鳥哥私房菜第四版_第零章_計算機概論(未完)

0、計算機概論

0_1、電腦：輔助人腦的好工具

• 電腦就是工具有辦公、溝通、等等功能
• 常見手機、個人PC、GPS等等

0_1_1、計算機的硬件的五大資源

三大主要部分

主機部分
最重要的是CPU(中央處理器)
CPU主要功能是管理和運算

CPU運算和判斷數據來自於內存
CPU與內存

注： 加大內存可以提高電腦性能，原理就是增加數據傳輸空間

五大資源
輸入單元、內存、cpu控制單元、cpu邏輯運算單元、輸出單元

0_1_2、一切設計的起點：CPU的架構

** 精簡指令集（RISC）**

• 這種CPU的設計中，微指令集較爲精簡，每個指令的執行時間都很短，完成動作也很簡單，指令的執行性能較佳；但是若做複雜的事，就需要多個指令來完成
• 常見RISC微指令集的CPU：
  • 甲骨文的SPARC系列（大型工作站）
  • IBM的Porwer Architecture系列 （索尼PS3）
  • 安謀的ARM CPU（手機等）目前最普遍
    ** 複雜指令集（CISC）**
• CISC在微指令集的每個小指令可以執行一些較低的硬件操作，指令數目多而且複雜，每條指令長度並不相同。因此指令執行較爲複雜所以每條指令花費的時間較長，但每條指令可以可以處理的工作較爲豐富
• 常見覆雜指令集CPU
  • AMD x86 x86_64
  • Intel x86 x86_64
    注： 64位 32位 表示cpu一次讀寫的大小

0_1_3、其他單元的設備

• 系統單元
  • cpu、內存、主板、網卡、磁盤整列卡、顯卡等
• 存儲單元
  • 內存、輔助內存（磁盤）
• 輸入輸出單元
  • 顯示器、音響等

0_1_4、運行流程

0_1_5、電腦按用途分類

• 超級計算機
• 大型計算機
• 迷你電腦
• 工作站
• 個人電腦

0_1_6、電腦上面常用的計算單位

容量單位

8b = 1B

1024B=1KB

1024KB=1MB

1024MB=1GB

1024GB=1TB

1024TB=1PB

1024PB=1EB

0_2、個人電腦架構與相關設備元件

X86 個人CP主要架構瞭解 主要是Intel && AMD CPU

• Intel芯片架構
  • 主板連接各個元件，主板溝通各個元件的芯片組優劣直接印象性能
    • 北橋：負責連接速度較快的CPU、內存、顯卡等
    • 南橋：負責連接速度較慢的設備接口包括硬盤、USB、網卡等
      注： 目前架構北橋被整合到CPU

0_2_1、執行腦袋運算與判斷的CPU

• CPU負責大量運算，是高發熱量元件，CPU上安裝風扇散熱
• 多核CPU就是一個CPU外殼裏安裝了多個CPU單元
• CPU針腳不同，主板型號不同，升級注意
• CPU頻率越高表示這顆U在一定時間內可以執行指令越多
• CPU頻率不能決定CPU的性能，還得看微指令集和架構等等
• CPU工作頻率：外頻和倍頻
  • 外頻 X 倍頻 = 內頻（工作頻率）
  • 超頻 就是將 外頻或倍頻的頻率提高
    • 一般提升外頻，倍頻通常在出廠時被鎖定了
  • 現在的CPU封裝北橋，CPU會自己調頻，達到超頻和低頻目的
• CPU等級
  • x86
  • x86_64
  • x86 不能運行標有x86_64的軟件
• 超線程（HT）
  • 將CPU內部的寄存器分成兩羣，讓程序使用。讓兩個程序同時“競爭CPU的運算單元”，而非通過系統的多任務切換，充分利用CPU運算單元。

