計算機硬件基礎(chǔ)知識大全

時間：2020-11-25 19:42:41 懷健0由分享

我們平時所說的電腦，是計算機的一種，專業(yè)術(shù)語稱之為微型計算機。注意電腦的“腦”字，就是指它其實是對人腦的一種模擬。比如可以像我們大腦一樣控制嘴巴吃飯，控制腿腳走路等等。下面就讓小編帶你去看看計算機硬件基礎(chǔ)知識大全，希望對你有所幫助吧！

計算機硬件基礎(chǔ)

從一個應(yīng)用軟件啟動來講，包括以下幾個部分，如下圖所示：

當(dāng)我雙擊某個軟件，比如QQ，的快捷鍵后，操作系統(tǒng)會檢測到我打開QQ，此時內(nèi)存中存有QQ運行數(shù)據(jù)，CPU通過向內(nèi)存拿數(shù)據(jù)，執(zhí)行操作，之后QQ便啟動了。對于編程也是一樣需要經(jīng)過上面三個過程。所以為了理解程序(軟件)生命周期，需要從下面三個方向來分析：1.計算機硬件;2.操作系統(tǒng)linu__;3.軟件(編程)。本文就操作系統(tǒng)做一個初步的探討。

一臺計算機由下列五部分組成：運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。其中運算器和控制器組成了CPU;存儲器包括內(nèi)存、硬盤等等。而輸入設(shè)備是人向計算機輸送命令的設(shè)備，主要有鼠標和鍵盤。輸出設(shè)備主要有顯示屏。而通常我們的軟件是放在硬盤里的，因為斷電后不會丟失，當(dāng)點擊某個軟件后，此時系統(tǒng)將軟件運行數(shù)據(jù)放入內(nèi)存中，而CPU會從內(nèi)存中取得數(shù)據(jù)，之后軟件啟動。如下列流程所示：CPU的內(nèi)存硬盤 CPU----->內(nèi)存----->硬盤。本文將重點分析CPU、內(nèi)存和硬盤。

CPU

CPU 是電腦的大腦，任何命令的執(zhí)行都需要經(jīng)過CPU。由于CPU訪問內(nèi)存的時間比CPU執(zhí)行指令的時間慢的多，所以CPU內(nèi)部有寄存器來保存一些常用到的數(shù)據(jù)，如變量和臨時數(shù)據(jù)等。

寄存器的分類：

a. 通用寄存器：用來用來保存變量和臨時結(jié)果。

b. 程序計數(shù)器：由于CPU在一個時刻只能執(zhí)行一個命令。且CPU是分時去執(zhí)行任務(wù)的，在用戶看來，CPU可以在同一個時間并行處理多個任務(wù)。當(dāng)CPU處理完一個任務(wù)時，需要在切換到下一個任務(wù)，程序計數(shù)器就記錄著下一個任務(wù)的內(nèi)存地址。

c. 堆棧指針：堆棧(先進后出)，隊列(先進先出)，由于CPU在同一時間只能處理一個任務(wù)，所以當(dāng)多個任務(wù)到來時，將這些任務(wù)放在堆棧中，CPU每次運行完任務(wù)時，都會從堆棧中取出下一個任務(wù)繼續(xù)運行。

d. 程序狀態(tài)寄存器PSW：這個寄存器包含了條碼位(由比較指令設(shè)置)、CPU優(yōu)先級、模式(用戶態(tài)或內(nèi)核態(tài))，以及各種其他控制位。用戶通常讀入整個PSW，但是只對其中少量的字段寫入。用戶在運行程序時只能調(diào)用系統(tǒng)層面的接口，應(yīng)用程序不會操作硬件，這個模式為用戶態(tài)，操作系統(tǒng)操作硬件為內(nèi)核態(tài)。所以軟件在運行時要在用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)之間切換。用戶程序必須使用系統(tǒng)調(diào)用(system call)，系統(tǒng)調(diào)用陷入內(nèi)核并調(diào)用操作系統(tǒng)，TRAP指令把用戶態(tài)切換成內(nèi)核態(tài)，并啟用操作系統(tǒng)從而獲得服務(wù)。

