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[嵌入式]计算机基础知识

CPU

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CPU是什么?

CPU是计算机的核心组件,相当于计算机的大脑。它是一种小型的计算机芯片,嵌入在台式机,笔记本或者平板电脑的主板上。通过在单个计算机芯片上放置数十亿个微型晶体管来构建CPU。这些晶体管使它能够执行运行存储在系统内存中的程序所需的计算,也就是说CPU决定了电脑的计算能力。

CPU是做什么的?

CPU的核心是从程序或应用程序获取指令并执行计算。此过程分三个阶段:提取,解码和执行。CPU从系统的RAM中提取指令,然后解码该指令的内容,然后再由CPU的相关部分执行该指令。

RAM : 随机存取存储器(Random Access Memory,缩写:RAM),也叫主存或者(运行)内存,是与CPU直接交换数据的内部存储器。它可以随时读写(刷新时除外),而且速度很快,通常作为操作系统或其他正在运行的程序的临时数据存储介质

CPU内部结构

程序编译的过程:

1。程序员用C语言等高级源编写的程序。

2。程序编译后转换成机器语言的EXE(二进制)文件。

3。程序运行时,在内存中生成EXE副本文件。

4。CPU解释并执行程序内容。

在这个流程中,CPU负责的就是解释和运行最终转换成机器语言的内容。

CPU主要由两部分构成:控制单元算术逻辑单元(ALU)

  • 控制单元:从内存中提取指令并解码执行
  • 算数逻辑单元(ALU):处理算数和逻辑运算

从功能来看,CPU内部由4部分组成,各部分之间通过电信号连通。

  • 寄存器 是中央处理器内的组成部分,它们可以用来暂存指令,数据和地址。可以将其看作是内存的一种。根据种类的不同,一个CPU内部会有20-100个寄存器。
  • 控制器 负责内存上的指令,数据读入寄存器,并根据指令的结果控制计算机。
  • 运算器 负责运算从内存中读入寄存器的数据。
  • 时钟 负责发出CPU开始计时的时钟信号。

常?的寄存器种类:

通?寄存器 :?来存放需要进?运算的数据,?如需要进?加和运算的两个数据。

程序计数器 :?来存储 CPU 要执?下?条指令「所在的内存地址」,注意不是存储了下?条要执?的指令,此时指令还在内存中,程序计数器只是存储了下?条指令的地址。

指令寄存器 :?来存放程序计数器指向的指令,也就是指令本身,指令被执?完成之前,指令都存储在这?。

位和比特

基本概念

Bit意为“位”或“比特”,表示信息的最小单位,叫做二进制位,是计算机运算的基础,属于二进制的范畴,一个bit等于一个二进制数。

Byte意为“字节”,用于表示计算机中的一个字符,是计算机文件大小的基本计算单位;

这两者应用的场合不同。通常用bit来作数据传输的单位,因为物理层,数据链路层的传输对于用户是透明的,而这种通信传输是基于二进制的传输。在应用层通常是用byte来作单位,表示文件的大小,在用户看来就是可见的数据大小。比如一个字符就是1byte,如果是汉字,则是2byte。

实际应用

字节是内存的基本单位,也是编址单位,例如,某计算机的内存是4GB,指的就是该计算机的内存中共有4×1024×1024×1024个字节。

Bps即是Byte per second 的简称。而电脑一般都以Bps 显示速度,如1MBps 大约等同 128 KBps。?

bps 是 bits per second 的简称。一般数据机及网络通讯的传输速率都是以「bps」为单位。如56Kbps、100.0Mbps 等等。?

即宽带运营商以bps作为单位,而实际下载速度则是Bps,所以100.0Mbps百兆宽带的下载速度约为10MBps,(通常的十兆每秒,在这里运营商用的小单位,而用户实际看的网速为大单位)约八分之一。

usb2.0标准接口传输速率。许多人都将“480Mbps”误解为480兆/秒。其实,这是错误的,事实上“480Mbps”应为“480兆比特/秒”或“480兆位/秒”,它等于“60兆字节/秒”。

换算

1 Byte = 8 Bits

1 KB = 1024 Bytes

1 MB = 1024 KB

1 GB = 1024 MB

另外,Byte通常简写为B(大写),而bit通常简写为b(小写)。可以这么记忆,大写的为大单位,实际数值小,小写的为小单位,实际数值较大,1B=8b。

内存是与CPU进行沟通的桥梁,计算机所有程序的运行都是在内存中运行的,内存也被称为主存,其作用就是存放CPU中的运算数据,以及与硬盘等外部存储设备交换的数据,。只要计算机在运行中,cpu就会把需要运算的数据调到主存中进行运算,当运算完成后cpu再将结果传送出来,主存的运行也决定了计算机的稳定运行。

主存通过控制芯片与CPU进行相连,由可读写的元素构成,每个字节(1Byte=8bits)都带有一个地址编号,注意是一个字节,而不是一个位。cpu通过地址从主存中读取数据和指令,也可以根据地址写入数据。注意一点:当计算机关机时,内存中的指令和数据也会被清除。

计算机语言

计算机语言一般分为两种:低级语言(机器语言(二进制),汇编语言)

高级语言(java,C,C++)

