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电脑是怎样作业的-电源与主频

时间:2022-07-26   访问量:1022

 在做物联网树莓派的过程中,咱们经常会直接和硬件打交道,而树莓派自身便是一台小电脑,这不可避免需求咱们十分了解电脑的软硬件实质作业原理,才干更好的编写针对硬件的程序。在读书期间,关于课余时刻我一直在思考电脑的作业原理,那些时分的了解,就算十年右后我也觉着很有用途。如今这些常识在脑海里不断与新的技术发展进行交错,才在脑海里构成了当下的常识网络体系,在和朋友进行技术交流的过程中,也会经常会用这些常识网络作为基础进行沟通,发现明白电脑是如何作业的,会对编写程序的人员有很大的帮助,因而有了现在写这篇文章的激动

  一.核算机的全体组成概述

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  了解电脑是怎样作业的,首先要了解,电脑是有哪些部分组成的。从大的方面,电脑是由软件和硬件组成的。

  从硬件视点来讲,核算机组成原理课程上,咱们知道电脑的几大组成部分:cpu,存储(寄存器,内存(rom,ram),硬盘,光盘,软盘,闪存等),适配器(显卡,网卡),输入设备(键盘,鼠标,耳麦),输出设备(显现器,耳机,音响),外设(如块设备 打印机等),主板,电源。这几大部分组成了电脑自身。

  从软件视点来讲,电脑是操作体系,驱动程序,应用程序所组成。

  软件和硬件的联系,其实就好像人的身体和人的魂灵之间的联系。当人睡觉了的时分,就好像电脑上面的程序停止作业了相同。当电脑没有装置操作体系的时分,就好像人没有魂灵相同,是无法作业的,这种还没有装置操作体系的电脑,咱们通常称之为 裸机。只要在硬件上装置好操作体系之后,电脑全体才干启动运转,咱们常说的装置操作 体系,便是说的这回事。

  树莓派也是一台电脑,仅仅比电脑多个一个叫GUOP的引脚,这个引脚既有输入,也要输出,能够归到I/O部件。

  二.核算机的详细概述

  下面分开从硬件层面和软件层面来讲详细的组成部分

  1.从硬件方面来讲,咱们知道,核算机的组成分为 cpu,存储(寄存器,内存(rom,ram),硬盘,光盘,软盘,闪存等),适配器(显卡,网卡),I/O设备 输入设备(键盘,鼠标,耳麦),输出设备(显现器,耳机,音响),外设(如块设备 打印机等),主板,电源。那这几部分分别是干嘛的呢?合肥电脑组装

  首先来讲,电源。我这儿没有从cpu开端讲起,由于cpu与电源有着千丝万缕的联系。咱们知道,咱们国家的家庭用电标准是22v交流电。电脑作为一个人们直接触摸的电子器件,假如电脑的作业环境电压太高,一旦漏电就会形成严重的安全隐患。因而咱们的电脑直接运转的电压环境不能超过人体的安全电压(非继续触摸36v,继续触摸24v),并且电脑是作业在高频脉冲下的(如cpu现在pc在3.0Ghz以上),并且普通家庭供电是交流电(50-60hz),差了好几个数量级,那么就需求把这个家庭用电转化成电脑能够运用的安全用电。这儿就需求用到一个电源的部件:电源适配器。假如你有笔记本电脑,能够看下电源适配器上面的参数:输入100v-240v-1.6A 50~60HZ。输出:19.5v-3.34A.这个电源适配器就会把交流电转化成直流电源,再通过主板等各个部件进行频率转化进行运用。

  讲到这儿,我想许多人会有个疑问:cpu有个主频,显卡有个主频,网卡也有个主频。并且还都不相同,那电源是直流电,为何不同部件又有不同的主频呢?这儿就需求讲到一个叫晶振的部件。简略来讲,主板,显卡,网卡,cpu都要一个独自的晶振。晶振的效果便是把直流电,根据时刻来进行转化成脉冲。脉冲是一段电流的继续。脉冲一般是周期性规律的。比如1ms一个脉冲,那么1s就有1000/1=1000个脉冲,一秒有几个脉冲,就阐明主频是多少。反过来讲,1ghZ,就阐明1s能发送1G=1000*1000*1000个脉冲。一个脉冲的电流继续长度也就等于1000000000分之一秒。

