帶你重新認識計算機

現如今,我們的生活離不開計算機,那麼計算機到底是什麼呢?

計算機:接收用戶輸入指令與數據,經過中央處理器的數據與邏輯單元運算處理後,以產生或存儲成有用的信息。因此,只要有輸入設備(不管是鍵鼠還是觸摸式屏幕)及輸出設備(屏幕或直接打印出來),讓你可以輸入數據使該機器產生信息的,那就是一臺計算機。

計算機硬件:

計算機依外觀來說主要分爲三部分:1. 輸入單元;2. 中央處理器;3. 輸出單元

  • 輸入單元:包括鍵盤、鼠標、卡片閱讀機、掃描儀、手寫板、觸摸屏幕等。
  • 中央處理器(CPU):含有算數邏輯、控制、記憶等單元。
  • 輸出單元:例如屏幕、打印機等。

我們通過輸入設備(鍵盤鼠標等)來將一些數據輸入到主機裏面,然後再由主機的功能處理成爲圖表或文章等信息後,將結果傳輸到輸出設備,如屏幕或打印機上面。

中央處理器(Central Processing Unit,CPU)是一臺計算機的靈魂,CPU是一個具有特定功能的芯片,裏面含有微指令集。CPU的主要工作在於管理與運算,因此在CPU內又可分爲兩個主要的單元,分別是算數邏輯單元與控制單元。其中,算數邏輯單元主要負責程序運算與邏輯運算,控制單元主要協調各組件與各單元間的工作。

CPU讀取的數據都是從內存中讀取來的。內存內的數據是從輸入單元傳輸進來的。而CPU處理完畢的數據也必須先寫回內存中,最後數據才從內存傳輸到輸出單元。

計算機主要分爲五大部分:輸入單元、輸出單元、CPU內部的控制單元、算數邏輯單元與內存,如下圖所示。

CPU種類

如前面所說,CPU內部含有一些微小指令集,我們所使用的軟件都要經過CPU內部的微指令集來完成才行。指令集分爲兩種:精簡指令集(RICS)和複雜指令集(CISC)。

  • 精簡指令集(Reduced Instruction Set Computing,RISC)
  1. 這類CPU設計中,指令集十分精簡,每個指令的執行時間都很快,完成的操作也很單純,指令的執行效率高,但是如果要完成一個略微複雜的操作,需要由多個指令配合來完成。常見的RISC微指令集CPU主要有Sun公司的SPARC系列、IBM公司的Power Architecture(包括Power PC)系列與ARM系列等
  2. 在應用方面,SPARC架構的計算機常用語學術領域的大型工作站中;我們都喜歡玩的Sony PS3用的就是Power PC架構的處理器;常用的手機、導航、網絡設備(路由器)等用的是ARM架構的CPU。
  • 複雜指令集(Complex Instruction Set Computer,CISC)
  1. 與RISC不同,在CISC的微指令集中,指令數目龐大且複雜,每條指令都可以做一些略微複雜的操作,每條指令的長度並不相同。因爲指令的執行較爲複雜,所以每條指令花費的時間較長。常見的CISC指令集CPU主要有AMD、Intel等x86架構的CPU
  2. 由於AMD、Intel所開發出來的x86架構CPU被大量用於個人計算機(Personal Computer)用途上面,所以,我們平時所使用的電腦又稱爲x86架構的計算機。(x86由來:最早的Intel開發的CPU代號爲8086,後來依此架構又開發出80286、80386等,以後這種架構的CPU就被稱爲x86架構了。)
  3. 2003年左右,Intel所開發的x86架構CPU由8位升級到了16、32位,後來AMD又開發了64位的CPU,爲了區分兩者,64位的電腦CPU又被稱爲x86_64架構

計算機分類

以計算機的複雜度與運算能力進行分類的話,主要可以分爲以下幾類:

  • 超級計算機(Supercomputer)
  1. 超級計算機是運行速度最快的計算機。相對來說,超級計算機的操作費用及維護費用也是最高的。主要用途:需要大量高速運算的項目。例如:天氣預測、模擬飛行、國防軍事等。
  • 大型計算機(Mainframe Computer)
  1. 大型計算機通常具有數個高速高性能的CPU,雖然功能上不及超級計算機,但是也能處理一些數據量龐大複雜的運算。例如:企業主機、企業數據庫服務器等
  • 迷你計算機(Minicomputer)
  1. 迷你計算機仍保有大型計算機支持多用戶的特徵,主機不需要像前兩種需要放在特定降溫場所,多用來作爲科學研究、工程分析和工廠流程管理等
  • 工作站(Workstation)
  1. 工作站的價格比迷你計算機便宜許多,是針對特殊用途而設計的計算機。在個人計算機的性能還沒有提升到目前的狀況之前,工作站計算機的性價比是所有計算機當中較爲不錯的。
  • 微電腦(Microcomputer)
  1. 微電腦又可以稱爲個人計算機,也就是我們平日裏用的電腦。它體積小、價格低,功能健全。

現如今的個人計算機在性能上已經很不錯了,甚至能與一些工作站級別的計算機抗衡,但是,工作站計算機強調的是穩定性與數據運算正確性。這也是爲什麼工作站計算機價格上比個人計算機昂貴的原因。

計算機的計量單位

  • 大小單位

計算機是依據有沒有通電來記錄信息的,0代表不通電1代表通電。0/1的單位我們成爲bit。我們用8個bit位來表示一個字節(1Byte)。即1Byte = 8bit.計算機中是以二進制來運算的,所以它的計量單位與十進制有所不同。

計算機中的大小單位分以下幾種

1 KB = 1024 Bytes

1 MB = 1024 KB

1 GB = 1024 MB

1 TB = 1024 GB

1 PB = 1024 TB

一般來說,文件大小使用的是二進制的方式,所以1GB的文件大小實際上爲:1024 x 1024 x 1024B這麼大。速度單位常用十進制,如:1GHz就是1000 x 1000 x 1000Hz的意思

我們平時買的硬盤通常是使用十進制作爲計算的,也就是說1G = 1000 MB,我們買的一個500G的硬盤到計算機中用二進制換算以後大約只有460G左右的空間。

  • 速度單位

CPU的運算速度常使用MHz或者是GHz之類的單位,這個Hz其實就是秒分之一。而在網絡傳輸方面,由於網絡使用的是bit爲單位,因此網絡常用的單位爲Mbit/s,即每秒多少Bbit。舉例:大家常聽到的8M/1M ADSL傳輸速度,如果轉成文件容量的Byte時,理論最大傳輸值爲:1MB/s/125KB/s的上傳/下載速度。

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