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@3632qaz 2017-04-08T10:47:26.000000Z 字数 5055 阅读 1333

硬件基础稿

uce


通常,我们的电脑由三部分组成:输入单元,输出单元,主机部分
不管是台式机还是笔记本,它们内部都有一块电路板,上面密密麻麻地布满了大小不一的电子器件,包括CPU、内存条、网卡、各种插槽和接口等,而将cpu、内存等取出后,包含各种插口的电路板,就是“主板”

第一部分:cpu,硬盘,内存

CPU(Central Processing Unit) 就是“中央处理器”,是计算机的大脑,负责计算、思考、处理数据、控制其他设备等。

目前市场上常见的应用于台式机和笔记本的CPU有 Intel(英特尔) 和 AMD(超微半导体公司)。

要了解Intel和AMD的关系就不得不提仙童半导体公司。仙童半导体创立于1957年,创办仙童半导体的人是“晶体管之父”肖克利博士,肖克利是一名富有创业精神的物理学家,拥有成为百万富翁的远大理想。1955年,他在山景城创建了肖克利实验室股份有限公司,然后到人才济济的美国东海岸发布招聘信息。电子领域的年轻才俊们受到肖克利名气的吸引,纷纷前来应聘。就这样,他招揽到了八位才华横溢的年轻人才。他们之中,有获得过双博士学位者,有来自大公司的工程师,有著名大学的研究员和教授,这是当年美国西部从未有过的英才大集合。

但肖克利博士并不善于管理,八名天才先后离开仙童半导体公司。肖克得博士称他们为“八叛逆”。“八叛逆”其中葛罗夫(A. Grove)和戈登·摩尔(Gordon Moore)就是英特尔公司的创始人之一,戈登·摩尔就是著名摩尔定律的提出者。而AMD创始人杰里·桑德斯(JerrySanders)则是在“八叛逆”离开以后,仙童公司重组公司结构,被开除的员工,但桑德斯并不气馁,怀揣着对半导体行业美好前景的信心,也踏上了创业的不归路。
两家公司成立仅差一年,1968,1969起步可以说是天差地别,一个是大名鼎鼎的“八叛逆”,一个是被公司开除的销售员工。Intel,创业初期可谓是顺风顺水,推出的世界上第一块个人微型处理器——4004成为IT行业的基石。反观桑德斯这个一无声望二无技术三无资金的门外汉,只有一腔热血在创业路上跌跌撞撞,连注册资金都凑不齐。

在AMD成立初期,桑德斯的定位非常明确,售卖低价产品努力成为第二供应商,不需要技术领先,只需要模仿能力和制造工艺,显然这与AMD当时的自身条件是匹配的。而Intel则以技术发展为导向,是典型的技术领先与创新者。就这样到了1982年,IBM公司决定做一个划时代的产品,但当时的8086处理(X86鼻祖)产能不足,于是IBM对Intel说,如果PC要采用8086处理器,除非Intel允许第二家制造商能够生产8086以保证IBM有可靠的供应,Intel迫于无奈开始与AMD合作。所以AMD在当时,只是一个由Intel提供设计图纸,生产兼容处理器的公司,而它推出的处理器也都打上了Intel的LOGO。

1986年,Intel推出了成功的80386系列处理器,代表性的产品为386DX-33,主频达到33MHz。它集成了32万个晶体管,执行单一指令只需要两个时钟周期。386DX成为当时追求高性能用户的理想选择,主要优点是它采用了新的内存使用方式和多任务性,可以开发基于PC图形用户界面,为运行Windows3.X提供了可能。从386诞生这个时候“摩尔定律”开始发力,如果说前10年Intel CPU的发展是龟速,那么到了386时代,就进入了高速快车道,一发而不可收拾。

在此期间AMD推出基于286授权的Intel 80286兼容处理器,和80286处理器差不多,但是时钟脉频速度更高,Intel的286最高只到12.5MHz,AMD则曾销售过20MHz版本。Intel开始意识到AMD对自己有可能产生威胁,停止了与AMD的技术合作协议,并向联邦法院提出申诉,要求兼容其X86的处理器不得使用X86的名称,但联邦法院却判决X86芯片兼容的处理器厂商仍然可以在它们的产品上继续使用X86名称。此后的一段时间里,AMD生产的386和486处理器在数量上居然超过了英特尔,瓜分了处理器市场份额。

