计算机硬件基础知识

计算机硬件基础知识

- 内存条

- 硬盘 （固态和机械）读写速度、存储协议（NVME） 接口种类（SATA3 M.2）

- 处理器（CPU）CPU主频（与功耗有关）、动态加速频率（睿频） 散热（风冷、水冷）、核心数和线程数

- CPU-Z下载工具和GPU-Z下载工具

- 显卡（集成显卡，独立显卡、核显） GPU

- 显示器（屏幕、分辨率、刷新率）

- LCD和OLED屏幕（发光原理及优缺点）

- 频闪

- PWM调光

• 内存条

  也称随机存储器（RAM），也叫主存，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中的程序的临时数据存储介质。与ROM的最大区别是数据的易失性，即一旦断电所存储的数据将随之丢失。RAM在计算机和数字系统中用来暂时存储程序、数据和中间结果。

  

• 硬盘 （固态和机械）读写速度、存储协议（NVME） 接口种类（SATA3 M.2）

  硬盘是计算机最主要的存储设备，容量较大，区别于内存、光盘。硬盘是电脑上使用使用坚硬的旋转盘片为基础的存储设备。在平整的磁性表面存储和检索数字数据。

  ROM（只读存储器）：存放不同程序的操作指令及各种需要计算、处理的数据，所以它相当于整个电路系统存储信息的仓库。

  硬盘种类：固态硬盘，机械硬盘，移动硬盘

  固态硬盘（SSD）：固态硬盘的存储介质分为两种，一种是采用闪存（FLASH芯片）作为存储介质，另外一种是采用DRAM作为存储介质。最新还有英特尔的XPoint颗粒技术。

  **读写速度快：**采用闪存作为存储介质，读取速度相对机械硬盘更快。固态硬盘不用磁头，寻道时间几乎为0。持续写入的速度非常惊人，固态硬盘厂商大多会宣称自家的固态硬盘持续读写速度超过了500MB/s，近年来的NVMe固态硬盘可达到2000MB/s左右，甚至4000MB/s以上。

  机械硬盘（HDD）：主要由：盘片，磁头，盘片转轴及控制电机，磁头控制器，数据转换器，接口，缓存等几个部分组成。

  磁头可沿盘片的半径方向运动，加上盘片每分钟几千转的高速旋转，磁头就可以定位在盘片的指定位置上进行数据的读写操作。信息通过离磁性表面很近的磁头，由电磁流来改变极性方式被电磁流写到磁盘上，信息可以通过相反的方式读取。硬盘作为精密设备，尘埃是其大敌，所以进入硬盘的空气必须过滤。

  

  **存储协议（NVMe协议）：**协议：就是一堆通信标准，就是需要互相联系的双方，约定好的一组接头暗号。

  NVMe协议是个应用层协议，底层通常是PCIe协议栈。NVMe协议能够正常运行，是依赖于底层PCIe协议提供的一些功能，而PCIe协议是目前计算机硬件与CPU之间互联互通的关键，诸如网卡、显卡等等都在利用这套协议，可以说底层利用PCIe协议栈是最简单快速的方法。理论上，NVMe协议不一定跑在PCIe协议栈之上，只要底层能够完成同样的任务，替换成别的协议框架也是可以的，就比如把NVMe移植到手机上，就可能发生一些变化。

  **接口种类：**M.2 和 SATA

  **M.2接口：**M.2模组的尺寸目前有11种，用Type xxyy的方式表示，xx表示宽度，yy表示长度，单位为毫米。如Type 2242，表示其宽度22mm，长度42mm。Type 3030则表示其宽度30nm，长度30nm。目前M.2 SSD常见的Type有三种，就是2242、2260、2280。

  

  SATA接口

  

• 处理器（CPU）CPU主频（与功耗有关）、动态加速频率（睿频） 散热（风冷、水冷）、核心数和线程数

  CPU：中央处理器，计算机的大脑，作为计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元。运行工作：处理指令、执行操作、控制时间、处理数据。

  

