什么是计算机系统，一文读懂计算机系统，收藏这篇就够了

原创于 2024-11-11 10:21:03 发布 · 1.8k 阅读

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本文将给大家介绍计算机系统的主要组成部件，并简单说明其相关的工作过程！

文章涉及计算机的主要组成部件的介绍，从中引入了对 AI 的简单说明，对热力学第二定律熵增的简单说明，我还牵强地将其与书法建立了联系，文字较多，感谢大家的阅读

文章分三大部分：

一个完整系统的组成，世界存在多个这样的系统个体。
计算机系统的组成。举例工厂生产过程，来讲述计算机中各主要部件的简单工作过程。
引申出的思考。

**系统的思考：**一个完整的系统，一般包含几个部件？

一个完整的系统一般包含以下四个部件：

**处理部件：**起计算与控制的作用。
**存储部件：**存储需要的信息。
**输入部件：**获取外界的输入。
**输出部件：**将内在的信息反馈给外界。

世界上很多事物，都可以当成一个个独立的完整的系统来看待。例如：

每一个人，是一个完整的系统。
每个人都有一个处理控制部件，我们的大脑，它用来对各种信息进行计算处理，并控制身体的行动。同时大脑还具备信息存储的功能，存储我们所学的知识、识知。
我们的感知器官，可用于接受外界的信息，是我们的输入部件，如眼睛、耳朵。
通过嘴巴，我们与外界交互，进行语言的表达，是我们的输出部件。
数学函数，如：sin 正弦函数。函数也可看作一个系统？可以这样认为。sin 正弦函数，它可以接收一个输入数值，代表要计算正弦值的角度。然后这个函数内部将对此数值进行计算处理，最后得到一个结果，表示最终的正弦值作为输出。它虽然没有存储，总地来说它是完整的。

在编程世界里，有一种称为 “面向对象” 的编辑思想，说的是 “万物皆为对象”。

每个人身上这些部件，是看得到、摸得着的，属于硬件。除了这些硬件部件，我们还拥有自已的知识、智慧，以及思维。我们对外界数据的处理，依赖它们，属于软件。

计算机系统：

在这里插入图片描述

图片来自互联网

计算机系统包含硬件系统与软件系统。硬件系统主要也由四个部件组成：

**处理控制部件：**CPU，其全称是 “中央处理单元”，它是计算机的大脑，用于完成计算机中绝大多数的计算（可以有辅助部件）
**存储部件：**计算机中的存储设备，用于存储计算机中的数据。
**输入设备：**如键盘、鼠标，扫描仪，用于获取外界的信息。
**输出设备：**如显示器、打印机、音箱，用于展示计算机的计算结果。

计算机还包含其他各种设备，但一个包含上述几个部件的系统，基本上就足以让系统能进行正常的工作了。

如何工作：

我们先来看一张非常简单的工厂的结构图：

在这里插入图片描述

工厂最基本也由以下四个部件组成：

**生产车间：**生产车间是工厂里面产品生产加工的场地，是工厂的最核心最主要的组成部件。这个部件即是系统中的处理部件，它是信息处理加工的场地。
**仓库：**仓库的作用是用来存储用于加工生产的原材料或者加工生产完毕的产品，它是存储部件。
**输入：**工厂通过多个途径（如采购）获取外界的原材料等相关用于生产等方面所需的必需物。
**输出：**工厂对加工生成完成的产品，可以通过多个途径（如销售、展示）与外界进行交互。

于是，工厂的生产车间相当于计算机的 cpu 部件，仓库相当于计算机的存储部件，即计算机的硬盘。

工厂中用于运输的主干道与各种部件（车间、仓库等）之前的连接路线，这些线路则相当于计算机硬件主板上面的 “总线” 与各种周边布线，这些线路，用于连接各组成部件，以便进行数据的传输。