2. 存儲器

存儲器包括：寄存器緩存內(nèi)存閃存(固態(tài)硬盤) 磁盤(機械硬盤) CMOS 磁帶虛擬內(nèi)存。從左到又，速度變慢，容量變大。其中寄存器直接和CPU打交道，存儲著一些CPU需要用到的數(shù)據(jù)，速度最快。當(dāng)一臺機器有多個CPU時，每個CPU都需要知道對方的運行狀態(tài)。此時緩存用來傳輸狀態(tài)信息。內(nèi)存通常稱為隨機訪問存儲RAM，就是我們通常所說的內(nèi)存，容量一直在不斷攀升，所有不能再高速緩存中找到的，都會到主存中找，主存是易失性存儲，斷電后數(shù)據(jù)全部消失。閃存的存儲的速度比機械硬盤要快，且斷電后數(shù)據(jù)不會消失，常常用在固態(tài)硬盤和數(shù)碼相機的膠卷中。還有一類存儲器就是CMOS，它是易失性的，許多計算機利用CMOS存儲器來保持當(dāng)前時間和日期。CMOS存儲器和遞增時間的電路由一小塊電池驅(qū)動，所以，即使計算機沒有加電，時間也仍然可以正確地更新，除此之外CMOS還可以保存配置的參數(shù)，比如，哪一個是啟動磁盤等，之所以采用CMOS是因為它耗電非常少，一塊工廠原裝電池往往能使用若干年，但是當(dāng)電池失效時，相關(guān)的配置和時間等都將丟失。

3. 計算機的啟動過程

操作系統(tǒng)的啟動流程

當(dāng)電腦上電后，計算機會讀主板上的BIOS(BIOS可以理解為簡單的操作系統(tǒng))，BIOS會去讀CMOS(CMOS相當(dāng)于BOIS的硬盤)中的數(shù)據(jù)，BIOS從CMOS選擇啟動設(shè)備，找到啟動盤之后會從第一個扇區(qū)的內(nèi)容，MBR主引導(dǎo)記錄512字節(jié)，前446為引導(dǎo)信息，后64為分區(qū)信息，最后兩個為標志位，根據(jù)分區(qū)信息讀入bootloader啟動裝載模塊，啟動操作系統(tǒng)，然后操作系統(tǒng)詢問BIOS，以獲得配置信息。對于每種設(shè)備，系統(tǒng)會檢查其設(shè)備驅(qū)動程序是否存在，如果沒有，系統(tǒng)則會要求用戶按照設(shè)備驅(qū)動程序。一旦有了全部的設(shè)備驅(qū)動程序，操作系統(tǒng)就將它們調(diào)入內(nèi)核。然后初始有關(guān)的表格(如進程表，并在每個終端上啟動登錄程序或GUI。啟動順序如下：

上電---------進入BIOS系統(tǒng)------->讀取CMOS數(shù)據(jù)，選擇啟動設(shè)備-------->找到啟動盤，且從第一個扇區(qū)中獲得引導(dǎo)信息和分區(qū)信息---------->從分析信息中讀取bootloader，啟動操作系統(tǒng)---------->操作系統(tǒng)詢問BIOS是否所有的設(shè)備均有驅(qū)動，有則將驅(qū)動加載到內(nèi)核，沒有就進行提示

硬件工程師基本知識

PCB ?

PCB means print circuit board，，中文名稱為印制電路板，又稱印刷電路板、印刷線路板，是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體，是電子元器件電氣連接的提供者。由于它是采用電子印刷術(shù)制作的，故被稱為“印刷”電路

2、什么是差分信號線?該怎么布線?

差分信號只是使用兩根信號線傳輸一路信號，依靠信號間電壓差進行判決的電路，既可以是模擬信號，也可以是數(shù)字信號。實際的信號都是模擬信號，數(shù)字信號只是模擬信號用門限電平量化后的取樣結(jié)果。因此差分信號對于數(shù)字和模擬信號都可以定義。

并行，寬度、線間距保持不變。兩條線要等長。

3、4層板和6層板畫板的時候，哪幾層最適合走線?

頂層和底層

4、電容的額定電壓值是實際電壓值的多少倍?

1.15

5、解釋名詞：BOM BGA TDM

BOM: 物料清單(Bill of Material, BOM)是指產(chǎn)品所需零部件明細表及其結(jié)構(gòu)，在MRP2中,物料一詞有著廣泛的含義，它是所有產(chǎn)品、半成品、在制品、原材料、配套件、協(xié)作件、易耗品等等與生產(chǎn)有關(guān)的物料的統(tǒng)稱。

BGA:BGA的全稱是Ball Grid Array(球柵陣列結(jié)構(gòu)的PCB)，它是集成電路采用有機載板的一種封裝法.