0_2_2、內存

• 全稱：動態隨機存取內存（DRAM）
• 內存中間有突起物防止插錯
• 內存得電存儲數據，失電數據清空

DRAM分類：

• SDRAM
• DDR SDRAM
  • DDR 雙倍數據傳送速度（一週期兩傳輸，類似倍頻）
  • 頻率比ADRAM好

注：DDRxL內存位低壓內存，使用時注意

內存容量

• 內存容量也重要，因爲當調用數據時如果容量不夠會將暫時不用的數據釋放，影響性能故而有時內存容量比CPU速度還要重要

多通道設計

• 傳統的cpu和內存傳輸寬度爲cpu位數，但是爲了加大傳輸跨度就出現了雙通道，使傳輸寬度 X 2
  • 同信道顏色一樣
• 在一些服務器上，因爲效率的原因，用到三信道甚至四信道

DRAM 與 SRAM

• DRAM內存 SRAM二級緩存
• CPU 一級緩存存指令
• 二級 三級 爲 內存數據的緩衝設備，內存將數據現存入三級，三級再到二級，二級被CPU調用
• 二級最快 三級次之 內存最後

只讀存儲器（ROM）

• 硬件配置信息 存儲在CMOS芯片 主板電池就是給他供電的
• 配置信息可以在BIOS中更改
• BIOS就存放在只讀存儲器(ROM)中
• ROM是一種非揮發性內存
• 因爲時代發展BIOS程序代碼需要更改但是ROM不能改，所以現在BIOS寫入在閃存（
• flash）或EEPROM中

0_2_3、顯卡

• 顯卡又稱VGA，用於圖形影像的顯示
• 圖像顯示的顏色會佔用內存，因此顯卡上有一個內存稱爲顯存
  • 顯存直接影響屏幕分辨率和色彩深度
• 因爲顯卡在顯示3D動畫時需要運算，但是CPU不是針對3D顯示設計的，而且CPU十分繁忙，所以後來生產廠商直接在顯卡中嵌入3D加速芯片稱爲GPU
• 顯卡主要也是通過CPU的控制芯片來與CPU、內存等溝通。如前面提到的，對於圖形影像（尤其是3D遊戲）來說，顯卡也是需要高速運算的一個元件，所以數據的傳輸也是越快越好！

顯卡主板插槽

• PCle使用的是類似管線的概念來處理，在PCIe 第一版（PCIe 1.0）中，每條管線可以具有250MBytes/s的帶寬性能，管線越多（通常設計到 x16管線）則總帶寬越高！另外，爲了提升更多的帶寬，因此 PCIe 還有進階版本
  
  顯卡顯示器接口
• D-Sub （VGA端子）：爲較早之前的連接接口，主要爲15 針的連接，爲模擬訊號的傳輸，當初設計是針對傳統圖像管屏幕而來。主要的規格有標準的640x350px @70Hz、1280x1024px@85Hz 及2048x1536px @85Hz 等。
• DVI：共有四種以上的接頭，不過檯面上比較常見的爲僅提供數碼訊號的
  DVI-D，以及整合數碼與模擬訊號的DVI-I 兩種。DVI 常見於液晶屏幕的鏈接，標準規格主要有：1920x1200px @60Hz、2560x1600px @60Hz 等。
• HDMI：相對於D-sub與DVI 僅能傳送影像數據，HDMI 可以同時傳送影像與聲音，因此
  被廣泛的使用於電視屏幕中！電腦屏幕目前也經常都有支持HDMI 格式！
• Display port：與 HDMI相似的，可以同時傳輸聲音與影像。

0_2_4、硬盤與儲存設備

• 電腦總是需要記錄與讀取數據的，而這些數據存儲在儲存設備裏
• 常見的存儲設備：硬盤、軟盤、MO、CD、DVD、磁帶機、U盤（閃存）、還有新一代的藍光光驅等
  硬盤的物理組成
• 硬盤常見大小 3.5英寸、2.5英寸
• 硬盤物理結構

• 實際的數據都是寫在具有磁性物質的盤片上頭，而讀寫主要是通過在機械手臂上的磁頭（head）來達成。
• 實際運行時，主軸馬達讓盤片轉動，然後機械手臂可伸展讓磁頭在盤片上頭進行讀寫的動作。
• 由於單一盤片的容量有限，因此有的硬盤內部會有兩個以上的盤片