软件充当什么角色？

工厂加工生产，还需要什么？

我们说过，每个人的知识、识知与思维是他的软件部分。每个人之所以对事物的认知、思考、处理方式不同，一个原因就是每个人的软件部分的差异。

工厂加工生产产品，需要具备相应的生产加工机器。有什么的机器，自然就能加工生产什么样的产品。

计算机也一样，光有处理数据的这些硬件，但还需要能用于处理不同数据的各种机器 —— 它们就是计算机中安装的各类软件。

软件就是计算机中的机器，计算机最终能做什么事，取决于其安装的软件。

生产过程

工厂生产加工，先从仓库中获取存储的各种原材料等必需品，然后运输至生产车间进行加工生产。然后，再将加工生产后的产品等运输回仓库进行存储。

生产效率

想象一个问题，如果工厂中的仓库与生产车间间的道路太长，仓库工作效率过低，以至于存取原材料的速度过慢，而生产车间的生产效率又非常快，那么，在生产加工的过程中会出现什么样的情况？

答：由于获取材料的速度跟不上生产的速度，车间生产势必会长时间处于等待仓库搬运原材料以及运回产品的操作，从而导致生产效率过低。

简言之，效率高的部件需要等待效率低的部件。

计算机中CPU的处理速度通常是非常快的，而存储设备硬盘的读写速度远远跟不上CPU的处理速度。因此，CPU 需要长时间等待硬盘数据的读取与写入。

效率问题的解决

于是，我们考虑，在工厂的仓库与车间之间，加入一个临时仓库。该临时仓库的必须确保足够高的工作效率。每次加工生产，工厂生产过程中所需的所有必需品，先运至此临时仓库，然后再由此运至车间生产。生产的每个环节产生的半成品，可以转到临时仓库，以备后续基他环节生成的需要。由于临时仓库效率足够高，因此，后续从其运至车间生产，就不会导至车间过长时间等待的问题。

计算机系统如何解决

在计算机系统中，也加入一个这样的临时仓库，该临时仓库就是内存。内存属于RAM，RAM的全称是 “随机访问存储器”。

在这里插入图片描述

内存的加入，就是为了缓解硬盘（原来的大仓库）读写效率过低，而CPU处理过快，从而导致停滞等待的问题。

因此，计算机中的存储设备，主要分为两种部件：硬盘与内存。硬盘是用于存储计算机数据的仓库，这个仓库存储的数据是永久保存的。我们安装的程序与数据，均存放在硬盘中。而硬盘中安装的任何程序，启动运行时，以及相应的数据需要处理时，都需要从硬盘中读取并转至内存。内存是临时存储的，存放当前正在运行的程序与相关需要的数据。

由于内存中的数据是临时存储的，计算机断电后，数据就消失，无法恢复，因此，我们在做数据编辑的操作时（如Word编辑），必须时刻记得保存（保存操作，将内存中的数据转至硬盘中存储），这样，数据才能永久保存。

由于计算机中所有程序的运行，最终需要转至内存中运行，所以，内存容量的大小，决定了计算机能放置加工处理的程序与数据的数量，也即决定了计算机运行的效率快慢。

计算机生产过程举例

例如，用播放器播放音乐，我们首先需要在计算机中安装音乐播放器（机器）。播放器实际就是一段程序，这段数据，它将被安装至计算机的存储部件硬盘中。

当我们运行播放器时，播放器的程序数据以及音乐数据，将从硬盘（固定的仓库）运输至内存（临时仓库）中，然后CPU将从内存中读取需要的数据进行处理，并将处理后的结果传至输出设备（音箱），我们就听到了美妙的音乐。

如果需要，CPU数据处理后，将写回内存，并最终写回硬盘进行保存。

分时系统

有时候，我们一边听音乐，一边工作，我们希望能提高工作效率。

我们打开 Word 编辑文档，再打开播放器，两者之间，互不冲突。我们并不需要先停下音乐，然后编辑文档。我们以为，我们的计算机正在同时运行 Word 与音乐播放器。

实事是这样吗？

古老的计算机，单核CPU系统，为了让我们感觉上能同时运行多个不同的程序，系统将CPU的时间进行了分段。每段时间，分别调度运行不同的程序。例如，第一段时间运行 Word，第二段时间运行播放器，第三段时间再切换回 Word，第四段时间又运行播放器，如此。

