本文介绍: 一、电脑硬件的五大单元二、一切设计的起点:CPU 的架构三、其他单元设备四、运行流程五、电脑分类六、电脑上面常用的计算单位(容量、速度等)

目录

一、电脑硬件的五大单元

二、一切设计的起点:CPU 的架构

三、其他单元的设备

四、运行流程

五、电脑的分类

六、电脑上面常用的计算单位(容量、速度等)


 

操作系统硬件有相当程度的关联性,所以,如果不了解一下计算机概论,要很快地了解 Linux概念是有点难度的。

计算机:接受用户输入命令数据,经由中央处理器算数逻辑单元运算处理后,产生或存储有用的信息。因此,只要有输入设备(不管是键盘还是触摸屏)及输出设备例如电脑屏幕或直接由打印机打印出来),让你可以输入数据使该机器产生信息的,那就是一台计算机了。

根据计算机定义,一般商店用的简易型加减乘除计算器、打电话用的手机、开车时用的卫星定位系统取款用的提款机、上课会使用的台式电脑、外出可能会带的笔记本电脑,还有平板电脑智能手机、单板电脑智能手表、智能穿戴电脑等等都是计算机

那么计算机主要的组成组件什么?下面我们常见个人电脑服务器工作站主机来作说明


一、电脑硬件的五大单元

关于电脑硬件组成部分其实可以观察台式电脑来分析一下,外观来说主要可以分为以下三个部分

我们主要通过输入设备,如鼠标键盘,将一些数据输入到主机里面然后再由主机处理图表文章信息后,将结果传输输出设备,如屏幕打印机上面。那主机里面含有什么组件呢?如果你曾经拆开过电脑主机机箱(包括拆开你的智能手机也一样),会发现其实主机里面最重要的就是一块主板,上面安插了中央处理器(CPU)以及内存、硬盘(或存储卡),还有一些适配设备而已。当然大部分智能手机是将这些组件直接焊接再主板上面而不是插卡。

整台主机的重点在于中央处理器(Central Processing Unit,CPU),CPU 为一个具有特定功能芯片里面含有微指令,如果你想要让主机进行什么特殊功能,就得参考这颗 CPU 是否相关内置的微指令集才可以。由于 CPU 的工作主要在于管理运算,因此在 CPU 内又可分为两个主要单元,分别是:算数逻辑单元控制单元。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则主要在协调各周边组件与各单元间的工作

既然 CPU 的重点是在进行运算判断,那么要被运算与判断数据是从哪里来的?CPU 读取数据都是从内存中来的,内存中的数据则是从输入单元所传输进来的,而 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输出单元

为什么我们都会说,要加快系统性能,通常将内存容量加大就可以获得相当好的效果?如同下图以及上面的说明,因为所有的数据都要经过内存的传输,所以内存的容量如果太小,数据读写性能就不足,对性能的影响相当大,尤其针对 Linux 最为服务器环境下。

综合上面所说的,我们知道其实电脑是由几个单元所组成的,包括输入单元输出单元CPU 内部控制单元算数逻辑单元内存五大部分,它们的关联如下所示

上图中的 “系统单元” 其实指的就是电脑机箱内的主要组件,而重点在于 CPU 与内存。特别要看的是实现部分传输方向基本上数据都是流经内存再转出去的,至于数据会流进/流出内存则是 CPU 所发出的命令控制。而 CPU 实际要处理的数据则完全来自于内存(不管是程序还是一般文件)。这是个很重要的概念,这也是为什么当你的内存不足时,系统的性能就很糟糕,也是为什么现在人们买智能手机时,对于可用内存的要求都很高的原因

由上图我们也能知道,所有单元都是由 CPU 内部控制单元来负责协调的,因此 CPU 是整个电脑系统的最重要部分那么目前世界上有哪些主流的 CPU 呢


二、一切设计的起点:CPU 的架构

前面说过的,CPU 其实内部已经含有一些微指令我们使用软件都要经过 CPU 内部的微指令集来完成。那这些指令集的设计又主要被分为两种设计理念,这就是目前世界上常见到的两种主要 CPU 架构,分别是:


三、其他单元的设备

五大单元中最重要的控制、算数逻辑被整合到 CPU 的封装中,但系统当然不可能只有 CPU。那其他三个重要电脑单元的设备还有哪些?其实在主机机箱内的设备大多是通过主板(main board连接在一块,主板上面有连接沟通所有设备的芯片组,这个芯片组可以将所有单元的设备连接起来,好让 CPU 可以对这些设备下达命令。其他单元的重要设备主要有:


四、运行流程

假设电脑是一个人体,那么每个组件对应到哪个地方?

  • CPU = 脑袋每个人会做的事情都不一样(微指令集的差异),但主要都是通过脑袋来判断控制身体各部分的活动。

  • 内存 = 脑袋中存放正在被思考的数据的区块:在实际活动过程中,我们的脑袋需要有外界刺激的数据(例如光线环境语言等)来分析,那这些互动数据暂时存放的地方就是内存,主要是用来提供给脑袋判断用的信息

  • 硬盘 = 脑袋中存放回忆的记忆区块:跟刚刚的内存不同,内存是提供脑袋目前要思考与处理信息,但是有些生活琐事或其他没有要立刻处理的事情,就当成回忆先放置到脑袋的记忆深处吧!那就是硬盘!主要目的是将重要的数据记录起来,以便未来将这些重要的数据(经验)再次使用。

  • 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脑袋发布命令后,通过神经(主板)传导给手脚来进行活动。

  • 各项周边设备 = 人体与外界沟通的手、脚、皮肤、眼睛等:就好像手脚一般,是人体与外界互动的重要关键。

  • 显卡 = 脑袋中的影像:将来自眼睛的刺激转成影像后在脑袋中呈现,所以显卡所产生的数据源也是 CPU 控制的。

  • 主机电源(Power)= 心脏:所有的组件要能运行得要有足够的电力供给才行。这电力供给就好像心脏一样,如果心脏不够给力,那么全身也就无法动弹得。心脏不稳定呢?那你的身体当然可能就断断续续地不稳定了。

由这样的关系当中我们知道整个活动中最重要的就是脑袋。而脑袋当中与现在正在进行的工作有关的就是 CPU 与内存。任何外界的接触都必须要由脑袋中的内存记录下来,然后脑袋中的 CPU 依据这些数据进行判断后,再发布命令给各个周边设备。如果需要用到过去的经验,就得从过去的经验(硬盘)当中读取。


五、电脑的分类

电脑的分类非常多样,如果以电脑的复杂度计算能力进行分类的话,主要可以分为以下这几类:

若光以性能来来说,目前的个人电脑性能已经最够快了,甚至已经比工作等级以上的电脑运算速度还要快,但是工作站电脑强调的是稳定不死机,并且计算过程要完全正确,因此工作等级以上的电脑在设计时的考虑与个人电脑并不相同,这也是为什么工作站等级以上的电脑售价比较贵的原因


六、电脑上面常用的计算单位(容量、速度等)

电脑的运算能力除了 CPU 微指令集设计的优劣之外,主要还是速度来决定的,至于存放在电脑存储设备当中的数据也是有单位的。

 

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