計算機硬件的基本組成-大框架的建立
首先看一下計算機大概體系。
一、計算機體系的三層結構
軟件相當於靈魂，向計算機發出指令。如果計算機沒有運行軟件，那么這台計算機是不能操作的。計算機大體上是分為兩個部分：硬件和軟件。但是為了更清晰的理解，把軟件也大概分為了兩個部分。
計算機在大方面上是由三部分組成的：
- 應用程序。位於計算機的上層。比如QQ，微信等，都是我們在計算機上運行的程序。
- 操作系統。位於計算機體系中間層。比如win7,mac等，也是屬於軟件部分，但是操作系統是直接和計算機硬件打交道的，一般我們說的重裝系統就是這個操作系統。
- 計算機硬件。位於計算機體系的底層。是我們肉眼所能看到的機器各樣的零件。
二、計算機硬件的三大核心
計算機硬件的核心一共有三種分別是cpu、存儲器、I\O設備。
下面逐條分析。
2.1 cpu
cpu是計算機的最最核心的硬件，相當於人的大腦，在接到軟件下發的指令之后，向計算機各個部位發送指令，統籌協調各個部位的運轉，共同完成下達的任務。
2.1.1 cpu內的指令集
cpu內含有豐富的指令集，軟件下達的指令，會對比cpu內的指令集然后在去實現對應的功能。指令集分為兩種：
- 精簡指令集(SISC)。每一個指令都能實現簡單的功能，執行效率高，一般手機上使用這種cpu.
- 復雜指令集(CISC)。每一個指令實現的功能較為復雜，相比較精簡指令集，容易出錯，執行效率較低，但是使用較為簡單方便，一般用於電腦。
2.1.2 x-86 64位是什么意思呢
cpu在最開始被研究出來的所起的一種系列的名字， 然后后來就一直稱為x-86。知道大概就可以吹了，不要過分深究，我也就知道這么多。
那么64位呢？就是說cpu一次從內存中取出來的二進制位數。32位，就是cpu一次取出32位二進制，現在32位基本淘汰了，大家可以放心大膽的使用64位的，而且64位還可以運行32位，會在前面補32個0.
2.1.3 cpu的內部構造
cpu內部有三種部件：
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控制器。這是計算機最核心的功能，是計算機的司令部，控制各個硬件的運行。
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運算器。只進行邏輯相關的運算和數學運算。
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寄存器。屬於內存，L1級別，但是在cpu內部，是采用與cpu相同的材質制成的，存放有cpu下步非常急需的變量等，存在的意義是為了加快運行速度。
高度緩存也是內存的一種，屬於L2級別，造價昂貴。有的位於cpu內部，有的位於外部，有三種級別的緩存。
2.1.4 cpu的兩種狀態
cpu在運行的時候有兩種工作狀態：
- 內核態。此時cpu上運行的是操作系統。可以操控計算機的硬件和運算相關的指令。
- 用戶態。此時cpu上運行的是應用程序。不能操控計算機硬件。
cpu的工作狀態在兩者之間頻繁切換，當我們運行程序時，處於用戶態，但是一旦涉及到需要操控計算機硬件 ，那么計算機就會切換到內核態。
2.2 存儲器
存儲器分為寄存器、高速緩存、內存和外存等，功能也有多不同，我們主要說內存。
2.2.1 內存
理論上來說，cpu可以直接與硬盤進行溝通，但是運行速度太慢，就在中間加個內存。內存中的數據斷電就會消失，不能永久保存。
2.2.2 內存被稱為主存
程序的運行一般都先從硬盤里讀取到內存，然后cpu提取到內存中的指令，然后開始運行，再講運行結果返回給內存。同樣地，輸入設備等的信息都需要通過內存，然后在由cpu運行。所以，內存是溝通cpu和硬盤等的必經之路，所以稱之為內存。
2.2.3內存的分類
內存主要分為RAM和ROM。
- RAM。可讀可寫的內存。
- ROM。可讀不可寫。在生產出來的時候已經由廠商制定好了。上面存放有BIOS系統，保證電腦在還沒安裝操作系統的時候能有個基本的輸入輸出的操作。
2.2.4 CMOS
CMOS也是屬於內存RAM的一種，耗電量極低，且由主板上的電池供電，上面存放一些基本的配置信息，如時間等，電腦開機以后的時間之所以准確就是因為CMOS的原因。接下來在計算機的啟動會詳細講解。
2.2.5硬盤
計算機的文件是保存在硬盤上的，硬盤上的數據被讀取到內存上，然后cpu進行分析、識別、執行。所以，運行順序是：硬盤》內存》cpu》內存》硬盤。硬盤的運行時間長主要是因為尋找數據的時間，被稱為IO延遲。
IO延遲 = 平均尋道時間+平均延遲時間
平均尋道時間：機械手臂在硬盤上的不同磁道中發現數據所在磁道的時間。
平均延遲時間：是尋找所在磁道中該數據位置的時間，平均累計為半圈。
3.輸入輸出設備
顧名思義，就是輸入設備及輸出設備，是計算機從外界獲取和顯示數據的設備。
- 輸入設備：鼠標鍵盤等。
- 輸出設備：打印機、顯示屏等。
三、計算機是如何啟動的
前面已經知道計算機的三層體系了，分別是計算機硬件、操作系統、應用軟件。我們已經知道計算機是通過按開機鍵，然后就會顯示操作系統的界面，那么，在這中間，又經歷了什么呢？
3.1 BIOS
這時候要說一下BIOS ，當我們打開一個裸機，然后會出現一個類似於藍白色（各個廠商不同，界面不同）的基本界面，只能進行一些鍵盤的輸入，這個系統就是BIOS，存放在ROM中，就相當於內存。在這個時候BIOS就起到了操作系統的作用，然后會去CMOS讀取一些配置信息。
這是對應的關系
| 裸機的三大核心 | 計算機 |
|---|---|
| CPU | CPU |
| ROM（存放BIOS） | 內存 |
| CMOS | 硬盤 |
3.2 計算機的啟動流程
這個時候就可以講一下計算機的啟動流程了，注意：即使計算機裝完系統，計算機開機依然要經歷BIOS的階段，因為這是計算機出廠就已經確定的過程。
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計算機通電。
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啟動BIOS系統，檢查計算機設備。
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BIOS讀取CMOS中的一些配置信息，選擇啟動設備。
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從啟動設備中讀取第一扇區的內容，稱為MBR，內部含有分區信息。
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根據分區信息，讀入bootloader裝載模塊，啟動操作系統。
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操作系統詢問ＢＩＯＳ獲得配置的信息。檢查每種設備的驅動程序是否存在，檢測完畢會調入內核，然后初始有關的表格，傳進已經設定好需要的進程，並在終端啟動登陸程序。