由于每个CPU时间段分得足够小，因此，我们无法感受到时间的间断，我们感受到的是同时在运行不同的程序。

我们可以尝试，如果同时运行非常多的程序，由于CPU需要很长时间才能切换到另一个所需的程序来运行，这时能就感受到程序卡顿了。

单核CPU系统，相当于工厂的车间一个时间只能放置一台机器。我们需要不断将不同机器从临时仓库切换至车间去加工生产不同的产品，效率是低下的。

多核CPU系统，相当于有多个车间，所以，可以有多个不同的机器（程序）运行其上，则是真正的同时运行。

CPU的频率

CPU的频率，表示CPU每秒的运行次数，那什么是CPU的运行次数？

假设有一个简单的任务是计算 1 到 100 的所有整数之和。

如果使用一个相对较慢的 CPU，它每秒钟可以进行 100 次计算。

首先，我们可以用最基本的方法来计算这个和，即从 1 开始依次累加每个整数。每次累加都是一次计算操作。

1. 第一次计算：1 + 2 = 3，这是一次计算。

2. 第二次计算：3 + 3 = 6，又是一次计算。

3. ……

4. 一直进行到第 99 次计算：4950 + 100 = 5050。

在这个过程中，一共进行了 99 次加法计算。如果 CPU 每秒钟可以进行 100 万次计算，那么完成这个任务对于这个 CPU 来说几乎是瞬间完成的，因为它所需要的计算次数远远小于 CPU 的计算能力。

因此，频率的高低，是衡量CPU效率的一个指标。

GPU与AI

计算机的计算操作，除了通过CPU，通常还有一个作为辅助的部件，即GPU（显卡）。GPU在计算机中，主要是用于图像的计算处理操作。

计算机屏幕的显示，是由多个像素来完成的，每个像素可以理解为屏幕上的一个点，这个点由某个数值表示，代表显示什么颜色。由多个这个的点，就可以组合成一张完整的图像。

因此，图片，在计算机中，可以简单理解为一个多行多列的表数据，每个单元格是一个像素值。很多时候，我们需要将这些单元值同时与某些其他的数值进行某种计算，以便对图像进行某种变换操作。

GPU，就可以高效地对图像进行这样的计算操作。因为它能同时对多个单元格进行某种计算，这种 “同时”，我们称为并行。

人工智能中，存在很多同时涉及多个表格的计算操作，所以，GPU的出现，对人工智能的计算训练，产生了重要的影响，提高了效率。这里的表格，我们称之为 “矩阵”。

总结

至此，我们明白了计算机系统的运行过程，也清楚各个组件之间的关系与性能指标。

我们偶尔会遇到，人们提出其手机上有着256G或更多的内存，但手机还是很卡。至此，我们明白了，跟手机运行效率相关的，更多是运行内存的大小。

热力学第二定律

在广袤无垠的宇宙中，生命的产生是一种奇迹。

保护地球，热爱我们的家园，在广袤无垠的宇宙中，地球只有一个。

图片来自互联网

热力学第二定律，简单地说，就是在没有外界作用力的情况下，事物的发展过程，会从有序的状态进入更无序的状态。

如何理解？

举个例子：有一个房间，房间里面有100个氧原子。设想一下，100个氧原子刚好都在这个房间的左边的概率有多大？

我们可以算一下，每个原子在左边或右边的概率是1/2，100原子在房间的左边或右边的概率，是1/2 的 100 次方。我们知道这个概率是非常小的。当然，这个概率必须足够小，否则，我们跑到房间的另一边可能会窒息而死。而100个氧原子混乱的充斥着整个房间的概率相对就高的多。也就是说，氧原子从原来更有序的状态进入到更混乱无序的状态的概率要大得多。

