關于計算機系統的奪命13問，你能堅持到第幾問？

目錄

1、什么是x86架構？

2、為什么32位的CPU的最大內存只有4GB？

3、CPU的頻率是什么？

4、什么是內存？

5、內存的多通道設計？

7、簡單概述一下什么是DRAM與SRAM？

8、只讀存儲器（ROM）是什么？

9、簡單概述一下你對顯卡的理解？

10、假設你的顯示器使用1024*768分辨率，且使用去全彩（每個像素占用3B的容量），請問你的顯卡至少需要多少內存才能使用這樣的飽和度？

11、談談硬盤與存儲設備

12、談談你眼中的操作系統

13、系統調用是什么意思？

1、什么是x86架構？

CPU其實內部含有一些微指令，我們所使用的軟件都要經過CPU內部的指令集來完成。AMD、Intel所開發出來的x86架構CPU被大量使用于個人電腦，為何稱為x86架構？這是因為最早的那塊Intel研發出來的CPU代號稱為8086，后來依此又開發出80286/80386等，因此這種架構的CPU被稱為x86架構。

2、為什么32位的CPU的最大內存只有4GB？

所謂的位bit，指的是CPU一次讀取數據的最大量。64位CPU代表一次可以讀取64位的數據，32位CPU則是一次讀取32位的數據。因為CPU讀取數據量有限制，因此能夠從內存中讀寫的數據也就有所限制。

CPU的各項數據通通來自于內存，內存能提供給CPU的數據量越大，系統的性能也會比較快。

與CPU的頻率類似，內存也有其工作頻率，這個頻率的限制來自于CPU中的內存控制器，CPU內置的內存控制芯片對內存的工作效率最高可達到1600MHz，這只是工作頻率（每秒幾次）。一般來說，每個時鐘周期能夠傳輸的數據量，大多為64位，這個64位指的就是位寬，CPU可以從內存中取得的最快寬帶就是1600MHz64bit = 1600MHz8B=12.8GB/S。

與總線位寬相似的，CPU能夠處理的數據量成為字長，字長依據CPU的設計，有32位和64位。因為CPU每次能夠解析的數據量有限，因此由內存傳過來的數據量就會有所限制，這也導致32位的CPU最左只能支持最大到4GB的內存。

3、CPU的頻率是什么？

外頻指的是CPU與外部組件進行數據傳輸時的速度，倍頻指的是CPU內部用來加速動作性能的一個倍數，兩者相乘才是CPU的頻率速度。

新的CPU設計中，已經將北橋的內存控制芯片整合到CPU內，而CPU與內存、顯卡通信的總線成為系統總線。南橋就是所謂的輸入輸出IO總線，主要在連接磁盤、USB、網卡等設備。

4、什么是內存？

個人電腦的內存主要組件為動態隨機存取內存，隨機讀取內存只有在通電時才能記錄與使用，斷電之后數據就消失。因此我們也稱這種RAM為揮發性內存。

DDR是所謂的雙倍數據傳輸速度（Double Data Rate）,它可以在一次工作周期中進行兩次數據的傳輸，感覺上就好像是CPU的倍頻。

所有的數據都要加載到內存當中才能被CPU讀取，如果內存容量不夠大的話會導致某些大容量數據無法被完整地加載，此時已存在內存當中但暫時沒有被使用到的數據必須要先被釋放，使得可用內存容量大于該數據，那份新數據才能夠被加載。所以，通常越大的內存代表越快的系統，這是因為系統不會常常釋放一些內存中的數據。以服務器來說，內存的容量有時比CPU的速度還要重要。

5、內存的多通道設計？

由于所有的數據都必須要存放在內存，所以內存的數據位寬當然越大越哈。但傳統的總線位寬一般大約僅為64位，為了加大這個位寬，芯片組廠商就將兩個內存集合在一起，如果一根內存可達到64位，兩根內存就可以達到128位，這就是雙通道的設計理念。

如上所述，要啟用雙通道的功能你必須要安插兩根內存條，這兩條內存條最好連型號一模一樣比較好，這是因為啟動雙通道內存功能時，數據時同步寫入/寫出這一對內存中，如此才能夠提升整體的帶寬。所以除了容量大小要保持一致之外，型號也最好相同。

7、簡單概述一下什么是DRAM與SRAM？

除了內存之外，電腦中還有許多類似內存的存儲結構存在，最為我們所知的就是CPU內的二級告訴緩存。如果某些很常用的程序或數據可以放置到CPU內部的話，那么CPU數據的讀取就不需要跑到內存重新讀取，這樣就可以大大提升程序的性能了。

如圖所示，因為二級緩存（L2 Cache）整合到CPU內部，因此這個L2內存的速度必須要與CPU頻率相同。使用DRAM時無法達到這個頻率速度的，此時就需要靜態隨機存取內存（Static Random Access Memory，SRAM）的幫助。SRAM在設計上使用的晶體管數量較多，價格較高，且不易做成大容量，不過由于其速度快，因此整合到CPU內成為高速緩存以加快數據的讀寫是個不錯的方式。新一代的CPU都有內置容量不等的L2緩存在CPU內部，以加快CPU的運行性能。

8、只讀存儲器（ROM）是什么？

主板上面的組件是非常多的，每個組件的參數具有可調整性。

主板上面如果有內置的網卡或顯卡時，該功能是否要啟動與該功能的各項參數，被記錄在主板上面的一個稱為CMOS的芯片中，這個芯片需要借助額外的電源來使用記錄功能。

CMOS內數據的讀取與更新，都是在BIOS（Basic Input Output System）中寫入到主板上面的一個存儲芯片中，這個存儲芯片在沒有通電時也能夠記錄數據，這就是只讀存儲器（Read Only Memory，ROM）。ROM是一種非易失性的存儲。另外，BIOS對于個人電腦來說是非常重要的，因為它是系統在啟動的時候首先回去讀取的一個小程序。