  工作原理：冯诺依曼体系结构是现代计算机的基础。在该体系结构下，程序和数据统一存储，指令和数据需要从同一存储空间存取，经由同一总线传输，无法重叠执行。根据冯诺依曼体系，CPU的工作分为以下 5 个阶段：取指令阶段、指令译码阶段、执行指令阶段、访存取数和结果写回。

  • 取指令（IF，instruction fetch），即将一条指令从主存储器中取到指令寄存器的过程。

  • 指令译码阶段（ID，instruction decode），取出指令后，指令译码器按照预定的指令格式，对取回的指令进行拆分和解释，识别区分出不同的指令类 别以及各种获取操作数的方法。

  • 执行指令阶段（EX，execute），具体实现指令的功能。

  • 访存取数阶段（MEM，memory），根据指令需要访问主存、读取操作数，CPU得到操作数在主存中的地址，并从主存中读取该操作数用于运算。

  • 结果写回阶段（WB，write back），作为最后一个阶段，结果写回阶段把执行指令阶段的运行结果数据“写回”到某种存储形式。结果数据一般会被写到CPU的内部寄存器中，以便被后续的指令快速地存取。

    在指令执行完毕、结果数据写回之后，若无意外事件（如结果溢出等）发生，计算机就从程序计数器中取得下一条指令地址，开始新一轮的循环，下一个指令周期将顺序取出下一条指令。

    CPU主频：主频即CPU的时钟频率，计算机的操作在时钟信号的控制下分步执行，每个时钟信号周期完成一步操作，时钟频率的高低在很大程度上反映了CPU速度的快慢。主频工艺限制：提高CPU工作主频主要受到生产工艺的限制。由于CPU是在半导体硅片上制造的，在硅片上的元件之间需要导线进行联接，由于在高频状态下要求导线越细越短越好，这样才能减小导线分布电容等杂散干扰以保证CPU运算正确。因此制造工艺的限制，是CPU主频发展的最大障碍之一。

    睿频：睿频是指当启动一个运行程序后，处理器会自动加速到合适的频率，而原来的运行速度会提升 10%~20% 以保证程序流畅运行的一种技术。

    散热：风冷、水冷等等。

    核心数和线程数：为了给电脑更高的性能，一个 cup 中集成了多个内核，这样电脑的性能就成倍的提升。随着科技的发展，我们发现每个内核的性能也变的十分强大，于是一个内核又被分成两个线程。但是，我们要注意的是，一个 cpu 分成多个内核，这是物理的分隔，拆开 cpu 是可以看到的；但是一个内核被分成两个线程是一种超线程技术，也就是串代码，操作系统会认为一个线程也是一个内核，有点欺骗操作系统的感觉。

    通过设备管理器可以查看电脑的线程数，如下图

    

    通过黑窗口命令也可以进行查看：

    cmd命令行中输入：wmic

    回车后继续输入：cpu get

    
    
    NumberOfCores：表示 CPU 核心数

    NumberOfLogicalProcessors：表示 CPU 线程数

    同时可通过CPU-Z进行查看

    CPU-Z下载链接：点击链接跳转
    查看显卡信息的工具也存在GPU-Z
    GPU-Z下载链接：点击链接跳转

• 显卡（集成显卡，独立显卡、核显） GPU

  显卡：是个人计算机基础的组成部分之一，将计算机系统需要的显示信息进行转换驱动显示器。

  主流显卡的显示芯片主要由NVIDIA（英伟达）和AMD（超威半导体 ）两大厂商制造，通常将采用NVIDIA显示芯片的显卡称为N卡，而将采用AMD显示芯片的显卡称为A卡。

  GPU：显示芯片( Video chipset)是显卡的主要处理单元，因此又称为图形处理器(Graphic Processing Unit，GPU)，GPU是NVIDIA公司在发布GeForce 256图形处理芯片时首先提出的概念。尤其是在处理3D图形时，GPU使显卡减少了对CPU的依赖，并完成部分原本属于CPU的工作。

