计算机组成原理及cpu、硬盘、内存三者的关系

电脑之父--冯·诺伊曼

提出了组成计算机的五大部件:输入设备、输出设备、存储器、运算器和控制器。

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其中,

输入设备:向电脑输入数据和信息的设备。除了键盘、鼠标,其他输入设备还包括触摸板、麦克风、摄像头、游戏手柄、扫描仪等等。

输出设备:将电脑中的信息输出给用户的设备。常用的输出设备有:显示器、音箱、打印机、投影仪等等。

单纯只有这两个设备是不足够用来真正操作电脑的,电脑机箱才是真正的工作设备,输入和输出设备只是用来让我们和电脑机箱来做交互的。

电脑机箱内部结构,如下图:

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来看一下这里的零件都有什么用

主板:连接所有其他设备的设备,其他设备的载体,主板主要是为CPU、内存、显卡、硬盘等提供平台,相当于人体的躯干,关联着各个器官。

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CPU:中央处理单元(Central Processing Uit)的缩写,也叫处理器,是计算机的运算核心和控制核心。人靠大脑思考,电脑靠CPU来运算、控制。让电脑的各个部件顺利工作,起到协调和控制作用。

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硬盘:存储资料和软件等数据的设备,有容量大,断电数据不丢失的特点。也被人们称之为“数据仓库”。

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内存:1.负责硬盘等硬件上的数据与CPU之间数据交换处理;

           2.缓存系统中的临时数据

           3.断电后数据丢失

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显卡:显示器想要呈现画面,显卡是关键。简单来说,就是负责在显示屏上显示一切信息。打个比方,它就像是人的眼睛,没有了它,电脑就无法驱动形成图像了。显卡性能好,电脑的图形处理能力就高,尤其在玩游戏时更能发现这个(所以很多游戏会要求显卡性能)。对玩家而言,最好选择独立显卡。不过,如果不玩大型游戏,CPU内置核心显卡也基本能满足要求。缺点:系统功耗有所加大,发热量也较大,额外购买

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电源:将电压220伏的市电转换为低等电压,然后送到主板及各个硬件!供电!电脑运行需要电力,而电源就是为此供电的,也可以说它在为电脑提供一切动力。电源决定了电脑的稳定性。它和人体心脏功能类似,都是提供动力的核心。

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网卡:让我们上网的,一般集成在主板上。

其他...........

说了那么多,醉醉重要的设备是什么呢?CPU、硬盘、内存。

现在来说一下,CPU、硬盘、内存三者之间的关系。(先回顾一下)

CPU:是计算机的运算核心和控制核心,让电脑的各个部件顺利工作,起到协调和控制作用。(大脑)

硬盘:存储资料和软件等数据设备,有容量大,短电数据不丢失的特点。也被人们称之为“数据仓库”

内存:1.负责硬盘等硬件上的数据与CPU之间数据的交换处理

           2.缓存系统中的临时数据

           3.断电后数据丢失

然后,再来看一下电脑应用程序是如何执行起来的。

当我们在电脑上打开QQ时(右键--打开   或者  双击QQ图标),其实是通过鼠标(输入设备)向CPU发送一条命令,CPU接收到这条命令后,QQ程序就从硬盘里被加载到内存(加载时不通过处理器,直接从硬盘加载程序到内存里),加载完成后,CPU就开始执行QQ程序。程序执行起来后,CPU可以让QQ程序显示在我们的显示器上。也就是你看到了QQ程序运行起来了。如果这个时候,你用QQ截取了一张屏幕的图片,那么这张图片会首先保存到内存,在没有退出截屏状态时,你可以在这张图片上写字、画线条,等你右键保存这张图片的时候,这张图片就会保存到硬盘里。

 通过了解一个程序是如何运行起来的,我们就可以了解三者是如何工作的。

可能有些人会不明白,如果程序是这样执行起来的画,那么为什么CPU不直接在硬盘里执行程序,而非要把程序放到内存后在执行呢?

这里是有原因的。我们先来看几张图:

好点的企业用机械硬盘:

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一般的固态硬盘:

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内存的读写速度:

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通过上图我们可以看出,内存存取数据的速度比硬盘的存储速度快了10倍,在某些环境里,硬盘和内存之间的速度差距可能会更大。

而CPU的速度比内存不知还要快多少倍,当我们把程序从硬盘放到内存以后,CPU就直接在内存运行程序,这样比CPU直接在硬盘运行程序就要快很多。

内存解决了一部分CPU运行过快,而硬盘数据存取太慢的问题。提高了我们的电脑的运行速度。

内存就如同一条“高速车道”一般,数据由传输速度较慢的硬盘中通过这条高速车道传送至CPU进行处理!

但内存是带电存储的(一旦断电数据就会消失),而且容量有限,所以要长时间储存程序或数据就需要使用硬盘。

其实内存在这里起了2个作用:

1.保存从硬盘读取的数据,提供给CPU使用

2.保存CPU的一些临时执行结果,以便CPU下次使用或保存到硬盘

三者之间的关系:

简单来说,硬盘用来存储我们的程序和数据,当我们运行程序的时候,CPU首先接受到我们的命令,之后CPU是告诉硬盘,我要运行你存储的程序A,你把程序A送到内存去。CPU对内存说,我让硬盘把程序A送到你这里来了,你保存一下。

等程序A被完整的送到内存之后。CPU就开始执行程序A。过程就像上面说的,我们再举一个接近我们生活的例子。

如果说把硬盘比喻成一个大仓库,CPU比喻成加工车间,那么内存就是一个临时的小仓库。从距离上来说,相比内存到CPU的距离和硬盘到内存的距离,内存和CPU的距离更短。

硬盘(大仓库):用来保存车间需要的原料和最终生产出来的商品。仓库太大,取出原料和存储商品太慢,耗时长。

内存(临时小仓库):原料会先放在这里,小仓库 ,可以很快的找到需要的原料或商品。

CPU(车间):从内存(小仓库)里拿到原料,生产商品。中间会有半成品,半成品可以放在内存(小仓库)里。

以这种方式,车间的生产速度就会提高。

参考图

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