计算机基础知识--基础知识

Posted Jeesetang

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了计算机基础知识--基础知识相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

计算机发展介绍

计算机硬件组成

计算机基本原理

 

计算机

计算机（computer）俗称电脑，是一种用于高速计算的电子计算机器，可以进行数值计算，又可以进行逻辑计算，还具有存储记忆功能。是能够按照程序运行，自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备。由硬件系统和软件系统所组成，没有安装任何软件的计算机称为裸机。
计算机发明者约翰·冯·诺依曼。计算机是20世纪最先进的科学技术发明之一，对人类的生产活动和社会活动产生了极其重要的影响，并以强大的生命力飞速发展。它的应用领域从最初的军事科研应用扩展到社会的各个领域，已形成了规模巨大的计算机产业，带动了全球范围的技术进步，由此引发了深刻的社会变革，计算机已遍及一般学校、企事业单位，进入寻常百姓家，成为信息社会中必不可少的工具。

发展历史

计算工具的演化经历了由简单到复杂、从低级到高级的不同阶段，例
ENIAC计算机
如从“结绳记事”中的绳结到算筹、算盘计算尺、机械计算机等。它们在不同的历史时期发挥了各自的历史作用，同时也启发了电子计算机的研制和设计思路。
1889年，美国科学家赫尔曼·何乐礼研制出以电力为基础的电动制表机，用以储存计算资料。
1930年，美国科学家范内瓦·布什造出世界上首台模拟电子计算机。
1946年2月14日，由美国军方定制的世界上第一台电子计算机“电子数字积分计算机”（ENIAC Electronic Numerical And Calculator）在美国宾夕法尼亚大学问世了。ENIAC（中文名：埃尼阿克）是美国奥伯丁武器试验场为了满足计算弹道需要而研制成的，这台计算器使用了17840支电子管，大小为80英尺×8英尺，重达28t（吨），功耗为170kW，其运算速度为每秒5000次的加法运算，造价约为487000美元。ENIAC的问世具有划时代的意义，表明电子计算机时代的到来。在以后60多年里，计算机技术以惊人的速度发展，没有任何一门技术的性能价格比能在30年内增长6个数量级。
  • 第1代：电子管数字机（1946—1958年）
硬件方面，逻辑元件采用的是真空电子管，主存储器采用汞延迟线
电子管数字计算机
、阴极射线示波管静电存储器、磁鼓、磁芯；外存储器采用的是磁带。软件方面采用的是机器语言、汇编语言。应用领域以军事和科学计算为主。
特点是体积大、功耗高、可靠性差。速度慢（一般为每秒数千次至数万次）、价格昂贵，但为以后的计算机发展奠定了基础。
  • 第2代：晶体管数字机（1958—1964年）
硬件方的操作系统、高级语言及其编译程序。应用领域以科学计算和事务处理为主，并开始进入工业控制领域。特点是体积缩小、能耗降低、可靠性提高、运算速度提高（一般为每秒数10万次，可高达300万次）、性能比第1代计算机有很大的提高。
  • 第3代：集成电路数字机（1964—1970年）
硬件方面，逻辑元件采用中、小规模集成电路，主存储器仍采用磁芯。软件方面出现了分时操作系统以及结构化、规模化程序设计方法。特点是速度更快（一般为每秒数百万次至数千万次），而且可靠性有了显著提高，价格进一步下降，产品走向了通用化、系列化和标准化等。应用领域开始进入文字处理和图形图像处理领域。
硬件方面，逻辑元件采用大规模和超大规模集成电路（LSI和VLSI）。软件方面出现了数据库管理系统、网络管理系统和面向对象语言等。特点是1971年世界上第一台微处理器在美国硅谷诞生，开创了微型计算机的新时代。应用领域从科学计算、事务管理、过程控制逐步走向家庭。
由于集成技术的发展，半导体芯片的集成度更高，每块芯片可容纳数万乃至数百万个晶体管，并且可以把运算器和控制器都集中在一个芯片上、从而出现了微处理器，并且可以用微处理器和大规模、超大规模集成电路组装成微型计算机，就是我们常说的微电脑或PC机。微型计算机体积小，价格便宜，使用方便，但它的功能和运算速度已经达到甚至超过了过去的大型计算机。另一方面，利用大规模、超大规模集成电路制造的各种逻辑芯片，已经制成了体积并不很大，但运算速度可达一亿甚至几十亿次的巨型计算机。我国继1983年研制成功每秒运算一亿次的银河Ⅰ这型巨型机以后，又于1993年研制成功每秒运算十亿次的银河Ⅱ型通用并行巨型计算机。这一时期还产生了新一代的程序设计语言以及数据库管理系统和网络软件等。
随着物理元、器件的变化，不仅计算机主机经历了更新换代，它的外部设备也在不断地变革。比如外存储器，由最初的阴极射线显示管发展到磁芯、磁鼓，以后又发展为通用的磁盘，现又出现了体积更小、容量更大、速度更快的只读光盘（CD—ROM）。
时代
时期
时间
典型计算机
描述
第一代计算机
　　（电子管）
1946年
　　2月16日
ENIAC
美国宾夕法尼亚大学研制的人类历史上真正意义的第一台电子计算机，占地170平方米，耗电150千瓦，造价48万美元，每秒可执行5000次加法或400次乘法运算。共使用了18000个电子管。
1950年
EDVAC
第一台并行计算机，实现了计算机之父“冯.诺伊曼”的两个设想：采用二进制和存储程序。
第二代计算机
　　（晶体管）
1954年
TRADIC
IBM公司制造的第一台使用晶体管的计算机，增加了浮点运算，使计算能力有了很大提高
1958年
IBM 1401
这是第二代计算机中的代表，用户当时可以租用。

