Linux学习_第一章002

Intel 的 i7-4790 CPU 频率为 3.6GHz， 表示这颗 CPU 在一秒内可以进行 3.6x10 9 次工作，每次工作都
可以进行少数的指令运作之意

早期的 CPU 架构主要透过北桥来链接系统最重要的 CPU、主存储器与显示适配器装置。因为所有
的设备都得掉透过北桥来连结，因此每个设备的工作频率应该要相同。 于是就有所谓的前端总线
(FSB) 这个东西的产生。但因为 CPU 的指令周期比其他的设备都要来的快，又为了要满足 FSB 的
频率，因此厂商就在 CPU 内部再进行加速， 于是就有所谓的外频与倍频了。
总结来说，在早期的 CPU 设计中，所谓的外频指的是 CPU 与外部组件进行数据传输时的速度，倍
频则是 CPU 内部用来加速工作效能的一个倍数， 两者相乘才是 CPU 的频率速度。例如 Intel Core 2
E8400 的内频为 3.0GHz，而外频是 333MHz，因此倍频就是 9 倍啰！(3.0G=333Mx9, 其中 1G=1000M)

很多计算机硬件玩家很喜欢玩『超频』，所谓的超频指的是： 将 CPU 的倍频或者是外
频透过主板的设定功能更改成较高频率的一种方式。但因为 CPU 的倍频通常在出厂时已经被锁定而无法修改， 因
此较常被超频的为外频。
举例来说，像上述 3.0GHz 的 CPU 如果想要超频， 可以将他的外频 333MHz 调整成为 400MHz，但如此一来整个
主板的各个组件的运作频率可能都会被增加成原本的 1.333 倍(4/3)， 虽然 CPU 可能可以到达 3.6GHz，但却因为频
率并非正常速度，故可能会造成当机等问题。

新的 CPU 设计中， 已经将内存控制器整合到 CPU 内部，而链接 CPU
与内存、显示适配器的控制器的设计，在 Intel 部份使用 QPI (Quick Path Interconnect) 与 DMI 技术，
而 AMD 部份则使用 Hyper Transport 了，这些技术都可以让 CPU 直接与主存储器、显示适配器等
设备分别进行沟通，而不需要透过外部的链接芯片了。

与 CPU 的频率类似的，主存储器也是有其工作的频率，这个频率限制还是来自于 CPU 内的内存控
制器所决定的。以图 0.2.1 为例， CPU 内建的内存控制芯片对主存储器的工作频率最高可达到
1600MHz。这只是工作频率(每秒几次)。一般来说，每次频率能够传输的数据量，大多为 64 位，这
个 64 位就是所谓的『宽度』了！ 因此，在图 0.2.1 这个系统中，CPU 可以从内存中取得的最快带
宽就是 1600MHz * 64bit = 1600MHz * 8 bytes = 12.8Gbyte/s。

CPU 每次能够处理的数据量称为字组大小(word size)， 字组大小依据 CPU 的设
计而有 32 位与 64 位。我们现在所称的计算机是 32 或 64 位主要是依据这个 CPU 解析的字组大小而
来的！

例如主存储器使用系统总线带宽来与 CPU 沟通。而显示适配器则
透过 PCI-E 的序列通道设计来与 CPU 沟通喔！

万一哪天你发现一些程序是注明给 x86_64 的 CPU 使用
时， 就不要将他安装在 686 以下等级的计算机中，否则可是会无法执行该软件的！ 不过，在 x86_64
的硬件下倒是可以安装 386 的软件喔！也就是说，这些东西具有向下兼容的能力啦！

那是怎么达成的啊这个 HT 功能？强者鸟哥的同事蔡董大大用个简单的说明来解释。在每一个 CPU
内部将重要的缓存器 (register) 分成两群， 而让程序分别使用这两群缓存器。也就是说，可以有两
个程序『同时竞争 CPU 的运算单元』，而非透过操作系统的多任务切换！ 这一过程就会让 CPU 好
像『同时有两个核心』的模样！因此，虽然大部分 i7 等级的 CPU 其实只有四个实体核心，但透过
HT 的机制， 则操作系统可以抓到八个核心！并且让每个核心逻辑上分离，就可以同时运作八个程
序了。

DDR 是所谓的双倍数据传送速度(Double
Data Rate)， 他可以在一次工作周期中进行两次数据的传送

服务器来说，主存储器的容量有时比 CPU 的速度还要来的重要的！

要启动双信道
的功能时， 你必须要将两根容量相同的主存储器插在相同颜色的插槽当中喔！

，但 CPU 到主存储器之
间还是得要透过内存控制器啊！

因为第二层快取(L2 cache)整合到 CPU 内部，因此这个 L2 内存的速度必须要 CPU 频率相同。 使用
DRAM 是无法达到这个频率速度的，此时就需要静态随机存取内存(Static Random Access Memory,
SRAM)的帮忙了。 SRAM 在设计上使用的晶体管数量较多，价格较高，且不易做成大容量，不过由
于其速度快， 因此整合到 CPU 内成为高速缓存以加快数据的存取是个不错的方式喔！新一代的 CPU
都有内建容量不等的 L2 快取在 CPU 内部， 以加快 CPU 的运作效能