盤片上的數據

• 當初設計就是在類似盤片同心圓上面切出一個一個的小區塊，這些小區塊整合成一個圓形，讓機器手臂上的磁頭去存取。這個小區塊就是磁盤的最小物理儲存單位，稱之爲扇區（sector），那同一個同心圓的扇區組合成的圓就是所謂的磁道（track）。
  由於磁盤裏面可能會有多個盤片，因此在所有盤片上面的同一個磁道可以組合成所謂的柱面（cylinder）
• 同心圓外圈的圓比較大，佔用的面積比內圈多。所以，爲了善用這些空間，因此
  外圍的圓會具有更多的扇區 ——如圖
• 此外，當盤片轉一圈時，外圈的扇區數量比較多，因此如果數據寫入在外圈，轉一圈能夠讀寫的數據量當然比內圈還要多！因此通常數據的讀寫會由外圈開始往內寫的
• 原本硬盤的扇區都是設計成 512Byte 的容量，但因爲近期以來硬盤的容量越來越大，爲了減少數據量的拆解，所以新的大容量硬盤已經有 4KByte 的扇區設計

傳輸接口

傳統磁盤接口包括有SATA, SAS, IDE 與 SCSI 等等。若考慮外接式磁盤，那就還包括了USB, eSATA 等等
不過目前IDE 已經被 SATA 取代，而SCSI 則被SAS 取代

• SATA接口
  • SATA（Serial ATA）口的硬盤又叫串口硬盤
  • 每個設備需要使用掉一條SATA線
• SAS接口
  • SCSI 的速度後來被 SATA 打敗了！但是 SCSI 有其值得開發的功能，因此後來就有串行式 SCSI （Serial Attached SCSI, SAS） 的發展。
  • 這種接口的速度比 SATA 來的快，而且連接的 SAS 硬盤的盤片轉速與傳輸的速度也都比 SATA 硬盤好！
• 一般個人電腦的主板上面通常沒有內置 SAS 連接接口，得要通過外接卡才能夠支持。因此一般個人電腦主機還是以 SATA 接口爲主
• 這種接口的速度確實比較快，支持熱拔插等功能，許多的設備連接會以這種接口來鏈接！
  • 例如磁盤陣列卡的連接插槽，就是利用這種 SAS 接口開發出來的

USB接口

• USB最常見到的外接式磁盤接口
  

固態硬盤SSD

• SSD就是 閃存製作成大容量的設備，這些設備的連接接口也是通過 SATA 或 SAS方式
• 固態硬盤最大的好處是，它沒有馬達不需要轉動，而是通過內存直接讀寫的特性，因此除了沒數據延遲且快速之外，還很省電！

硬盤補充

• 緩衝內存
  • 硬盤上頭含有一個緩衝內存，這個內存主要可以將硬盤內常使用的數據高速緩存起來，以加速系統的讀取性能。 通常這個緩衝內存越大越好，因爲緩衝內存的速度要比數據從硬盤盤中被找出來要快的多了！
• SSD和機械硬盤（HHD）選擇
  • SSD 作爲系統盤， 然後數據儲存大多放置在 HDD 上面！這樣系統運行快速 （SSD），而數據儲存量也大 （HDD）。
• 轉速
  • 因爲硬盤主要是利用主軸馬達轉動盤片來存取，因此轉速的快慢會影響到性能。
• 運行須知
  • 由於硬盤內部機械手臂上的磁頭與硬盤盤的接觸是很細微的空間， 如果有抖動或者是髒污在磁頭與硬盤盤之間就會造成數據的損毀或者是實體硬盤整個損毀～ 因此，正確的使用電腦的方式，應該是在電腦通電之後，就絕對不要移動主機，並免抖動到硬盤， 而導致整個硬盤數據發生問題啊！另外，也不要隨便將插頭拔掉就以爲是順利關機！因爲機械手臂必須要歸回原位， 所以使用操作系統的正常關機方式，才能夠有比較好的硬盤保養啊！因爲他會讓硬盤的機械手臂歸回原位啊！