第三代

集成电路计算机时代（从60年代中期到70年代前期），计算机采用集成电路作为基本器件，功耗、体积、价格进一步下降，速度和可靠性相应的提高。代表机型IBM公司的IBM360.

 

时期
时间
典型计算机
描述
第四代计算机（大规模和超大规模集成电路）
1970年
IBM S/370
这是IBM的更新换代的重要产品，采用了大规模集成电路代替磁芯存储，小规模集成电路作为逻辑元件，并使用虚拟存储器技术，将硬件和软件分离开来，从而明确了软件的价值。
1975年4月
Altair 8800
MITS制造的，带有1KB存储器。这是世界上第一台微型计算机。
1977年4月
Apple II
NMOS6500 1MHz CPU，4KB RAM 16KB ROM，这是计算机史上第一个带有彩色图形的个人计算机
1981年8月12日
IBM PC
采用了主频为4.77MHz的Intel 8088CPU，内存64KB,160KB软驱，操作系统是Microsoft提供的MS-DOS
1983年1月19日
APPLE LISA
第一台使用了鼠标的电脑，第一台使用图形用户界面的电脑。
1983年3月8日
IBM PC/XT
采用INTEL8088 4.77MHz的CPU，256K RAM和40K ROM,10MB的硬盘，两部360KB软驱。
1984年8月
IBM PC/AT
采用Intel 80286 6MHzCPU， 512KB内存，20MB硬盘和1.2M软驱。
1986年9月
Compaq Desktop PC
采用了Intel 80386 16MHz CPU,640KB内存，20MB硬盘，1.2M软驱，是计算机史上第一台386计算机。

　　
1989年4月
DELL 80486
采用Intel 80486DX CPU 640KB内存， 20MB硬盘，1.2M软驱。
1996年
　　
基本配置是奔腾或者奔腾MMX 的CPU，32M EDO或者SDRAM内存，2.1G硬盘，14寸球面显示器为标准配置。
1997年
　　
基本配置开始向赛扬处理器过渡，部分高档的机器开始使用PentiumII CPU，同时内存也由早期的EDO过渡到SDRAM，4.3G左右的硬盘开始成为标准配置。
1998年
　　
带有128K二级高速缓存的赛扬处理器成为广大装机者的最爱，同时64M内存和15寸显示器开始成为标准配置。
1999年
　　
部分品牌厂商开始将PentiumIII CPU作为电脑的一个卖点，64M内存和6.4G硬盘开始成为电脑的标准配置。
2000年
　　
66M和100M外频的赛扬处理器占领了大部分品牌或兼容机的市场，128M内存，10G以上的硬盘开始成为标准配置，17寸显示器慢慢进入家庭。
2001年至今
　　
Pentium 4 CPU和Pentium 4赛扬CPU开始成为电脑的标准配置，内存由SDRAM实现了向DDR的过渡，同时17寸CRT显示器或者15寸液晶显示器开始成为用户的首选，硬盘逐渐向40G以上的容量发展。

　　
苹果 iMac G5(M9248CH/A)
处理器类型PowerPC G5配置，主频1600MHz以上，内存容量256MB，硬盘容量80GB，显示器类型17”液晶。这是苹果电脑的创新，将主机的部件全部集成到显示器内部。显示器就是一台电脑。

 

机器组成

计算机是由硬件系统（hardware system）和软件系统（software system）两部分组成的。
传统电脑系统的硬体单元一般可分为输入单元、输出单元、算术逻辑单元、控制单元及记忆单元，其中算术逻辑单元和控制单元合称中央处理单元（Center Processing Unit,CPU)。[1] 