  主要任务：进行图形渲染、3D显示，承担输出显示图形的作用。

  集成显卡:集成显卡是将显示芯片、显存及其相关电路都集成在主板上，与其融为一体的元件。集成的显卡一般不带有显存，而是使用系统的一部分主内存作为显存，具体的数量一般是系统根据需要自动动态调整的。显然，如果使用集成显卡运行需要大量占用内存的空间，对整个系统的影响会比较明显，此外系统内存的频率通常比独立显卡的显存低很多，因此集成显卡的性能比独立显卡要逊色一些。

  独立显卡：独立显卡是指将显示芯片、显存及其相关电路单独做在一块电路板上，自成一体而作为一块独立的板卡存在，它需占用主板的扩展插槽(ISA、 PCI、AGP或PCI-E)。独立显卡的优点是单独安装有显存，一般不占用系统内存，在技术上也较集成显卡先进得多，但性能肯定不差于集成显卡，容易进行显卡的硬件升级。独立显卡的缺点是系统功耗有所加大，发热量也较大。

  核心显卡：图形核心与处理核心整合在同一块基板上，构成一个完整的处理器。低功耗是核芯显卡的最主要优势。

  当前主流显卡分级：

  最高端显卡：当前最高端显卡为30系列显卡。

  主流：由于30系列显卡刚推出不久，大多数玩家主流显卡仍为16系列与20系列显卡。

  中端显卡：第九代显卡及10系列显卡。

  低端显卡：7代及以下显卡
  

• 显示器（屏幕、分辨率、刷新率）

  显示器：属于电脑的I/O设备，即输入输出设备。它是一种将一定的电子文件通过特定的传输设备显示到屏幕上再反射到人眼的显示工具。

  分辨率：指构成图像的像素和，即屏幕包含的像素多少。如1920×1080，表示水平方向包含1920像素，垂直方向是1080像素，屏幕总像素的个数是它们的乘积。分辨率越高，画面包含的像素数就越多，图像也就越细腻清晰。

  刷新率：显示器的刷新率分为垂直刷新频率和水平刷新频率。垂直刷新率场频（Vertical scanning frequency）的单位是MHz，它是由水平刷新率和屏幕分辨率所决定的，垂直刷新率表示屏幕的图像每秒钟重绘多少次，也就是指每秒钟屏幕刷新的次数 [5] 水平刷新率叫行频（Horizontai scanning trequency），它是指显示器每秒钟内扫描水平线的次数，单位是kHz。

LCD和OLED屏幕

发光原理：

LCD屏幕的发光原理主要靠LED背光灯组的背光层进行发光，LED发出的白色光通过背光层上有颜色的薄膜穿透后显示出彩色，那么屏幕的成像原理就是由无数点组成，每个点由红蓝绿三个颜色组成，每个像素点通过调整颜色配比来显现出最终我们看到的彩色画面，所以为了不让光直接穿透红蓝绿，实现可调整颜色，就需要在背光层和颜色薄膜中间增加所谓的液晶层，通过电压的大小来控制白光的发光量，从而调整颜色配比，实现最终的屏幕画面。

OLED屏幕发光原理就简单的多，根本不需要背光层发光来控制调整颜色，可以把OLED理解成为无数个彩灯铺平的一块屏幕，只要通电状态就可以运行，因为不同的发光原理也导致了各有利弊的工作状态。

LCD的缺点：

在显示黑色画面状态下LCD的液晶层无法完全关闭，这就如同拿黑色的布盖住手电筒的光一样，不会完全呈现黑色，而是混合黑色“偏灰色”如果屏幕与手机边框密封性不够好就会产生所谓的漏光现象。而OLED屏幕就如同关闭了灯的开关，直接关闭黑色区像素从而实现纯黑的画面。

LCD屏构造的原因使得屏幕厚度无法做成超薄型，并且不可以大幅度弯曲，虽然用于显示器来说没有太大感受，但在智能手机领域屏幕可以厚度的缩减，可以为手机留出更多空间增加其他功能，将是手机行业的一大突破，OLED屏幕就做到了超薄，并且屏幕可以大幅度弯曲甚至对折。

