# 设备

# 计算机结构

1945 年，冯·诺依曼（Von Neumann）在论文中提出了一种可以存储指令并执行的计算机结构，被称为冯·诺依曼结构，是目前最流行的计算机结构。
冯诺依曼结构在逻辑上分为五个部分：
- 运算器（Arithmetic Unit）
  - ：负责执行指令、进行运算。
  - 核心部件是算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit ，ALU），能进行算术运算、逻辑运算、位运算等操作。
  - 运算结果会保存到存储器中，或者暂存在累加器中。
- 控制器（Control Unit）
  - ：负责从存储器读取指令，进行译码分析（即编码的逆过程），然后调用相关部件执行该指令。
  - 例如读取到一个跟运算相关的指令，就取出操作数，发送到运算器进行运算。
- 存储器（Memory Unit）
  - ：负责用于存储数据和指令。
  - 主要分为内部存储器、外部存储器两种，简称为内存、外存。
- 输入设备
  - ：负责接收用户或其它设备输入的信息，转换成计算机能识别的数据，然后保存到存储器中。
  - 例如鼠标、键盘。
- 输出设备
  - ：负责将计算机的数据转换成适当形式的信息，输出给用户或其它设备。
  - 例如显示屏、打印机。
  - 输入、输出设备统称为 IO 设备。

# /dev

Linux 中，所有硬件设备，都以逻辑文件的形式，映射到 /dev 目录下。例如：

/dev/hd[a-d] ：IDE 接口的设备（主要是硬盘）。
- IDE 接口是一种传统的并行接口，传输速度较慢，已被淘汰。
- 例如 /dev/hda 表示硬盘 a 。编号 a 说明它是系统启动后识别到的第一个这种类型的设备。
/dev/sd[a-p] ：SATA 接口的设备（主要是硬盘）、SCSI 接口的设备（主要是硬盘）、USB 接口的设备。
/dev/vd[a-] ：虚拟磁盘。
/dev/fd[0-1] ：软盘。
/dev/cdrom ：光驱。
/dev/mouse ：鼠标。
/dev/lp[0-15] ：打印机。

# 块、字符设备

按读写单位的不同，将设备分类：

块设备（block deivce）
- ：读写时以 block 为单位。例如磁盘。
- 读写块设备时，默认会经过操作系统的 Cache 缓冲、缓存。
  - 如果不经过操作系统的 Cache ，则称为裸设备（raw device），IO 性能更高。
字符设备（character device）
- ：读写时以 char 为单位。例如键盘、终端。

# 终端设备

Linux 中，与终端交互时，都是通过读写 /dev 目录下的串口设备文件。
- 它们可能是真实存在的硬件设备，也可能是虚拟设备。

主要分类：

控制台设备（console device）
- ：文件名为 /dev/console ，用于接收系统内核的一些输出信息，只有 root 用户能读写。
虚拟控制台（virtual console）
- ：文件名的正则表达式为 /dev/tty\d* 。
- /dev/tty 指向当前 shell 使用的终端，比如 /dev/tty1、/dev/pts/0 。
- /dev/tty0 指向当前 shell 使用的虚拟控制台，只有 root 用户能读写。
伪终端（pseudo terminals ，ptys）
- ：用于模拟终端操作的进程。比如在桌面上打开的终端、通过 SSH 登录的终端。
- 文件名的正则表达式为 /dev/pts/\d+ 。
- 例：假设 SSH 登录时，执行 w 命令，查询到当前终端为 pts/0 。然后执行以下命令：
```
[root@CentOS ~]# echo Hello > /dev/stdout   # 将输出重定向到 stdout ，这会输出到当前终端
Hello
[root@CentOS ~]# echo Hello > /dev/tty      # 将输出重定向到当前终端
Hello
[root@CentOS ~]# echo Hello > /dev/tty1
[root@CentOS ~]# echo Hello > /dev/pts/0
Hello
[root@CentOS ~]# echo Hello > /dev/pts/6    # 该伪终端不存在，因此不允许重定向
-bash: /dev/pts/6: Permission denied
```
- 通过 SSH 登录时，用户输入的 stdin 数据会先被通过 sshd 服务传给远程主机上的 shell 进程，再写入 /dev/tty 文件，最后被系统内核读取、处理。
串行端口终端（serial ports terminal）
- ：表示通过计算机串行端口连接的终端设备。
- 文件名的正则表达式为 /dev/ttyS\d+ 。
- 例如，执行命令 echo "Hello World" > /dev/ttyS1 ，就是将数据发送到 S1 端口，相当于 DOS 系统的 COM1 。

# 相关命令

# lscpu

lscpu      # 显示 CPU 的信息

# lsmem

lsmem      # 显示内存的信息

# lsblk

lsblk       # 显示系统所有的块设备
       -p   # 显示每个设备的完整路径
       -f   # 显示每个块设备的文件系统、UUID（通用唯一识别码）

例：
```
[root@CentOS ~]# lsblk -p
NAME        MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
/dev/sr0     11:0    1  3.5M  0 rom
/dev/vda    253:0    0   50G  0 disk
└─/dev/vda1 253:1    0   50G  0 part /
```
- /dev/sr0 是 rom ，/dev/vda 是磁盘设备，/dev/vda1 是一个磁盘分区，挂载在/。
- MAJ:MIN ：主设备号和次设备号。
- RM ：是否为可卸载设备。
- RO ：是否为只读设备。
- TYPE ：分为磁盘(disk)、分区(partition)、只读存储器(rom)三种。
- MOUTPOINT ：挂载点。

# lshw

lshw            # 显示所有硬件设备的详细信息
    -short      # 只显示简洁的设备列表
    -class cpu  # 只显示 cpu 类的信息（同理可显示其它类设备）
    -json       # 显示成 json 格式

安装：yum install lshw
需要用 root 权限执行。