0_2_5、擴展卡與接口

因爲服務器可能因爲某些特殊的需求，需要使用主板之外的其他適配卡。所以主板上面通常會預留多個擴充接口的插槽， 這些插槽依據歷史沿革，包括 PCI/AGP/PCI-X/PCIe 等等，但是由於 PCIe 速度快到太好用了，因此幾乎所有的卡都以 PCIe 來設計了！ 但是有些比較老舊的卡可能還需要使用啊，因此一般主板大多還是會保留一兩個 PCI 插槽，其他的則是以 PCIe 來設計。
現在主板上面通常已經整合了相當多的設備元件了！ 常見整合到主板的元件包括聲卡、網卡、USB控制卡、顯卡、磁盤陣列卡等等。 你可以在主板上面發現很多方形的芯片，那通常是一些個別的設備芯片。不過，因爲某些特殊的需求，有時你可能還是需要增加額外的擴展卡的。

• 設備購買需要更具要求確定PCIe和PCI接口，以及信道問題
• 多信道卡 （例如 x8 的卡） 安裝在少信道插槽 （例如 x4 的插槽） 的可用性
  • 可以使用但是性能成比例下降

0_2_6、主板

發揮擴展卡性能須考慮的插槽位置

其實系統上面可能會有多個 x8 的插槽，那麼到底你的卡插在哪個插槽上面性能最好？ 我們以該圖來說，如果你是安插在左上方跟 CPU 直接連線的那幾個插槽，那性能最佳！如果你是安插在左側由上往下數的第五個 PCIe 2.0 x8 的插槽呢？ 那個插槽是與南橋連接，所以你的擴展卡數據需要先進入南橋跟大家搶帶寬，之後要傳向 CPU 時，還得要通過 CPU 與南橋的溝通管道， 那條管道稱爲 DMI 2.0。
根據 Intel 方面的數據來看，DMI 2.0 的傳輸率是 4GT/s，換算成文件傳輸量時，大約僅有2GByte/s 的速度， 要知道，PCIe 2.0 x8 的理論速度已經達到 4GByte/s 了，但是與 CPU 的信道竟然僅有 2GB，性能的瓶頸就這樣發生在 CPU 與南橋的溝通上面！ 因此，卡安裝在哪個插槽上面，對性能而言也是影響很大的！所以插卡時，請詳細閱讀您主板上面的邏輯圖示啊 （類似本章的 Intel 芯片示意圖）！ 尤其 CPU 與南橋溝通的帶寬方面，特別重要喔！

設備I/O位址與IRQ中斷信道

主板是負責各個電腦元件之間的溝通，但是電腦元件實在太多了，有輸出/輸入/不同的儲存設備等等， 主板芯片組怎麼知道如何負責溝通吶？這個時候就需要用到所謂的I/O位址與IRQ囉！

• I/O位址有點類似每個設備的門牌號碼，每個設備都有他自己的位址，一般來說，不能有兩個設備使用同一個I/O位址， 否則系統就會不曉得該如何運行這兩個設備了。而除了I/O位址之外，還有個IRQ中斷（Interrupt）這個咚咚。
• 如果I/O位址想成是各設備的門牌號碼的話，那麼IRQ就可以想成是各個門牌連接到郵件中心（CPU）的專門路徑囉！ 各設備可以通過IRQ中斷信道來告知CPU該設備的工作情況，以方便CPU進行工作分配的任務。 老式的主板芯片組IRQ只有15個，如果你的周邊接口太多時可能就會不夠用， 這個時候你可以選擇將一些沒有用到的周邊接口關掉，以空出一些IRQ來給真正需要使用的接口喔！ 當然，也有所謂的sharing IRQ的技術就是了！

CMOS與BIOS
前面內存的地方我們有提過CMOS與BIOS的功能，在這裏我們再來強調一下： CMOS主要的功能爲記錄主板上面的重要參數， 包括系統時間、CPU電壓與頻率、各項設備的I/O位址與IRQ等，由於這些數據的記錄要花費電力，因此主板上面纔有電池。 BIOS爲寫入到主板上某一塊 flash 或 EEPROM 的程序，他可以在開機的時候執行，以載入CMOS當中的參數， 並嘗試調用儲存設備中的開機程序，進一步進入操作系統當中。BIOS程序也可以修改CMOS中的數據， 每種主板調用BIOS設置程序的按鍵都不同，一般臺式機常見的是使用[del]按鍵進入BIOS設置畫面。