英特尔在1993年推出的新一代处理器上,没有采用80586的名称,而是命名为Pentium,这种命名方式将它的产品与AMD区别开来,这个品牌的推出,也让人们开始重视处理器的品牌概念。
Pentium处理器可以说是一个里程碑。它继承了310万个晶体管,每秒可以运行一亿条加法指令,尽管它仍然基于CISC指令集,但英特尔首次在这个系列处理器中部分采用了RISC(Reduced Instruction Set Computing,精简指令集)技术。到了奔腾级别的CPU,AMD就没法再模仿了,因为310万个晶体管的制作工艺实在是太复杂了。所以AMD后来创造了第一种由自己原创设计的x86芯片K5,性能大致上能与奔腾相比;但这种芯片直到1996年才上市,市场反应并不理想。
1999年AMD发布了K7架构处理器,也就是我们耳熟能详的速龙系列,这是AMD的巅峰时期。频率从500MHz起,使用新的Socket A插口,内部系统总线来自DEC的授权,为200MHz,而当时Intel的奔腾处理器仅为133MHz。K7的成功让AMD赚的盆满钵满,2000年AMD的净销售额达到了46亿美元。随便AMD乘胜追击,继续推出了K8架构处理器,K8最大的变化就是支持64位X86指令集。这种扩展技术后来成为了行业标准,击败了Intel的64位架构。到了2004年,台式机处理器市场份额竟然超过50%,首次高于Intel,当然这也是最后一次高于Intel。

Intel钟摆理论成功压制AMD
2007年Intel正式提出了钟摆计划。即每一次处理器微架构的更新和每一次芯片制程的更新遵循“Tick-Tock”规律,名称源于时钟秒针行走时所发出的声响。每一次“Tick”代表着一代微架构的处理器芯片制程的更新,而每一次“Tock”代表着在上一次“Tick”的芯片制程的基础上,更新微处理器架构提升性能。一般一次“Tick-Tock”的周期为两年,“Tick”占一年,“Tock”占一年。正是这套计划,让Intel在06年之后逆转了局面,AMD开始节节败退。
至此Intel在高端处理器市场就一直处于领先地位,至今无人能敌。AMD不得不改变策略,被迫只能在价格方面展开竞争,这跟AMD在早期面临的困境如出一辙。到了2009年,AMD开始把业务重心放在GPU上,在CPU上不于Intel正面竞争。
在AMD并购ATI以后,随即公布了代号为“AMDFusion”(融聚计划)。简要地说,这个项目的目标是在一块芯片上,集成传统中央处理器和图形处理器,也就是APU。AMD当初对apu的计划十分雄心勃勃,定了个三步走的计划,但APU的性能和特性乏善可陈,销量上一直不如人意。

今年,AMD扭转了此前连续六季度亏损的局面,开始实现盈利。AMD的最新的Zen处理器也将在明年1月份的CES 2017上正式发布,据AMD CEO 苏姿丰透露,AMD Zen高端桌面芯片可以和Intel Skylake性能相媲美,代号Summit Rdige,8核16线程,支持DDR4、PCI-E 3.0和下一代I/O,AM4统一封装。而Intel这边也会在CES 2017上发布第七代酷睿处理器,直面Zen处理器。

电脑对资料的判断主要依据有高低电位来判断,因此有种说法叫电脑只认识1和0。所以,电脑对数据的记录和处理是以二进制来运算的,我们将二进制的位叫做bit,它是信息的最小单位。一般我们将8位作为1byte。但现在我们更常用的单位为kb、mb、gb。我们经常听说系统有64位的,32位的,指的就是CPU一次处理数据的能力,32位的cpu就是一次处理32bit的数据(4byte)64位的是一次处理64bit(8byte)数据。
由于AMD、Intel、VIA所开发出来的x86架构CPU被大量使用于个人电脑(Personal computer)用途上面,因此,个人电脑常被称为x86架构的电脑。一般64位的cpu安装64位的系统,32位的安装32位的系统,64位的系统可以安装32位的软件(cad例外)

硬盘(Hard Disk Drive 简称HDD)是电脑主要的存储媒介之一,由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。分为机械硬盘(HDD)和固态硬盘(SSD)