不同手机的显像色彩不同，就是因为屏幕黑白色对比度的影响，LCD因为有背光层的存在，黑色达不到纯黑状态，对比度就低，色彩呈浅而模糊。OLED却可以选择关闭黑色区域像素点，显现出更浓的真彩效果。

LCD屏无论在什么颜色下都需要完全开启背光，而OLED却可以选择部分区域单独点亮，比如很多手机可以实现在息屏状态下屏幕可以显示时间和通知，这样节省了开启全屏光的电量，在长时间播放视频的情况下，OLED确实更省电。

OLED的缺点：

OLED屏也不是没有缺点的，首先非常严重的就是烧屏。不像LCD屏那样一整块同时工作同时休息，OLED屏是每个像素点单独工作，就造成每个像素点的显现时间不同，比如红色显现时间长，那么红色像素点就比很少用到的蓝色像素点显现颜色更淡，屏幕老化程度不同严重会造成非常难以接受的情况就是烧屏。长时间显示的画面会留下残影在屏幕上，挥之不去，无法消除。只能在手机使用过程中自行注意，平时尽量降低屏幕亮度，避免长时间显示同一画面，那么LCD屏就不存在烧屏的情况。

OLED的闪屏问题也一直被关注，所谓的闪屏就是使用手机拍照搭载OLED手机的屏幕，拍的画面会有斑纹，有人认为这是辐射斑纹或者认为对眼睛有严重伤害，但其实这只是OLED屏的调光方式，OLED屏就是通过快速开关光源实现调光的，不像LCD屏通过电压控制光的强度。但在低亮度下长时间使用手机部分用户会产生眼睛难受、头晕、烦躁等情况，主要是因为低亮度PWM频闪导致的，所以有些用户比较在意这个闪屏的问题。

OLED屏的低延迟让VR技术国产设备有更出色的表现，VR头盔设备很多人戴上之后一动会有眩晕的感觉，这其实就是因为延迟所造成的身体运动与看到的运动不匹配，例如大家玩过的很多电脑网络游戏会产生头晕，称为晕3D，其实是同理。OLED虽说超薄、体量轻、不怕摔、可视角大、反应速度快、延迟低、发光效率高、耗能低、能曲能折但你也要忍受它所带来的烧屏、闪屏眩晕等问题。

频闪：屏幕是需要控制亮度的，对于LCD，我们直接通过调整背光层的电压就能控制亮度（DC调光），而OLED在低电压下会出现不均匀的果冻效应，所以OLED就不能采取控制电压调整亮度，OLED控制亮度的方法就是不断的开关开关开关，开关的次数高到一定程度了肉眼就无法看出来了（PWM调光）。

PWM调光实际上屏幕的亮度是固定的，他是通过改变点亮屏幕的时间来调整连读的，假如屏幕亮度100%，那么全部周期内保持屏幕打开就行了，假如亮度80%，那么一个周期内80%的时间打开屏幕，20%的时间关闭屏幕，假如50%亮度，那么一个周期内50%的时间打开，50%的时间关闭就行了。而低亮度下，由于屏幕关闭的时间过长，我们的肉眼就会很明显的发现屏幕是在一开一关，其实很多人的误区是以为屏幕的频闪频率变低了，实际上不是啊，是因为屏幕关闭的时间太久导致黑场间隔太明显了。 图片对应75%亮度，50%亮度，20%亮度 所以，在低亮度的时候使用OLED部分人会感觉明显不适。

50%的时间打开，50%的时间关闭就行了。而低亮度下，由于屏幕关闭的时间过长，我们的肉眼就会很明显的发现屏幕是在一开一关，其实很多人的误区是以为屏幕的频闪频率变低了，实际上不是啊，是因为屏幕关闭的时间太久导致黑场间隔太明显了。 图片对应75%亮度，50%亮度，20%亮度 所以，在低亮度的时候使用OLED部分人会感觉明显不适。