计算机概论

最近要学习Linux系统，所以顺道将计算机的前世今生也学习了，下面做个读书笔记增强记忆。

一、计算机的组成

1. 计算机硬件的五大单元

　　从外观看来，计算机主要分为三部分：

1. 输入单元：包括键盘、鼠标、触控板等；
2. CPU：含有算术逻辑、控制、记忆等单元；
3. 输出单元：包括屏幕、打印机等。

　　使用计算机时，我们主要通过输入设备（如鼠标与键盘）来将一些数据输入到主机里面，然后再经过主机的处理，将结果传输到输出设备（如屏幕）。显然，重点在于主机。我们拆开机箱，会发现主机里面最重要的就是一块主板，上面安插了CPU以及内存，还有一些适配卡而已。

　　所以，计算机的重点在于CPU。CPU是一个具有特定功能的芯片，里面含有微指令集。如果不知道微指令集是什么，请去学习计算机组成原理。所以说，如果我们想要让主机进行什么特异的功能，就得参考CPU是否有相关内置的微指令集。由于CPU的工作主要在于管理和运算，因此在CPU内又可以分为两个主要的单元——算术逻辑单元和控制单元。算术逻辑单元主要负责程序运算与逻辑判断；控制单元主要协调各组件与各单元间的工作。

　　既然CPU的重点是进行运算与判断，那么要被运算与判断的数据是从哪里来的？CPU读取的数据都是从内存读取来的，而内存内的数据则是从输入单元传输进来的。CPU处理完毕的数据也必须要先写回内存中，最后数据才从内存传输到输出单元。

　　综上，我们可以知道计算机的组成单元为：输入单元、输出单元、CPU内部的控制单元、算术逻辑单元与内存。

2. CPU

　　如上所述，CPU内部含有若干小指令集，它们的设计又被分为两种设计理念——RISC（精简指令集系统）和CISC。

　　【RISC】

• 这种CPU的设计中，微指令集较为精简，每个指令的执行时间都很短，完成的操作也很单纯，指令的执行性能较佳。但要做复杂的事情，就要由多个指令来完成。
• 常见的RISC微指令集CPU主要有：Sun公司的SPARC系列、IBM公司的Power Architecture（包括PowerPC）系列与ARM系列等。
• 在应用方面，SPARC架构的计算机常用于学术领域的大型工作站中，包括银行金融体系的主要服务器也都有这类的计算机架构；至于PowerPC架构，Sony公司出产的PS3就是使用PowerPC架构的Cell处理器；而ARM架构的CPU是目前世界上适用范围最广的，主要包括手机、PDA、导航系统、网络设备（交换机、路由器）等。

　　【CISC】

• 在CISC的微指令集中，每个小指令可以执行一些较低阶的硬件操作，指令数目多而且复杂，每条指令的长度并不相同。因为指令执行较为复杂，所以每条指令花费的时间较长，但每条个别指令可以处理的工作较为丰富。
• 常见的CISC微指令集CPU主要有：AMD、Intel、VIA等x86架构的CPU。
• 由于AMD、Intel、VIA所开发出的x86架构CPU被大量使用于个人计算机用途上面，因此个人计算机常被称为x86架构的计算机。

补充：为何称为x86架构呢？因为最早的那个Intel发展出来的CPU代号称为8086，后来依此架构又开发出80286、80386等，因此这种架构的CPU就被称为x86架构了。

在2003年以前有Intel所开发的x86架构CPU由8位升级到16、32位，后来AMD依此架构修改新一代的CPU为64位，为了区别两者的不同，因此64位的个人计算机CPU又被统称为x86_64的架构！

3. 接口设备

　　单有CPU并无法运作计算机，所以计算机还需要其他的接口设备才能够实际运行。除了前面稍微提到的输入/输出设备以及CPU与内存之外，最重要的接口设备就是主板！主板负责将所有的设备连接在一起，让所有的设备能够进行协调与通信。而主板上最重要的组件就是主板芯片组，它可以将所有的设备汇集在一起。

　　其他重要的设备还有：

• 存储设备：包括硬盘、软盘、光盘、磁带等。
• 显示设备：显卡对于玩3D游戏来说是非常重要的，它与显示的精度、色彩与分辨率都有关系。
• 网络设备：没有网络就活不下去，所以网卡对于计算机来说也是相当重要。

4. 运作流程（各组件的关系）

　　我们假设计算机是一个人体，那么每个组件对应哪个地方呢？

• CPU（大脑）：每个人会做的事情都不一样（微指令集的区别），但主要都是通过大脑来进行判断与控制身体各部分的活动。
• 内存（大脑中的记录区块）：在实际活动过程中，我们的大脑能够将外界的互动暂时记录起来，提供CPU来进行判断。
• 硬盘（大脑中的记忆区块）：将重要的数据记录起来，以便未来再次使用这些重要的经验。
• 主板（神经系统）：好像人类的神经一样，将所有重要的组件连接起来，包括手脚的活动都是大脑发布命令后，通过神经（主板）传输给手脚来进行活动。
• 各项接口设备（人体与外界通信的手、脚、皮肤、眼睛等）：就好像手脚一样，是人体与外界互动的关键部位。
• 显卡（脑袋中的影像）：将来自眼睛的刺激转成映像后在脑袋中呈现，所以显卡所产生的数据来源也是CPU控制的。

　　类似于人体中最重要的地方是大脑，计算机中最重要的就是CPU和内存。而CPU的数据通通来自于内存，如果要由过去的经验来判断事情时，也要将经验（硬盘）挪到目前的记忆（内存）当中，再交由CPU来判断，这一点很关键。

5. 计算机上面常用的计算单位（大小、速度等）

　　计算机的运算能力是由速度来决定的，而存放在计算机存储设备当中的数据大小也是有单位的。

　　【大小单位】

• 计算机依据有没有通电来记录信息，所以理论上它只认识0与1而已。0/1的单位我们称为bit。但bit实在太小了，并且在存储数据时每份简单的数据都会使用到8个bit的大小来记录，因此定义出Byte这个单位，它们的关系为1Byte = 8bit 。由于Byte仍然很小，所以后来出现了一些常见的简化单位表示法，例如K代表1024，M代表1024K等。但要注意这些单位在不同的进制位下有不同的数值表示，下面我们列出常见的单位与进制位对应表：

进位制	K	M	G	T	P
二进制	1024	1024K	1024M	1024G	1024T
十进制	1000	1000K	1000M	1000G	1000T

　　

 

 

 

　　一般说来，文件大小使用的是二进制的方式，所以1GB的文件大小实际上是：1024x1024x1024B这么大。速度单位则常使用十进制，例如1Ghz就是1000x1000x1000Hz的意思。

　　【速度单位】

• CPU的运算速度常使用MHz或者是GHz之类的单位，这个Hz其实就是秒分之一。而在网络传输方面，由于网络使用的是bit为单位，因此网络常使用的单位为Mbit/s，即每秒多少Mbit。举例来说，大家常听到的8M/1M ADSL传输速度，如果转成文件容量的Byte时，其实理论最大传输值为࿱