鳥兄のLinux(四):(ゼロ)コンピュータの概論

最近鸟哥のLinux私房菜を勉强します:基础の学习编(第4版)、鸟哥の教程の目次によって、自分も一连のブログを书いて自分が重要だと思っている知识の点を総括します.
CPUのアーキテクチャ
CPUアーキテクチャは、コンパクト命令セット(RISC)と複雑命令セット(CISC)である.

シン命令セット(Reduced Instruction Set Computer,RISC)

安謀社(ARM Holdings)のARM CPUシリーズは主に携帯電話、ルータなどに応用されている.現在、世界で最も広く使用されているCPUはARMアーキテクチャである可能性があります.

複雑命令セット(Complex Instruction Set Computer,CISC)

64ビットのパソコンCPUをx 86と総称64アーキテクチャ.ビットとは、CPUが一度にデータを読み込む最大の量です.
コンピュータ上でよく使われる計算単位(容量、速度など)

容量単位

バイナリ単位:K,M,G,T,P,E

速度単位

CPUの演算速度は、MHzやGHzなどの単位を用いることが多いが、このHzは、実は秒の1/2(例えば:12.8 GByte/s)である.
一方,ネットワーク伝送では,ネットワークがbit単位を用いるため,ネットワークでよく用いられる単位MbpsはMbit persecond,すなわち毎秒何Mbitであるかである.例えば、100 M/20 Mファイバの伝送速度は、ファイルサイズのByte(bitを8で割った)に変換した場合、理論最大伝送値は、ダウンロード速度12.5 MByte/sである.アップロード速度2.5 MByte/s!
ハードディスク(HDD)メーカーは10進数の単位を使用するため、500 GByteは500 * 1000 * 1000 * 1000 Byteを意味します.ファイルの容量単位に変換する場合はバイナリ(1024がベース)を使用するので466 GB程度の容量となります.
ハードディスク(HDD)の最小物理量は512 Bytes、最小構成単位はセクタ(sector)であり、通常、ハードディスク(HDD)の容量の計算には「何個のsector」が採用されるため、10進数で処理されます.
ヘッド演算と判断を行うCPU

CPUの動作周波数:外周波数と倍周波数

CPUの演算速度は他の機器よりも速く、FSB(フロントエンドバス速度)の周波数を満たすため、メーカーはCPU内部で加速し、いわゆる外周波数と倍周波数を持つようになった.
従来のCPU設計では、外部周波数とは、CPUが外部素子とデータ伝送を行う際の速度を指し、倍周波数はCPU内部で動作性能を加速させるための倍数であり、両者を乗算することがCPUの周波数速度(内周波数)であった.例えばIntel Core 2 E 8400の内周波数は3.0 GHzで、外周波数は333 MHzなので、倍周波数は9倍です!(3.0 G=333 Mx 9、うち1 G=1000 M)
オーバークロックとは、CPUの周波数を倍数化したり、外部周波数をマザーボードの設定機能でより高い周波数に変更したりする方式のことです.しかし、CPUの周波数倍率は通常、工場出荷時にロックされて変更できないため、オーバー周波数されることが多いのは外周波数である.
メモリコントローラをCPU内部に統合した新型CPU設計.したがって,CPUの周波数設計は同期する外部周波数を考慮する必要はなく,全体の周波数だけを考慮すればよい.外周波数は100 MHzになり、倍周波数は30以上になる.
現在、IntelのCPUはアクティブにオーバークロックします.例えばi 7-4790というCPUの規格では、基本周波数は3.6 GHzですが、最大4 GHzまで自動オーバークロックできますよ!Intelのturbo技術に合格しました.同時に、大量の演算需要がなければ、CPUの周波数は1に下がります.xGHzだけで省エネ!

32ビットと64ビットのCPUとバス「幅」

CPU内のメモリ制御チップとメモリとの間の伝送速度を「フロントエンドバス速度(Front Side Bus,FSB)」と呼ぶ.
例えば、CPU内蔵メモリ制御チップのメモリに対する動作周波数は最大1600 MHzである.これは動作周波数(毎秒数回)にすぎません.周波数ごとに伝送できるデータ量は64ビットで、この64ビットはいわゆる「幅」です!したがって、CPUがメモリから取得できる最速帯域幅は、1600 MHz * 64 bit=1600 MHz * 8 Bytes=12.8 GByte/sである.
CPUが毎回処理できるデータ量をワードセットサイズ(word size)と呼びますが、私たちが今呼んでいるパソコンは32ビットか64ビットで、主にこのCPUが解析したワードセットサイズに基づいています!
メモリはシステムバス帯域幅を使用してCPUと通信します.グラフィックスカードはPCI-Eのシーケンスチャネル設計によってCPUとコミュニケーションをとる.