机械硬盘就像VCD或DVD,由一个精密电机带动光盘快速转动来让探头读取和写入数据。
固态硬盘就像手机内存卡或U盘,内部有上亿个电子元器件,非常细小,达到纳米级别,通过电路来读取和写入数据。
两种硬盘使用方法相同,固态硬盘的速度更快,价格更高。现在使用的多为sata接口。

然而相比于cpu的读写速度,从硬盘的读写速度还是比较慢的,所以在cpu和硬盘之间,还有另外一样东西——内存内存速度的读写速度介于cpu与硬盘之间。
内存(Memory)也被称为内存储器,其作用是用于暂时存放CPU中的运算数据,以及与硬盘等外部存储器交换的数据。

内存分类主要有SDRAM,DDR,DDR2,DDR3内存,它们的时代,频率,工作电压都不尽相同。尤其是接口,完全不能混插。

数据会先从硬盘中读入到内存(这里指ram),然后cpu从内存中读入数据进行运算。例如打开qq这个程序:首先,安装的QQ软件是保存在硬盘。双击QQ图标,操作系统就会知道你要运行这个软件,它会在硬盘中找到你安装的QQ软件,将数据复制到内存,CPU直接与内存打交道,它会读取内存中的数据进行处理,并将结果保存到内存。如果需要保存到硬盘,才会将内存中的数据复制到硬盘。

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第二部分:bios,南北桥,显卡

主板上面的元件是非常多的,而每个元件的参数又具有可调整性。举例来说,CPU与内存的频率是可调整的;而主板上面如果有网卡或者是显卡时,该功能是否要启动与该功能的各项参数,是被记录到主机板上头的一个称为CMOS的晶片上,这个晶片需要借着额外的电源来发挥记录功能,这也是为什么你的主机板上面会有一颗电池的缘故。

那CMOS内的资料如何读取与更新呢?在开机的时候可以按下F2按键来进入一个名为BIOS的画面 BIOS(Basic Input Output System)是一个程序,这个程序是写死到主机板上面的一个rom芯片中。另外,BIOS对于个人电脑来说是非常重要的,因为他是系统在开机的时候首先会去读取的一个程序。

随机存取存储器(ram),对于CPU来说,RAM是主要存放数据和程序的地方,所以也叫做“主存”
只读存储器(rom),对于用户来说,它只能读取数据,不能写入信息,断电也没有关系,放ROM的数据一辈子都不会变,如主板上的bios。

芯片组。
早期的芯片组通常分为两个桥接器来控制各元件的沟通,分别是:(1)北桥芯片:负责连结速度较快的CPU、主记忆体与显示卡界面等元件;(2)南桥芯片:负责连接速度较慢的装置介面,包括硬盘、USB、网卡等等。
不过由于北桥最重要的就是CPU与内存之间的桥接,因此目前的主流架构中,大多将北桥芯片整合到CPU封装当中了。所以有时你只会看到CPU而没有看到北桥芯片。

显卡全称显示接口卡(Video card,Graphics card),又称为显示适配器(Video adapter),显示器配置卡简称为显卡,是个人电脑最基本组成部分之一。显卡在电脑中起着显示图形的任务,也就是让屏幕上可以显示出各种各样的画面,如果没有显卡,那么你的电脑显示器是无法出现画面的。

显卡图形芯片供应商主要包括AMD(ATI)和Nvidia(英伟达)两家

显卡的结构分为三部分GPU、显存、显卡BIOS
GPU全称是Graphic Processing Unit,中文翻译为“图形处理器”,与主板上的cpu类似。GPU是专为执行复杂的数学和几何计算而设计的,这些计算是图形渲染所必需的。
显存是显示内存的简称。其主要功能就是暂时储存显示芯片要处理的数据和处理完毕的数据。和主板上的内存相似。
显卡BIOS主要用于存放显示芯片与驱动程序之间的控制程序,另外还存有显示卡的型号、规格、生产厂家及出厂时间等信息。与主板biso类似。

集成显卡是将显示芯片、显存及其相关电路都集成在主板上,与其融为一体的元件。
独立显卡是指将显示芯片、显存及其相关电路单独做在一块电路板上,自成一体而作为一块独立的板卡存在,它需占用主板的扩展插槽。
核芯显卡是指GPU部分它是与CPU建立在同一内核芯片上,两者完全融合的芯片

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