写给小白的计算机概论

博主正在学习鸟哥的linux私房菜，本linux专栏这可以说是该书笔记或者总结，希望对学习linux的朋友们有所帮助。本篇博客主要写计算机基础概论，适用于所有入门计算机行业的朋友们。

计算机：辅助人脑的好工具

计算机就是：接受用户输入指令与数据，经由中央处理器的数学与逻辑单元运算处理后， 以产生或储存成有用的信息

计算机硬件的五大单元

依外观来说这家伙主要可分为三部分，分别是：

• 输入单元：包括键盘、鼠标、卡片阅读机、扫描仪、手写板、触控屏幕等等一堆；
• 主机部分：这个就是系统单元，被主机机壳保护住了，里面含有一堆板子、CPU 与主存储器等；
• 输出单元：例如屏幕、打印机等等

我们通过输入设备将一些数据输入到主机里面，再由主机的功能处理成为图表或文章等信息后， 将结果传输到输出设备。主机里最重要的就是一片主板，上面安插了中央处理器 (CPU) 以及主存储器、硬盘 (或记忆卡) 还有一些适配卡装置。
CPU 为一个具有特定功能的芯片，里头含有微指令集，如果你想要让主机进行什么特异的功能，就得要参考这颗 CPU 是否有相关内建的微指令集才可以。由于 CPU 的工作主要在于管理与运算，因此在 CPU 内又可分为两个主要的单元，分别是：算数逻辑单元与控制单元。其中CPU 读取的数据都是从主存储器来的！

综上五大部分为：输入单元、 输出单元、CPU 内部的控制单元、算数逻辑单元与主存储器

上面图标中的系统单元就是计算机机壳内的主要组件，而重点在于 CPU 与主存储器。特别要看的是实线部分的传输方向，基本上数据都是流经过主存储器再转出去的！至于数据会流进/流出内存则是 CPU 所发布的控制命令！而 CPU 实际要处理的资料则完全来自于主存储器 (不管是程序还是一般文件数据)！

一切设计的起点： CPU 的架构

CPU 其实内部已经含有一些微指令，我们所使用的软件都要经过 CPU 内部的微指令集来达成才行。
那这些指令集的设计主要又被分为两种设计理念，分别是：精简指令集 (RISC) 与复杂指令集 (CISC) 系统。

精简指令集 RISC

微指令集较为精简，每个指令的运行时间都很短，完成的动作也很单纯，指令的执行效能较佳；但是若要做复杂的事情，就要由多个指令来完成。

复杂指令集 CISC

CISC 在微指令集的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。

位的概念

所谓的位指的是 CPU 一次数据读取的最大量！64 位 CPU 代表 CPU 一次可以读写 64bits的数据，32 位 CPU 则是 CPU 一次只能读取 32 位的意思。因为 CPU 读取数据量有限制，因此能够从内存中读写的数据也就有所限制。所以，一般 32 位的 CPU 所能读写的最大数据量，大概就是 4GB 左右。

其他单元的设备

主机机壳内的设备大多是透过主板 (mainboard) 连接在一块，主板上面有个连结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链接起来， 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：

• 系统单元：包括 CPU 与内存及主板相关组件。主板上头其实还有很多的连接
  界面与相关的适配卡，如网卡、显卡等。
• 记忆单元：包括主存储器 (main memory, RAM) 与辅助内存，其中辅助内存其实就是大家常听到的储存装置！包括硬盘、软盘、光盘、磁带等等。
• 输入、输出单元：鼠标键盘显示屏等等

运作流程

• CPU就是脑袋瓜子：每个人会作的事情都不一样(微指令集的差异)，但主要都是透过脑袋瓜子来进行判断与控制身体各部分的活动；
• 主存储器=脑袋中放置正在被思考的数据的区块：在实际活动过程中，我们的脑袋瓜子需要有外界刺激的数据 (例如光线、语言等) 来分析，那这些互动数据暂时存放的地方就是主存储器，主要是用来提供给脑袋瓜子判断用的信息。
• 硬盘=脑袋中放置回忆的记忆区块：主存储器是提供脑袋目前要思考与处理的信息，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经验再次的使用
• 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瓜子发布命令后， 透过神经(主板)传导给手脚来进行活动啊！
• 各项接口设备=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
• 显示适配器=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，所以显示适配器所产生的数据源也是 CPU 控制的。
• 电源供应器 (Power)=心脏：所有的组件要能运作得要有足够的电力供给才行！