另外，固件很多也是通過ROM寫入的，固件像軟件一樣也是一個唄電腦所執行的程序，然后他是對于硬件內部而言更加重要的部分。

9、簡單概述一下你對顯卡的理解？

顯卡又稱為VGA（Vedio Graphics Array），它對于圖形顯示扮演著相當關鍵的角色。一般對于圖形影像的顯示重點在于分辨率與顏色深度，因為每個圖像顯示的顏色會占用內存，因此顯卡上面會有繼承內存并被稱為顯存，這個顯存容量將會影像到你的屏幕分辨率與顏色深度。

除了顯卡之外，現在由于3D游戲與一些3D動畫的流行，因此顯卡的運算能力越來越重要。一些3D的運算任務早起是由CPU完成，但是CPU并非完全針對這些3D運算需求來來進行設計的，而且CPU平時已經非常忙碌了，所以后來顯卡廠商直接在顯卡上面嵌入一個3D加速的芯片，這就是所謂的GPU稱謂的由來。

顯卡主要也是通過GPU的控制芯片來與CPU、內存等通信。如前面提到的，對于圖形影像來說，顯卡也是需要高速運算的一個組件，所以數據的傳輸也是越快越好，因此顯卡的規格由早期的PCI升級為AGP，近期AGP又被PCI-Express所取代。

10、假設你的顯示器使用1024*768分辨率，且使用去全彩（每個像素占用3B的容量），請問你的顯卡至少需要多少內存才能使用這樣的飽和度？

因為1024768分辨率中會有786432個像素，每個像素占用3B，所以總共需要7864323/1024/1000=2.3MB以上才行，但如果考慮屏幕的刷新率（每秒鐘屏幕的刷新次數），顯卡的內存還是越大越好。

11、談談硬盤與存儲設備

機械硬盤有個很致命的問題，就是需要驅動馬達去轉動碟片，這會造成很嚴重的磁盤讀寫延遲，你要知道數據在哪個扇區上面，然后再命令馬達開始轉，之后再讓磁盤去讀取正確的數據。另外，如果數據放置的比較離散，那么讀寫的速度就會延遲更明顯，速度快不起來。因此，廠商就拿閃存去制作高容量的設備，這些設備的連接接口也使用SATA或SAS，而且外型還做的跟傳統磁盤一樣，這種稱為固態硬盤。

固態硬盤最大的好處就是沒有馬達，不需要轉動。而且通過閃存直接讀寫的特性，因此除了沒數據延遲且快速之外，還很省電。

由于硬盤內部機械手臂上的磁頭與碟片的接觸是很細微的空間，如果有抖動或是污物附著在磁頭與碟片之間就會造成數據的損壞或是物理磁盤整個損壞，因此，正確的使用電腦的方式，應該是在電腦通電后，不要移動主機，避免震動磁盤，導致磁盤數據發生問題。另外，也不要輕易插拔就以為順利關機，因為機械手臂必須回歸原位，所以使用操作系統的正確關機方式，才能夠比較好的保護磁盤，因為它會讓磁盤的機械手臂回歸原位。

12、談談你眼中的操作系統

操作系統其實是一組程序，這組程序的重點在于管理電腦的所有活動以及驅動系統中的所有硬件，操作系統內核可以讓CPU可以開始判斷邏輯與運算數值、讓內存可以開始加載/讀取數據與程序代碼、讓硬盤可以開始被存取、讓網卡可以開始傳輸數據、讓所有外置設備可以開始運轉等。總之，硬件的所有操作系統都必須要通過操作系統來實現。

但是單有內核用戶也不知道能做什么事情，因為內核主要在管理硬件與提供相關的功能（比如讀寫硬盤、網絡功能、CPU資源分配等），這些管理操作都非常重要，如果用戶能夠直接使用內核的話，萬一用戶一不小心將內核程序停止或者破壞，將會導致整個系統的崩潰。因此內核程序放置到內核當中的區塊是受保護的，并且啟動后就一直常駐在內存當中。

13、系統調用是什么意思？

既然硬件都是由內核管理的，那么如果我想要開發軟件的話，自然要去參考這個內核的相關功能， 操作系統通常會提供一套應用程序接口給程序員來開發軟件，工程師只要遵守該API那就很容易開發軟件了，比如C語言，只要遵守C語言的函數即可，不需要再去考慮其它內核的相關功能。

電腦系統主要由硬件構成，然后內核程序主要在管理硬件，提供合理的電腦系統資源分配（包括CPU資源、內存資源等），因此只要硬件不同（如x86架構與RISC架構的CPU），內核就得要進行修改才行。由于內核只會進行電腦系統的資源分配，所以再上面還需要有應用程序的提供，用戶才能夠使用系統。

操作系統的內核層直接參考硬件規格寫成，所以同一個操作系統程序不能夠在不一樣的硬件架構下運行。

操作系統只是管理整個硬件資源，包括CPU、內存、輸入輸出設備及文件系統等。如果沒有其它的應用程序輔助，操作系統只能讓電腦主機準備就緒而已，無法進行其它功能。應用程序的開發都是參考操作系統提供的API，所以該應用程序只能在該操作系統上面運行而已，不可以在其它操作系統上運行。

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