使用高级语言编写的程序,经过编译转换成机器语言后才能运行,而汇编语言经过汇编器才能转换为机器语言。

计算机为什么使用二进制

计算机内部有IC电子原元件组成,其中CPU和内存也是电子元件的一种,CPU和 内存使用IC元件作为基本单元,而IC元件内部的组成单元为一个个的引脚,引脚只有两种电压:0V和5V,IC的这种特性决定了计算机的信息处理只能通过0和1来表示,也就是二进制。

计算机的最小集成单位为“位”,也就是比特(bite),一个字节欧8位,也就是8个bite组成。

字节是最基本的计量单位,位是最小单位。

1个字节为什么是8位?因为8位能够覆盖所有的字符编码。

https://www.jianshu.com/p/96a013953e1a

拓展一下:

计算机中的换算关系:

1B(Byte) = 8b(bit)

1KB = 1024B

1MB = 1024KB

网络网速上的10M又是通信系统中的概念了;

表示的是10Mbps,意味带宽,跟道路的宽度是一个道理,所有的下载软件手机网速的提示一般都用KB来表示,那么10M的网速实际下载速度就为:

10Mbps / 8(b/位) = 1.25MBps (1.25M/s)

内存

内存是与CPU沟通的桥梁,计算机所有程序的运行都是在内存中运行的,内存又称主存,其作用是存放CPU中的运算数据,以及与硬盘等外部存储设备交换的数据。只要计算机在运行中,CPU就会把需要的运算的数据调到主存中进行运算,运算完成后CPU在将结果传送出去。主存的运行也决定了计算机的稳定运行。

主存通过控制芯片与CPU进行相连,由可读写的元素构成,每个字节(1 Byte=8 bits)都带有一个地址编号,注意是一个字节,而不是一个位。CPU通过地址从主存中读取数据和指令,也可以根据地址写入数据。当计算机关机时,内存中的指令和数据也会被清除。

磁盘

首先,磁盘和内存都具有存储功能,他们都是存储设备。区别在于,内存是通过“电流”来实现存储;磁盘则是通过“磁记录技术”来实现存储。内存是一种高速的,造价昂贵的存储设备;而磁盘则是速度较慢,造价低廉的存储设备;电脑断电后,内存中的数据会丢失,而磁盘中的数据可以长久保留。内存是属于内部存储设备,硬盘是属于外部存储设备。一般计算机中磁盘和内存都是相互配合共同工作的。

磁盘的物理结构

磁盘的物理结构是指磁盘存储数据的形式。

磁盘是通过其物理表面划分成多个及空间来使用的。划分的方式有两种:可变长方式扇区方式。前者是将物理结构划分成长度可变的空间,后者是将磁盘结构划分成固定长度的空间。一般windows所使用的硬盘和软盘都是使用的扇区这种方式。扇区中,把磁盘表面分成若干个同心圆的空间就是磁道,把磁道按照固定的大小存储空间划分而成的就是扇区

磁盘的物理构造

扇区是对磁盘进行物理读写的最小单位。windows中使用的磁盘,一般是一个扇区512个字节。不过,windows在逻辑方面对磁盘进行读写的单位是扇区的整数倍簇。根据磁盘容量不同功能,1簇可以是512字节(1簇=1扇区),1KB(1簇=2扇区),2KB,4KB,8KB, 32KB(1簇=64扇区)。簇和扇区的大小时相等的。

不管是硬盘还是软盘,不同的文件是不能存储在同一簇中的,否则就会导致只有一方的文件不能删除。不管多小的文件,都会占用1簇的空间。这样一来,所有的文件都会占用1簇的整数倍的空间。

硬件配置

程序中包含运行环境这一内容,可以说 运行环境=操作系统+硬件,操作系统又可以被称为软件,它是由一系列的指令组成的。

以lol的配置要求,介绍相关硬件:

  • 操作系统:说的就是应用程序运行在何种系统环境,现在市面上主要有三种操作系统环境,Windows,linux,Unix,一般我们玩的游戏几乎都是在windows上运行,windows系统分32位和64位操作系统,互不兼容,32和64表示CPU一次能处理的最大位数。
  • 处理器(CPU):计算机的核心组件,决定了电脑的计算能力。通过在单个计算机芯片上放置数十亿个微型晶体管来构建CPU。
  • 显卡(GPU):显卡承担图形的输出任务。
  • 内存:即主存,就是应用程序在运行时能够动态分析指令的这部分存储空间,它的大小也能决定电脑的运行速度。
  • 磁盘(存储空间):指的是应用程序安装所占用的磁盘空间。

BIOS

BIOS是英文"Basic Input Output System"的 缩略词 ,直译过来后中文名称就是"基本输入输出系统"。BIOS存储在ROM中,是预先内置在计算机主机内部的程序。BIOS除了键盘,磁盘和显卡等基本控制外,还有引导程序的功能。

BIOS设置程序是储存在BIOS芯片中的, BIOS芯片是主板上一块长方形或正方形芯片,只有在开机时才可以进行设置。(一般在计算机启动时按F2或者Delete进入BIOS进行设置,一些特殊机型按F1、Esc、F12等进行设置)。BIOS设置程序主要对计算机的基本输入输出系统进行管理和设置,使系统运行在最好状态下,使用BIOS设置程序还可以排除系统故障或者诊断系统问题。?

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加:2021-09-04 17:42:22  更:2021-09-04 17:42:48 
 
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