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我想现在没用过计算机的人很少了吧?但是你真的了解计算机内部的架构原理吗?
计算机从本质上讲就是一种计算器,其接收输入的指令和数据,经过中央处理器的数学与逻辑单元运算处理后,以产生或存储成有用的信息。
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1 计算机硬件
首先我们先从计算机的硬件说起,从外观上,计算机主要由以下三部分组成:
输入单元:包括键盘、鼠标、触控屏幕、扫描仪等
主机单元:主机里面主要包含了主板、芯片组、CPU和主存储器等
输出单元:比如屏幕、打印机等
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其中,整个计算机的核心就是中央处理器(Central Processing Unit, CPU), CPU是一个具有特定功能的芯片,这个芯片的特殊之处就是里面所包含的微指令集,CPU内部又可以分为两个主要单元:算数逻辑单元和控制单元,其中算数逻辑单元主要负责程序运算与逻辑判断,控制单元主要是协调各个组件与各单元间的工作。
CPU的主要精力还是被放在了运算与判断上,这也是为啥叫计算机的原因。CPU从主存储器上读取数据,经过计算与逻辑判断后,将结果写回到主存储器中,然后再从主存储器中传输到输出单元。
2 CPU的种类
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前面提到CPU包含了一些微指令集,所有软件的运行到最后都要通过CPU内部的微指令来执行完成,而这些微指令集有两种主要的设计理念,分别是精简指令集(RISC)和复杂指令集(CISC)。
精简指令集(Reduced Instruction Set Computing, RISC)
采用精简指令集的CPU,每条指令的运行时间很短,完成的动作也很单纯,指令的执行效能较佳,但是缺点就是当需要完成较为复杂的事情时,需要多个指令来完成,常见的RISC微指令集的CPU主要有ARM系列、IBM公司的Power Architecture系列和Sun公司的SPARC系列等,其中应用范围最广的就是ARM系列的CPU。
复杂指令集(Complex Instruction Set Computing, CISC)
与RISC不同,CISC中的指令数目多且复杂,每条指令的长度也不同,因为指令执行复杂,所以每条指令花费的时间也比较长,它的优点就是可以处理的工作较为丰富。目前市面上采用CISC指令集的CPU主要由Intel、AMD、VIA等公司的x86架构的CPU。
我们平常用的个人计算机大多就是x86架构的CPU,也许有人问了为啥叫x86那?那是最早的Intel公司发展出来的CPU的代号为8086,后面又出现了80286,80386...,所以这种架构的CPU就被叫做x86架构,哈哈,是不是明白了x86也就仅仅是个类似007的代号而已。
还有一个大家感兴趣的就是2003以前,是Intel公司发展了8位、16位和32位的x86架构的CPU,但64位的CPU是由AMD在此架构基础上修改而成的,所以64位的个人计算机CPU又被为x86_64架构的CPU。
目前x86架构的CPU主要提供商是Intel公司和AMD公司,我们还经常听说什么单核CPU和多核CPU,这里的核数就是我们所说的CPU计算单元数,有几个核就是在同一个CPU组件中嵌入了几个计算单元,这样做的目的就是为了提升CPU的计算性能。除了核数参数外,我们在买计算机的时候,还有一个很重要的参数就是CPU的频率,频率是CPU每秒可以进行的工作次数,从这个意义上说CPU的频率越高越好,这样CPU在单位时间内干活就越快,这就是配置高的电脑的CPU的核数越多,频率也高,使用起来就越流畅,有钱真好啊。
但是你知道CPU的频率是怎么计算出来吗?理论上CPU应该和外部各组件的速度保持一致才能很好的工作,但CPU需要很强大的工作效率去处理计算任务,而外部组件的速度一般都较低,所以CPU就有了外频和倍频的说法,外频是CPU与外部的组件进行数据传输的速度,倍频是CPU内部用来加速工作性能的倍数,故而CPU的频率就是外频乘以倍频。
3 主板与芯片组
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主板是主机中相当重要的一个部门,计算机所有的组件都直接或间接的安插在主板上,而在主板负责各个组件的沟通的就是芯片组,芯片组一般分为北桥和南桥,北桥负责CPU、RAM、HDMI等的连接,而南桥负责PCI接口或者其他满足的IO装置。
4 内存
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在主板上作为主存储器的就是我们经常说到的内存,前面说的CPU的所有数据都来源于主存储器,不论软件还是数据,都必须读入到内存中,才能被送到CPU中,个人用计算机的内存就是动态随机存储内存(Dynamic Random Access Memory, DRAM),内存最大的特点就是只有在通电的情况下才能有数据存储与使用,断电后数据就没有啦,所以日常我们要及时将重要的数据备份到我们的硬盘上,不能停留在内存中。
DRAM技术经过几代的更新,现在主要有SDRAM和DDR SDRAM两种,现在个人电脑上主要安装的是DDR这种,DDR就是所谓的双倍传输速度(Double Data Rate),它可以在一个工作周期中进行两次数据传输。
5 只读存储器(ROM)
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在主板上有许多的组件,你知道各个组件的参数都存储在哪里吗?这些参数就存储在一个名为CMOS的芯片中,这个芯片在没有通电的情况下也能记录数据,所用的就是只读存储器(Read Only Memory, ROM),其实一种非易失内存,但这个芯片是也需要额外供电的,来源就是我们主板上常见的那一块小电池。
在CMOS芯片中有一套名为BIOS(Basic Input Output System)的小程序,当我们启动电脑的时候首先读取的就是BIOS,所以BIOS对于计算机是相当重要的。
6 操作系统
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在没有通电时,计算机就是一堆废铁,啥也干不了,但是计算机通电后,它要怎么来工作那?那就需要一个广义的程序来协调计算机中的各个组件来工作,来管理计算机中的所有活动以及驱动系统中的所有硬件,严格来说是一组程序,这一组程序就是操作系统(Operating System),例如我们伟大的Windows操作系统,还有Linux操作系统等。
7 应用程序
操作系统还提供一些列控制计算机行为的接口,人们根据这些接口所开发出来的具有特定功能的软件以供用户所用,比如Office软件,浏览器等,这些就是所谓的应用程序,也是我们经常用到的程序。
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8 计算机的分类
超级计算机(Supercomputer)
超级计算机是运作速度最快的计算机,但是他的维护、操作费用也最高!主要是用于需要有高速计算的计划中。 例如:国防军事、气象预测、太空科技,用在模拟的领域较多。
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大型计算机(Mainfram Computer)
大型计算机通常也具有数个高速的CPU,例如大型企业的主机、全国性的证券交易所等每天需要处理数百万笔数据的企业机构,或者是大型企业癿数据库服务器等。
迷你计算机(Minicomputer)
迷你计算机仍保有大型计算机同时支持多用户的特性,但是主机可以放在一般作业场所。
工作站(Workstation)
工作站的价格又比迷你计算机便宜许多,是针对特殊用途而设计的计算机,其在学术研究的工程分析方面相对常见。
微电脑(Microcomputer)
微电脑就是我们所说的个人计算机,它体积最小,价格最低,但功能还是五脏 俱全癿! 大致又可分为桌上型、笔记型等。
计算机是一个相当复杂的系统,要想弄清它还是要狠下一番功夫的,这里只是带大家入个门,弄清一些概念,希望对部分人有帮助。

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