熵是用来衡量有序无序的一个量。

事物会从有序的状态进入更无序的状态，简言之，在没外力的影响下，熵会增加，这称为熵增。

曾经有人问爱因斯坦说世界有没有造物主。

在这个无序的宇宙中，产生这个有序的世界，产生一个个完整的个体，也许是造物主杰作。不论世界有没有造物主，存在这么一个有序的世界，它本身都是一个奇迹。

在选择就业方向时，计算机专业的毕业生们可以根据自己的兴趣、技能和市场需求做出明智的决策，并持续努力提升自己的能力和价值。

没有网络安全就没有国家安全

当前，网络空间成为大国博弈的关键战场，网络对抗与地缘政治博弈深度交织，网信领域的竞争正在全球范围内展开，网络安全已被提升到国家战略的高度。面对日益严峻的网络安全形势，国家相继颁布**《网络安全法》《数据安全法》《个人信息保护法》《关键信息基础设施安全保护条例》**等法律法规，出台了《网络安全审查办法》《云计算服务安全评估办法》等政策文件，建立了关键信息基础设施安全保护、网络安全审查、网络安全服务认证等一系列重要制度，制定发布了300多项网络安全领域国家标准。

网络安全产业迎来黄金发展期

随着全球范围内网络空间安全事件增加，以及相关配套政策法规的落地实施，网安产业抓住发展的黄金机遇，乘势而上。全球新经济产业第三方数据挖掘和分析机构iiMedia Research（艾媒咨询）最新发布的《2023年中国网络安全产业发展研究报告》数据显示，2023年中国网络安全市场规模约为683.6亿元，同比增长8.0%，预计2027年中国网络安全市场规模有望增至884.4亿元。

2023年12月27日，国家发展改革委修订发布了《产业结构调整指导目录（2024年本）》，在“鼓励类”新增“网络安全”行业。这一政策调整，无疑体现了国家对网络安全领域发展的高度重视和大力支持。

数据来源：中国网络安全产业联盟，艾媒数据中心

网络安全人才缺口达327万

据教育部数据显示，到2027年，我国网络安全人员缺口将达327万。与此同时，网络安全相关本科专业（信息安全、网络空间安全、网络安全与执法）毕业生规模约为1.45万人，远不能满足市场所需。

在9月11日发布的《2024年网络安全产业人才发展报告》显示，在网络安全人才短缺的背景下，中小型企业普遍进入数字化转型阶段，网络安全业务处于成长期，因而网络安全人才需求相对更加旺盛。

在企业招聘方面，网络安全运营招聘职位数占比最高，达到29.4%。其次是网络安全建设、数据安全等，相比往年，数据安全人才的招聘需求呈现出**“岗位多要求高”**的特点。

就业前景

就业方向

作为计算机类专业，网络空间安全专业毕业生除可胜任计算机类相关工作外，还可进入政府机关单位从事安全规划、安全管理和等级保护等相关工作，或在企业从事网络空间安全领域的技术开发与运维、安全管理、系统（产品）研发与运维、安全分析与设计、技术咨询与服务、项目管理等相关工作。

就业薪资

根据工信部近日发布的《网络安全产业人才发展报告》，网络安全产业人才需求还在高速增长，2021年上半年，行业人才需求总量已经较去年同期增长了39.87%，不少企业为了招到人才不惜付出高薪，2021年网络安全领域的平均招聘薪酬已达到22387元/月，较去年同期提高了4.85%。平均工资较全行业偏高的主要原因是大部分公司希望通过社会招聘网站招募经验足、技术强的人才。

据麦可思就业蓝皮书数据显示：自2014届开始，信息安全专业成为薪资最高专业，并连续10年位居毕业半年后月收入较高本科专业榜首，2023届毕业生月收入为7756元。

（图片来源：麦研文选微信公众号）

从全国范围来看，信息安全专业稳坐月收入第一的宝座。但同一专业毕业生的薪资情况会因就业地的差异而有所不同。据阳光高考网专业知识库数据显示，北京、上海、广东，三个地区的信息安全专业本科生毕业三年内平均月薪超过1.5万元，就业于浙江的信息安全专业本科生毕业三年内平均月薪超过1.2万元，在江苏、湖北、陕西、四川就业的信息安全专业本科毕业生三年内平均月薪也表现不错，达到9千元以上。