ハイパースレッド(Hyper-Threading,HT)

各CPU内部で重要なレジスタ(register)を2つのグループに分け,この2つのグループのレジスタをそれぞれプログラムに使用させる.「CPUの演算ユニットを競合させる」という2つのプログラムがあります.
メモリ
パソコンのメモリの主な要素はダイナミックランダムアクセスメモリ(Dynamic Random Access Memory,DRAM)であり、ランダムアクセスメモリは通電時にしか記録・使用できず、電源が切れるとデータが消えてしまう.したがって、このRAMは揮発性メモリとも呼ばれます.
DRAMはSDRAMとDDR SDRAMの2種類に分けられる.DDRは、いわゆるダブルデータ転送速度(Double Data Rate)である.DDR SDRAMはまた技術の発展に基づいて、DDR、DDR 2、DDR 3、DDR 4などがあって、その中で、DDR 2の周波数の倍数は4倍で、DDR 3は8倍です.DDR 3の標準電圧は1.5 Vであるが、DDR 3 Lは1.35 Vのみである.

DRAMとSRAM

第2層キャッシュ(L 2 cache)はCPU内部に統合されており、このL 2メモリの速度はCPU周波数と同じでなければならない.静的ランダムアクセスメモリ(Static Random Access Memory,SRAM)です.

読取り専用メモリ(ROM)

マザーボード上の各構成部品のパラメータは調整可能です.マザーボード素子の機能がこの機能の各パラメータを起動するかどうかは、マザーボードの上に記録されたCMOSと呼ばれるチップに記録され、マザーボードの上に電池があり、このチップに記録機能を発揮させる.
BIOS(Basic Input Output System)は、マザーボードの上に書かれたメモリチップのうち、このメモリチップは読み取り専用メモリ(Read Only Memory,ROM)であるプログラムです.ROMは不揮発性のメモリである.彼は起動時の各ハードウェアパラメータの取得を制御しています!現在のBIOSは通常、フラッシュメモリ(flash)やEEPROMに書き込まれています.
ファームウェアはハードウェアに縛られた制御ソフトです!
ビデオカード
ビデオカードはVGA(Video Graphics Array)とも呼ばれます.現在、グラフィックスカードの規格はPCI-Expressです.PCIe(PCI-Express)はパイプラインのような概念を用いて処理される.
きかく
1 x帯域幅
16 x帯域幅
PCIe 1.0
250MBytes/s
4GByte/s
PCIe 4.0
~2GByte/s
16GByte/s
画面の各ピクセルは3 Bytesの容量を占めています.
HDDとストレージ

HDDの物理構成

円形ディスク、アーム、ヘッドと主軸モータ

ディスク上のデータ

最小物理記憶単位はセクタ(sector)と呼ばれ、同じ同心円のセクタを組み合わせた円がいわゆるトラックである.通常、データの読み書きは外回りから内側に書き始めます.
より新しいGPTモードでは、ディスクのパーティションは、通常、セクタ番号を使用して設計される.

伝送インタフェース

SATA,USBとSASインタフェース

SSD(Solid State Disk,SSD)

従来のハードディスク(HDD)では、モータを駆動してディスクを回転させる必要があり、深刻なディスク読み取りが遅れるという致命的な問題があります.データ配置が比較的離散している(セクタ分布が広く不連続である)と、読み書きの速度がより顕著に遅延します.
SSDはフラッシュメモリで作成され、接続インタフェースはSATAまたはSASです.モータが回転する必要はなく、メモリを介して直接読み書きする特性があります.
マザーボード

デバイスI/OアドレスとIRQ割り込みチャネル

I/Oアドレスが各機器の番地であると考えると,IRQは各番地がメールセンター(CPU)に接続された専用経路であると考えることができる.

CMOSとBIOS

CMOSの主な機能はマザーボード上の重要なパラメータを記録することであり、システム時間、CPU電圧と周波数、各設備のI/OアドレスとIRQなどを含む.これらのデータの記録には電力がかかるため、マザーボード上に電池がある.BIOSは、マザーボード上のflashまたはEEPROMに書き込まれるプログラムで、CMOSのパラメータをロードするために電源を入れたときに実行し、ストレージデバイスの電源を入れるプログラムを呼び出してOSに入ることができます.BIOSプログラムは、CMOSのデータを変更することもできます.
ディジタルシステム
十進法の転成バイナリ:除数余剰法.
ワードコーディングシステム
よく使われる英語の符号表はASCIIシステムで、この符号化システムでは、各記号(英語、数字、記号など)が1 Bytesの記録を占有するため、合計2^8=256種類の変化がある.国際組織ISO/IECはUnicode符号化システムを制定し、UTF 8または万国コードとよく呼ばれている.
参考サイト:

鳥哥的Linux私房菜:基礎学習編第四版(GitBook)