TDM:TDM就是時分復(fù)用模式。時分復(fù)用是指一種通過不同信道或時隙中的交叉位脈沖，同時在同1個通信媒體上傳輸多個數(shù)字化數(shù)據(jù)、語音和視頻(video)信號等的技術(shù)

6、默認情況下PCB板的厚度是多少?1mil=?mm

默認情況下PCB是1.0mm，1mil=0.0254mm

7、1A電流需要走多寬的線?

一般情況下，可以按照1A，1mm的線寬來走線，在條件允許的情況下可以適當(dāng)加寬，電源部分的走線應(yīng)該加倍。

8、電阻電容的封裝形式如何選擇，有沒有什么原則?比如，同樣是104的電容有0603、0805的封裝，同樣是10uF電容有3216、0805、3528等封裝形式，選擇哪種封裝形式比較合適?

電容電阻的封裝和功率成比例關(guān)系，小功率可使用0603、0402封裝，大功率可使用0805、1206封裝

9、有時候芯片的兩個引腳可以直接相連，有時候要在管腳之間加一個電阻如22歐，請問這是為什么?這個電阻的作用是什么?電阻值如何選擇?

這種情況多出現(xiàn)在信號傳輸上，可以起到限流保護管腳的作用，也可以隔離兩個管腳之間相互影響防止串?dāng)_，提高傳輸功率，起到可能干擾的作用。

電阻值不會超過100歐姆。

10、耦合電容如何布置?有什么原則?是不是每個電源引腳布置一片0.1uF?有時候可以看到0.1uFhe10uF的電容聯(lián)合起來是用，為什么?

耦合電容要遠離元器件，在同一網(wǎng)絡(luò)中是用電容要先大后小。通常情況下IC的供電腳都會使用一個0.1uF的電容進行濾波，防止IC供電受到影響。大的電容可以過濾低頻的紋波，小的電容可以過濾高的文波，這樣聯(lián)合使用，更容易得到更精確的信號傳遞。濾波效果更好。

計算機硬件基礎(chǔ)知識

計算機硬件的三大部分：

輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標、讀卡機、掃描儀、手寫板、觸摸屏

CPU：系統(tǒng)單元

輸出設(shè)備：屏幕、打印機

2. CPU架構(gòu)：

精密指令集(RISC)、復(fù)雜指令集(CISC)

今天終于搞懂了__86這個名詞!

“由于AMD、Intel、VIA所開發(fā)出來的__86架構(gòu)CPU被大量使用于個人電腦用途上，因此個人電腦常被稱為__86架構(gòu)的電腦。那為何稱為__86架構(gòu)呢?這是因為最早的那顆Intel發(fā)展出來的CPU代號稱為8086，后來依次架構(gòu)又開發(fā)出80826，80836..

3. 電腦按用途分類：

超級計算機、大型計算機、迷你計算機、工作站、微電腦

4. 顯卡

圖形影響的顯示，重點在于分辨率與色彩深度。

為滿足3D游戲和3D動畫，顯卡需要運算能力。由于CPU本身運算能力有限，所以顯卡廠商直接在顯卡上面嵌入一個3D加速的芯片，即GPU。GPU是顯卡上的一塊芯片，就像CPU是主板上的一塊芯片。

5. 硬盤與存儲設(shè)備

存儲設(shè)備：硬盤、軟盤、MO、CD、DVD、磁帶機、U盤(閃存)、新一代藍光光驅(qū)、大型機器的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備(SAN、NAS)。

傳統(tǒng)磁盤(Hard Disk Drive，HDD)

固態(tài)磁盤(Solid State Disk，SSD)：沒有馬達不需要轉(zhuǎn)動，無數(shù)據(jù)延遲，省電。

測試磁盤性能的單位：每秒讀寫操作次數(shù)(input/output operations per second, IOPS)

Best Practice：使用SSD做系統(tǒng)盤，數(shù)據(jù)大多存儲在HDD上面。這樣系統(tǒng)運行快速(SSD)，而數(shù)據(jù)存儲量也大(HDD)

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