网络空间安全专业介绍

网络空间安全专业是在计算机、电子信息、通信等专业的基础上，面向网络空间安全的重大需求，针对网络安全技术的研究与应用，按照“新工科”理念建设的、国家首批批准的新专业。

该专业面向计算机网络空间安全、信息安全与对抗、电磁安全与对抗等广义网络空间安全领域，主要围绕网络空间中电磁设备、电子信息系统、计算机网络、运行数据、系统应用中存在的安全问题，开展理论、方法、技术、系统、应用、管理和法制等方面的研究。致力于培养“互联网+”时代能够支撑和引领国家网络空间安全领域的拔尖创新人才。

在软科发布的2024年中国大学专业排名中，列出了72所网络空间安全专业相对优秀的高校，有意向报考该专业的学生，这些高校是优选。

【滑动查看】

可以看到排名top5的高校是电子科技大学、西安电子科技大学、北京理工大学、北京邮电大学、东南大学等，这些学校对考生分数要求也是比较高的。

省内高校南京理工大学荣登前20名。南理工网络空间安全学院整合计算机科学与技术、信息与通信工程和数学等3个一级学科的相关资源，已形成本、硕、博全链条人才培养体系。毕业生就业去向主要为知名国有企业、高新技术企业等。

①：2024年高考，东南大学的网络空间安全专业招生形式为：网络空间安全+法学(双学士学位培养项目)。

②：在2024年度普通高等学校本科专业申报中，江苏海洋大学和南京信息工程大学新增网络信息安全专业。感兴趣的家长可以多多关注哦！

院校推荐：

1. 西安电子科技大学

西安电子科技大学网络安全学院成立于2017年，是国内较早成立的网络安全学院之一。学院依托学校在信息与电子学科领域的优势，紧密结合国家网络安全战略需求，形成了以密码学为主导、面向网络空间的网络安全学科体系，拥有**“网络与信息安全”**博士后科研流动站、“网络与信息安全”一级学科博士点。

2. 东南大学

东南大学网络安全学院成立于2017年，学院依托学校在信息科学领域的优势，紧密结合国家网络安全战略需求，形成了以网络空间安全为主导、面向信息技术的学科体系。学院拥有**“****网络空间安全”博士后科研流动站、“网络空间安全”一级学科博士点**和“网络空间安全”专业硕士学位授权点。

学院拥有一支高水平师资队伍，包括国家高层次人才计划入选者、教育部新世纪优秀人才支持计划入选者和江苏省“333高层次人才培养工程”培养对象等。

3. 武汉大学

武汉大学网络安全学院成立于2017年，是国内较早成立的网络安全学院之一。学院依托学校在信息科学和计算机科学领域的优势，紧密结合国家网络安全战略需求，形成了以网络空间安全为主导、面向信息技术与工程的学科体系。

学院拥有**“网络空间安全”博士后科研流动站、“网络空间安全”一级学科博士点**和“网络空间安全”专业硕士学位授权点。

4. 北京航空航天大学

北京航空航天大学网络安全学院成立于2017年，是国内较早成立的网络安全学院之一。学院依托学校在航空航天和信息技术领域的优势，紧密结合国家网络安全战略需求，形成了以网络空间安全为主导、面向信息技术与工程的学科体系。

学院拥有**“网络空间安全”博士后科研流动站、“网络空间安全”一级学科博士点**和“网络空间安全”专业硕士学位授权点。

学院拥有一支高水平师资队伍，其中包括国家高层次人才计划入选者、北京市高层次人才计划入选者和北京市优秀人才支持计划入选者等。学院还拥有先进的实验设备和科研平台，为学科建设和人才培养提供了有力保障。

5. 四川大学

四川大学网络安全学院成立于2017年，依托学校在信息科学和数学等领域的优势，形成了以密码学为主导的网络空间安全学科体系。

学院拥有**“网络空间安全”博士后科研流动站、“网络空间安全”一级学科博士点**和“网络空间安全”专业硕士学位授权点。

6. 中国科学技术大学

中国科学技术大学网络安全学院成立于2017年，依托学校在信息科学和数学等领域的优势，形成了以密码学为主导的网络空间安全学科体系。学院拥有**“网络空间安全”博士后科研流动站、“网络空间安全”一级学科博士点**和“网络空间安全”专业硕士学位授权点。