硬件系统

  • 电源
电源是电脑中不可缺少的供电设备，它的作用是将220V交流电转换为电脑中使用的5V、12V、3.3V直流电，其性能的好坏，直接影响到其他设备工作的稳定性，进而会影响整机的稳定性。手提电脑在自带锂电池情况下，为手提电脑提供有效电源。
  • 主板
主板是电脑中各个部件工作的一个平台，它把电脑的各个部件紧密连接在一起，各个部件通过主板进行数据传输。也就是说，电脑中重要的“交通枢纽”都在主板上，它工作的稳定性影响着整机工作的稳定性。
CPU即中央处理器，是一台计算机的运算核心和控制核心。其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。CPU由运算器、控制器、寄存器、高速缓存及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。作为整个系统的核心，CPU也是整个系统最高的执行单元，因此CPU已成为决定电脑性能的核心部件，很多用户都以它为标准来判断电脑的档次。
  • 内存
内存又叫内部存储器或者是随机存储器（RAM），分为DDR内存和SDRAM内存，（但是SDRAM由于容量低，存储速度慢，稳定性差，已经被DDR淘汰了）内存属于电子式存储设备，它由电路板和芯片组成，特点是体积小，速度快，有电可存，无电清空，即电脑在开机状态时内存中可存储数据，关机后将自动清空其中的所有数据。 内存有DDR、DDR II、DDR III三大类，容量1-64GB。
  • 硬盘
硬盘属于外部存储器，机械硬盘由金属磁片制成，而磁片有记忆功能，所以储到磁片上的数据，不论在开机，还是关机，都不会丢失。硬盘容量很大，已达TB级，尺寸有3.5、2.5、1.8、1.0英寸等，接口有IDE、SATA、SCSI等，SATA最普遍。移动硬盘是以硬盘为存储介质，强调便携性的存储产品。市场上绝大多数的移动硬盘都是以标准硬盘为基础的，而只有很少部分的是以微型硬盘（1.8英寸硬盘等）为基础，但价格因素决定着主流移动硬盘还是以标准笔记本硬盘为基础。因为采用硬盘为存储介质，因此移动硬盘在数据的读写模式与标准IDE硬盘是相同的。移动硬盘多采用USB、IEEE1394等传输速度较快的接口，可以较高的速度与系统进行数据传输。固态硬盘用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制单元和存储单元（FLASH芯片）组成。固态硬盘在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致但是固态硬盘比机械硬盘速度更快。
  • 声卡
声卡是组成多媒体电脑必不可少的一个硬件设备，其作用是当发出播放命令后，声卡将电脑中的声音数字信号转换成模拟信号送到音箱上发出声音。
  • 显卡
显卡在工作时与显示器配合输出图形、文字，作用是将计算机系统所需要的显示信息进行转换驱动，并向显示器提供行扫描信号，控制显示器的正确显示，是连接显示器和个人电脑主板的重要元件，是“人机对话”的重要设备之一。
  • 网卡
网卡是工作在数据链路层的网路组件，是局域网中连接计算机和传输介质的接口，不仅能实现与局域网传输介质之间的物理连接和电信号匹配，还涉及帧的发送与接收、帧的封装与拆封、介质访问控制、数据的编码与解码以及数据缓存的功能等。网卡的作用是充当电脑与网线之间的桥梁，它是用来建立局域网并连接到Internet的重要设备之一。
在整合型主板中常把声卡、显卡、网卡部分或全部集成在主板上。
英文名为“Modem”，俗称“猫”，即调制解调器，类型
调制解调器
有内置式和外置式，有线式和无线式。调制解调器是通过电话线上网时必不可少的设备之一。它的作用是将电脑上处理的数字信号转换成电话线传输的模拟信号。随着ADSL宽带网的普及，内置式调制解调器逐渐退出了市场。
  • 光驱
光驱
英文名为“Optical Disk driver”，电脑用来读写光碟内容的机器，也是在台式机和笔记本便携式电脑里比较常见的一个部件。随着多媒体的应用越来越广泛，使得光驱在计算机诸多配件中已经成为标准配置。光驱可分为CD-ROM驱动器、DVD光驱（DVD-ROM）、康宝（COMBO）和DVD刻录机（DVD-RAM）等。读写的能力和速度也日益提升，4× 16× 32× 40× 48×。
 
 

演变

早期的计算机

我们先从最早的计算机讲起，人们在最初设计计算机时采用这样一个模型：
人们通过输入设备把需要处理的信息输入计算机，计算机通过中央处理器把信息加工后，再通过输出设备把处理后的结果告诉人们。
其实这个模型很简单，举个简单的例子，你要处理的信息是1+1，你把这个信息输入到计算机中后，计算机的内部进行处理，再把处理后的结果告诉你。
早期计算机的输入设备十分落后，根本没有现在的键盘和鼠标，那时候计算机还是一个大家伙，最早的计算机有两层楼那么高。人们只能通过扳动计算机庞大的面板上无数的开关来向计算机输入信息，而计算机把这些信息处理之后，输出设备也相当简陋，就是计算机面板上无数的信号灯。所以那时的计算机根本无法处理像现在这样各种各样的信息，它实际上只能进行数字运算。
当时人们使用计算机也真是够累的。但在当时，就算是这种计算机也是极为先进的了，因为它把人们从繁重的手工计算中解脱出来，而且极大地提高了计算速度。