  脉冲就好像脉息,脉息一次泵血供人体运用,而脉冲供的是电流。

  那么脉冲这一股周期性的电流,是怎样驱动电脑运转的呢?这儿就讲到cpu。

  cpu咱们知道是电脑的大脑。电脑的运转速度也是由cpu来决议的。但是为什么呢?这儿不得不讲cpu的核心组成:加法器。咱们都听说过,电脑识别的数据是二进制数据,要么0.要么1.之所以这样是由于电气属性导致的,便是电流要么有电流,要么没电流。在不同的硬件规划上,既能够把有电流规划为1.无电流为0.也能够把无电流规划为1.有电流规划为0.那这个有无电流,说白了便是一个脉冲(脉冲简略了解为一半有电流的时刻,一半无电流的时刻)。电脑所有的核算,软件的高档指令都会转变为汇编程序的指令,而汇编程序的指令终究都会转化为硬件指令集的指令(如杂乱指令集的指令或许精简指令会集的指令),而这些硬件指令会集的指令终究会转化成加减乘除四种数学运算(为何说核算机是数学的一个分支),而加减乘除核算终究会转化成加运算和乘运算(逆运算)。而加法和乘法这两种运算终究才对应硬件cpu中乘法器和加法器,而乘法器也是由加法器进行组合而成的。所以电脑终究能够以为核算机中所有的运算便是加法器的加法运算。那加法运算咱们咱们都十分清楚,一个加数,一个被加数,一个运算符号,一个等号一个结果,就构成了加法运算。那cpu是怎样进行一次运算的呢?多久进行一次运算的呢?这个便是有脉冲决议的。当电流通过cpu中的晶振将电流转变成脉冲的时分,每一秒就会有主频个脉冲,而一个脉冲就会驱动cpu执行一次加法操作。cpu便是这样在脉冲电流的驱动下,一步步执行程序的。

  前面说到,cpu加法器有加数,被加数和运算符,结果几个部分。那一次加法运算从哪里去取加数和别加数呢?咱们很简单想到,肯定是从存储器中,由于数据都存在硬盘中的。是的,终究来历确实是从硬盘中读取的。但是咱们刚说到,cpu的主频十分高,而硬盘,咱们假如留意的话,机械硬盘是7200转,或许5200转,换算成数据,便是一秒读79-90mB字节(注意单位,一个字节(B)=8比特位(b)),并且咱们核算机现在都是32位或许64位核算机,这个位数说的是一次能够执行的加数或许被加数的位数,以64位加法为例,那么就相当于cpu一秒能够执行的操作需求一个64位=64/8=8字节 + 被加数8字节 + 运算符 8字节 =24字节的数据。那么cpu相当于一秒需求的数据在1000*1000*1000*64个字节上,才干达到100%运转。而硬盘一秒就能提供100MB的数据,显然不行cpu用的,因而,在硬盘和cpu中间增加了一个临时存储数据的中间设备,这个设备价格比硬盘高。但是存取速度快。所以咱们有了内存或许说手机中或许树莓派中的运转内存的部件。这个部件,有个特色,便是断电丢掉,不会和硬盘相同,断电也能保存数据,内存是断电后数据就丢掉了。这便是为什么咱们需求保存文件操作,这个保存文件的实质,便是把内存中的文件,保存到硬盘(持久化存储设备)中去。

  正是由于核算设备cpu与永久存储设备硬盘之间的主频之间的差异,才导致了内存的运用。有人会有疑问了,那为什么不直接运用内存做永久存储呢?答案是内存分成两部分,一部分是很贵的永久存储叫ram,另一部分是不怎样贵的断电丢掉的存储部分,叫rom。首要考虑要素,便是经济问题,消费类的,便是要廉价。合肥电脑销售

  但是实际上,内存的速度与cpu的运算速度也有差异,所以cpu内部又增加了一个缓存设备,来缓冲内存和cpu之间的主频速度差异。

  类似的原理,显卡或许其他设备,都有类似的情形,这便是缓存的原理和实质。

  咱们经常说挖矿用显卡,也便是gpu,而不是cpu进行挖矿,为什么呢?由于显卡处理的是图像显现数据,这类数据有个特色,一大块一大块的。因而,显卡的规划上,一次读取的加数和被加数的位数许多,不是32位,也不是64位,因而说显卡核算能力更强,尤其在处理人工智能方面,另外显卡中的存储也很大,也是个优势。


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