学院拥有一支高水平师资队伍，其中包括中国科学院院士、国家高层次人才计划入选者、教育部新世纪优秀人才支持计划入选者和安徽省“115”创新团队带头人等。

7. 战略支援部队信息工程大学

战略支援部队信息工程大学网络安全学院成立于2017年，依托学校在信息科学和军事技术等领域的优势，形成了以网络空间安全为主导的学科体系。

学院拥有**“网络空间安全”博士后科研流动站、“网络空间安全”一级学科博士点**和“网络空间安全”专业硕士学位授权点。

网络空间安全 VS 信息安全

信息安全专业的设立时间较早，教学内容偏重于安全技术，培养的人才大多从事信息安全的科学研究、技术开发、安全规划、运行维护、安全防御等和技术比较相关的工作。

网络空间安全是为实施国家安全战略，加快网络空间安全建设的需要而增设的一级学科。网络空间安全专业则是该一级学科下的计算机类、国家布控专业。

这两个专业的****教学内容与培养目标基本相同，就业方向也高度重合。

报考指南

数学功底要好

网络空间安全是一门交叉学科，与数学联系紧密，需要较好的数学基础。

对计算机技术要感兴趣

网络空间安全是一个不断发展和创新的领域，只有对计算机满怀热情与兴趣的人，才能持续地进步与成长。

实战能力要强

网络空间安全专业注重学生的网络攻防实践能力。建议报考该专业学生在校学习时要多动手操作实践，锻炼自己的实战攻防能力。

结合自身情况，理性报考

网络空间安全需要的是高端技术人才。国家虽然一直表示缺少网络安全方面的人才，并在大学设立了相关专业，但其实国家需要的是专业水平在前1%技术大牛，简单来说就是能去防御国内外网络攻击，为国家信息安全的建设和保障贡献一份力的高端技术人才，对于大多数普通水平的毕业生来说，就业会比较尴尬。

在此，提醒各位同学：

①：即使这类专业很热，但是否适合自己还是要多做斟酌，结合学科难度与自身兴趣爱好多加考量。

②：很多高校在招生中实行计算机大类招生，也有的院校会以具体专业招生，同学们报考时要多留意。

黑客/网络安全学习路线

对于从来没有接触过黑客/网络安全的同学，目前网络安全、信息安全也是计算机大学生毕业薪资相对较高的学科。

大白也帮大家准备了详细的学习成长路线图。可以说是最科学最系统的学习路线，大家跟着这个大的方向学习准没问题。

这也是耗费了大白近四个月的时间，吐血整理，文章非常非常长，觉得有用的话，希望粉丝朋友帮忙点个**「分享」「收藏」「在看」「赞」**

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资料目录

成长路线图&学习规划
配套视频教程
SRC&黑客文籍
护网行动资料
黑客必读书单
面试题合集

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1.成长路线图&学习规划

要学习一门新的技术，作为新手一定要先学习成长路线图，方向不对，努力白费。

对于从来没有接触过网络安全的同学，我们帮你准备了详细的学习成长路线图&学习规划。可以说是最科学最系统的学习路线，大家跟着这个大的方向学习准没问题。

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2.视频教程

很多朋友都不喜欢晦涩的文字，我也为大家准备了视频教程，其中一共有21个章节，每个章节都是当前板块的精华浓缩。

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3.SRC&黑客文籍

大家最喜欢也是最关心的SRC技术文籍&黑客技术也有收录

SRC技术文籍：

黑客资料由于是敏感资源，这里不能直接展示哦！

4.护网行动资料

其中关于HW护网行动，也准备了对应的资料，这些内容可相当于比赛的金手指！

5.黑客必读书单

6.面试题合集

当你自学到这里，你就要开始思考找工作的事情了，而工作绕不开的就是真题和面试题。

更多内容为防止和谐，可以扫描获取~

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