟的傳輸介面,傳統的硬碟介面有sata,sas,ide,和scsi,外接式硬碟介面有usb,esata,現在ide被sata取代,scsi被sas取代。

sata的歷代介面

注意:當傳輸8位元時,另有2位元是作檢驗之用,所以在計算頻寬時,使用的換算比例是1:10而不是1:8.

sas,早期工作站或大型電腦使用scsi介面,不過後來被sata取代,所以後來在scsi的基礎上發展了sas,其歷代介面

usb,歷代介面

編碼系統

ascii為常見的英文編碼系統,在這個系統中,每個符號都會占用1bytes的記錄,因此共有256種變化。

中文中最早使用的是big5編碼,每個漢字占用2bytes,所以有65536種變化,因為這個編碼系統的原因,後來推出了unicode編碼系統,也就是常說的utf8或萬國碼。

作業系統(opreating system,os),下圖表示了作業系統在計算機中扮演的角色:

核心(kernel)主要在掌控硬體與提供相關的能力,提供合理的計算機系統資源分配。

系統呼叫(system call),這是為了方便程式開發者可以輕易的透過與核心的溝通,將硬體的資源進一步的利用, 於是需要有這個簡易的介面來方便程式開發者。

核心功能,其包括系統呼叫介面(system call inte***ce),程式管理(process control),記憶體管理(memory management),檔案系統管理(filesystem management),裝置的驅動(device drivers)

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