也就是说，整个人体最重要的地方就是脑袋瓜子，同样的，整部主机当中最重要的就是 CPU 与主存储器， 而 CPU 的数据源通通来自于主存储器，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(主存储器)当中，再交由 CPU 来判断

计算机用途的分类

• 超级计算机(Supercomputer)国防军事、气象预测、太空科技，用在模拟的领域较多
• 大型计算机(Mainframe Computer)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， 或者是大型企业的数据库服务器等等
• 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， 不必像前两个大型计算机需要特殊的空调场所。通常用来作为科学研究、工程分析与工厂的流程管理等。
• 工作站(Workstation)在学术研究与工程分析方面相当常见
• 微电脑就是你平常用的笔记本台式机等

计算机上面常用的计算单位 (容量、速度等)

容量单位

计算机只认识0和1，0/1这个二进制的的单位我们称为 bit。bit太小了，在储存数据时每份简单的数据都会使用到8 个 bits 的大小来记录。其中1 Byte = 8 bits

进位制	Kilo	Mega	Giga	Tera	Peta	Exa	Zetta
二进制	1024	1024K	1024M	1024G	1024T	1024P	1024E
十进制	1000	1000K	1000M	1000G	1000T	1000P	1000E

速度单位

CPU 的指令周期常使用 MHz 或者是 GHz，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 Mbps 是 Mbits per second，亦即是每秒多少 Mbit。

个人计算机架构与相关设备组件

早期的芯片组通常分为两个网桥来控制各组件的沟通， 分别是：

1. 北桥：负责链接速度较快的 CPU、主存储器与显示适配器界面等组件；
2. 南桥：负责连接速度较慢的装置接口， 包括硬盘、USB、网络卡等等。
   由于北桥最重要的就是 CPU 与主存储器之间的桥接将北桥内存控制器整合到 CPU 封装当中了。
   
   主板上面设计的插槽主要有 CPU (Intel LGA 1150 Socket)、主存储器 (DDR3 3200 support)、显示适配器界面 (PCIe3.0)、SATA 磁盘插槽 (SATA express)等等。

执行脑袋运算与判断的 CPU

CPU效能的比较主要有微指令集。再就是频率。**频率就是 CPU 每秒钟可以进行的工作次数。**频率越高表示这颗 CPU 单位时间内可以作更多的事情。
如 Intel 的 i7-4790 频率为 3.6GHz， 表示这颗 CPU 在一秒内可以进行 3.6x109 次工作，每次工作都可以进行少数的指令运作之意。
注：不同的 CPU 之间不能单纯的以频率来判断运算效能喔！

CPU 的工作频率：外频与倍频

所谓的外频指的是 CPU 与外部组件进行数据传输时的速度，倍频则是 CPU 内部用来加速工作效能的一个倍数， 两者相乘才是 CPU 的频率速度。

超频指的是： 将 CPU 的倍频或者是外频透过主板的设定功能更改成较高频率的一种方式。但因为 CPU 的倍频通常在出厂时已经被锁定而无法修改， 因此较常被超频的为外频。

内存

**个人计算机的主存储器主要组件为动态随机存取内存(**Dynamic Random Access Memory, DRAM)，随机存取内存只有在通电时才能记录与使用，断电后数据就消失,因此我们也称这种 RAM 为挥发性内存。
主存储器除了频率/带宽与型号需要考虑之外，内存的容量也是很重要。 因为所有的数据都得要加载内存当中才能够被 CPU 判读，如果内存容量不够大的话将会导致某些大容量数据无法被完整的加载， 此时已存在内存当中但暂时没有被使用到的数据必须要先被释放，使得可用内存容量大于该数据，那份新数据才能够被加载， 所以，通常越大的内存代表越快速的系统，这是因为系统不用常常释放一些内存内部的数据。以服务器来说，主存储器的容量有时比 CPU 的速度还要来的重要的！