主板上面的组件是非常多的，而每个组件的参数又具有可调整性。举例来说，CPU 与内存的频率是
可调整的； 而主板上面如果有内建的网络卡或者是显示适配器时，该功能是否要启动与该功能的各
项参数， 是被记录到主板上头的一个称为 CMOS 的芯片上，这个芯片需要借着额外的电源来发挥记
录功能， 这也是为什么你的主板上面会有一颗电池的缘故。
那 CMOS 内的数据如何读取与更新呢？还记得你的计算机在开机的时候可以按下[Del]按键来进入一
个名为 BIOS 的画面吧？ BIOS(Basic Input Output System)是一套程序，这套程序是写死到主板上面的
一个内存芯片中， 这个内存芯片在没有通电时也能够将数据记录下来，那就是只读存储器(Read Only
Memory, ROM)。 ROM 是一种非挥发性的内存。另外，BIOS 对于个人计算机来说是非常重要的， 因
为他是系统在开机的时候首先会去读取的一个小程序喔！

韧体(firmware)(注 12)很多也是使用 ROM 来进行软件的写入的。 韧体像软件一样也是一个被
计算机所执行的程序，然而他是对于硬件内部而言更加重要的部分。例如 BIOS 就是一个韧体， BIOS
虽然对于我们日常操作计算机系统没有什么太大的关系，但是他却控制着开机时各项硬件参数的取得！

但是 BIOS 原本使用的是无法改写的 ROM ，因此根本无
法修正 BIOS 程序代码！为此，现在的 BIOS 通常是写入类似闪存 (flash) 或 EEPROM (注 13) 中。

韧体就是绑在硬件上面的控制软件！

一般
对于图形影像的显示重点在于分辨率与颜色深度，因为每个图像显示的颜色会占用掉内存， 因此显
示适配器上面会有一个内存的容量，这个显示适配器内存容量将会影响到你的屏幕分辨率与颜色深度
的喔！
所以后来显示适配器厂商直接在显示适
配器上面嵌入一个 3D 加速的芯片，这就是所谓的 GPU 称谓的由来。
显示适配器也是需要高速运算的一个组件，所以数据的传输也是越快越好！
因此显示适配器的规格由早期的 PCI 导向 AGP， 近期 AGP 又被 PCI-Express 规格所取代了。如前面
华硕主板图示当中看到的就是 PCI-Express 的插槽。 这些插槽最大的差异就是在数据传输的带宽了！
比较特殊的是，PCIe(PCI-Express)使用的是类似管线的概念来处理，在 PCIe 第一版 (PCIe 1.0) 中，
每条管线可以具有 250MBytes/s 的带宽效能， 管线越多(通常设计到 x16 管线)则总带宽越高！另外，
为了提升更多的带宽，因此 PCIe 还有进阶版本，目前主要的版本为第三版，相关的带宽如下：(注
15)
规格 1x 带宽 16x 带宽
PCIe 1.0 250MByte/s 4GByte/s
PCIe 2.0 500MByte/s 8GByte/s
PCIe 3.0 ~1GByte/s ~16GByte/s
PCIe 4.0 ~2GByte/s ~32GByte/s
若以图 0.2.2 的主板为例，它使用的是 PCIe 3.0 的 16x，因此最大带宽就可以到达接近 32Gbytes/s 的
传输量！ 比起 AGP 是快很多的！好可怕的传输量….

D-Sub (VGA 端子)：为较早之前的连接接口，主要为 15 针的连接，为模拟讯号的传输，当初设计是针对
传统映像管屏幕而来。 主要的规格有标准的 640x350px @70Hz、1280x1024px @85Hz 及 2048x1536px
@85Hz 等。
 DVI：共有四种以上的接头，不过台湾市面上比较常见的为仅提供数字讯号的 DVI-D，以及整合数字与模
拟讯号的 DVI-I 两种。DVI 常见于液晶屏幕的链接， 标准规格主要有： 1920x1200px @60Hz、
2560x1600px @60Hz 等。
 HDMI：相对于 D-sub 与 DVI 仅能传送影像数据，HDMI 可以同时传送影像与声音，因此被广泛的使用
于电视屏幕中！计算机屏幕目前也经常都有支持 HDMI 格式！

硬盘依据桌上型与笔记本电脑而有分为 3.5 吋及 2.5 吋的大小

这个小区块就是
磁盘的最小物理储存单位，称之为扇区 (sector)，那同一个同心圆的扇区组合成的圆就是所谓的磁道
(track)。 由于磁盘里面可能会有多个磁盘盘，因此在所有磁盘盘上面的同一个磁道可以组合成所谓
的磁柱 (cylinder)

因此通常数据
的读写会由外圈开始往内写的喔！这是默认值啊！

原本硬盘的扇区都是设计成 512byte 的容量，但因为近期以来硬盘的容量越来越大，为了减
少数据量的拆解，所以新的高容量硬盘已经有 4Kbyte 的扇区设计！