連接周邊設備的接口

主板與各項輸出/輸入設備的鏈接主要都是在主機機箱的後方，主要有：

• PS/2接口：這原本是常見的鍵盤與鼠標的接口，不過目前漸漸被USB接口取代，甚至較新的主板可能就不再提供 PS/2 接口了；
• USB接口：通常只剩下 USB 2.0 與 USB 3.0，爲了方便區分，USB 3.0 爲藍色的插槽顏色喔！
• 聲音輸出、輸入與麥克風：這個是一些圓形的插孔，而必須你的主板上面有內置音效芯片時，纔會有這三個東西；
• RJ-45網絡頭：如果有內置網絡芯片的話，那麼就會有這種接頭出現。 這種接頭有點類似電話接頭，不過內部有八蕊線喔！接上網絡線後在這個接頭上會有燈號亮起纔對！
• HDMI：如果有內置顯示芯片的話，可能就會提供這個與屏幕連接的接口了！這種接口可以同時傳輸聲音與影像， 目前也是電視機屏幕的主流連接接口喔！

0_2_7、電源供應器

除了上面這些元件之外，其實還有一個很重要的元件也要來談一談，那就是電源供應器（Power）。 在你的機箱內，有個大大的鐵盒子，上頭有很多電源線會跑出來，那就是電源供應器了。 我們的CPU/RAM/主板/硬盤等等都需要用電，而近來的電腦元件耗電量越來越高，以前很古早的230W電源已經不夠用了， 有的系統甚至得要有500W以上的電源才能夠運行
電源供應器的價差非常大！貴一點的300W可以到4000 NT，便宜一點的300W只要500 NT不到！ 怎麼差這麼多？沒錯～因爲Power的用料不同，電源供應的穩定性也會差很多。如前所述，電源供應器相當於你的心臟， 心臟差的話，活動力就會不足了！所以， 穩定性差的電源供應器甚至是造成電腦不穩定的元兇呢！所以，儘量不要使用太差的電源供應器喔！

能源轉換率

電源供應器本身也會吃掉一部份的電力的！如果你的主機系統需要 300W 的電力時，因爲電源供應器本身也會消耗掉一部份的電力， 因此你最好要挑選400W以上的電源供應器。電源供應器出廠前會有一些測試數據，最好挑選高轉換率的電源供應器。 所謂的高轉換率指的是“輸出的功率/輸入的功率”。意思是說，假如你的主板用電量爲250W， 但是電源供應器其實已經使用掉320W的電力，則轉換率爲：250/320=0.78的意思。 這個數值越高表示被電源供應器“玩掉”的電力越少，那就符合能源效益了！

0_2_8、選購須知

在購買主機時應該需要進行整體的考慮，很難依照某一項標準來選購的。 老實說，如果你的公司需要一部服務器的話，建議不要自行組裝，買品牌電腦的服務器比較好！ 這是因爲自行組裝的電腦雖然比較便宜，但是每項設備之間的適合性是否完美則有待自行檢測。
另外，在性能方面並非僅考慮CPU的能力而已，速度的快慢與“整體系統的最慢的那個設備有關！”，如果你是使用最快速的Intel i7 系列產品，使用最快的 DDR3-1600 內存， 但是配上一個慢慢的過時顯卡，那麼整體的3D速度性能將會卡在那個顯卡上面喔！所以，在購買整套系統時， 請特別留意需要全部的接口都考慮進去喔！尤其是當您想要升級時，要特別注意這個問題， 並非所有的舊的設備都適合繼續使用的。

系統不穩定的可能原因

• 系統超頻：這個行爲很不好！不要這麼做！
• 電源供應器不穩： 這也是個很嚴重的問題，當您測試完所有的元件都沒有啥大問題時，記得測試一下電源供應器的穩定性！
• 內存無法負荷：現在的內存品質差很多，差一點的內存，可能會造成您的主機在忙碌的工作時， 產生不穩定或死機的現象喔！
• 系統過熱：“熱”是造成電子零件運行不良的主因之一，如果您的主機在夏天容易死機，
  冬天卻還好，那麼考慮一下加幾個風扇吧！有助於機箱內的散熱，系統會比較穩定喔！ “
  這個問題也是很常見的系統死機的元兇！”

0_3、數據表示方式