有内部存储器

随着人们对计算机的使用，人们发现上述模型的计算机能力有限，在处理大量数据时就越发显得力不从心。为此人们对计算机模型进行了改进，提出了这种模型：
就是在中央处理器旁边加了一个内部存储器。这个模型的好处在于。先打个比方说，如果老师让你心算一道简单题，你肯定毫不费劲就算出来了，可是如果老师让你算20个三位数相乘，你心算起来肯定很费力，但如果给你一张草稿纸的话，你也能很快算出来。
可能你会问这和计算机有什么关系？其实计算机也是一样，一个没有内部存储器的计算机如果让它进行一个很复杂的计算，它可能根本就没有办法算出来，因为它的存储能力有限，无法记住很多的中间的结果，但如果给它一些内部存储器当“草稿纸”的话，计算机就可以把一些中间结果临时存储到内部存储器上，然后在需要的时候再把它取出来，进行下一步的运算，如此往复，计算机就可以完成很多很复杂的计算。

纸带机

随着时代的发展，人们越来越感到计算机输入和输出方式的落后，改进这两方面势在必行。在输入方面，为了不再每次扳动成百上千的开头，人们发明了纸带机。纸带机的工作原理是这样的，纸带的每一行都标明了26个字母、10个数字和一些运算符号，如果这行的字母A上面打了一个孔，说明这里要输入的是字母A，同理，下面的行由此类推。这样一个长长的纸带就可以代表很多的信息，人们把这个纸带放入纸带机，纸带机还要把纸带上的信息翻译给计算机，因为计算机是看不懂这个纸带的。
这样虽然比较麻烦，但这个进步确实在很大程度上促进了计算机的发展。在发明纸带的同时，人们也对输出系统进行了改进，用打印机代替了计算机面板上无数的信号灯。打印机的作用正好和纸带机相反，它负责把计算机输出的信息翻译成人能看懂的语言，打印在纸上，这样人们就能很方便地看到输出的信息，再也不用看那成百上千的信号灯了。

有键盘和显示器

不过人们没有满足，他们继续对输入和输出系统进行改进。后来人们发明了键盘和显示器。这两项发明使得当时的计算机和我们现在使用的计算机有些类似了，而且在此之前经过长时间的改进，计算机的体积也大大地缩小了。键盘和显示器的好处在于人们可以直接向计算机输入信息，而计算机也可以及时把处理结果显示在屏幕上。

有外部存储器

可是随着人们的使用，逐渐又发现了不如意之处。因为人们要向计算机输入的信息越来越多，往往要输入很长时间后，才让计算机开始处理，而在输入过程中，如果停电，那前面输入的内容就白费了，等来电后，还要全部重新输入。就算不停电，如果人们上次输入了一部分信息，计算机处理完了，也输出了结果；人们下一次再需要计算机处理这部分信息的时候，还要重新输入。对这种重复劳动的厌倦导致了计算机新的模型的产生。
这回的模型是这样的：
这回增加了一个外部存储器。外部存储器的“外部”是相对于内部存储器来说的，在中央处理器处理信息时，它并不直接和外部存储器打交道，处理过程中的信息都临时存放在内部存储器中，在信息处理结束后，处理的结果也存放在内部存储器中。可是如果这时突然停电，那些结果还会丢失的。内部存储器（或简称内存）中的信息是靠电力来维持的，一旦电力消失，内存中的数据就会全部消失。也正因为如此，人们才在计算机模型中加入了外部存储器，把内存中的处理结果再存储到外部存储器中，这样停电后数据也不会丢失了。
外部存储器与内存的区别在于：它们的存储机制是不一样的，外部存储器是把数据存储到磁性介质上，所以不依赖于是否有电。这个磁性介质就好比家里的歌曲磁带，磁带上的歌曲不管有没有电都是存在的。当时人们也是考虑到了磁带这种好处，所以在计算机的外部存储器中也采用了类似磁带的装置，比较常用的一种叫磁盘。
磁盘本来是圆的，不过装在一个方的盒子里，这样做的目的是为了防止磁盘表面划伤，导致数据丢失。
有了磁盘之后，人们使用计算机就方便多了，不但可以把数据处理结果存放在磁盘中，还可以把很多输入到计算机中的数据存储到磁盘中，这样这些数据可以反复使用，避免了重复劳动。

有文件系统

可是不久之后，人们又发现了另一个问题，人们要存储到磁盘上的内容越来越多，众多的信息存储在一起，很不方便。这样就导致了文件的产生。
这和我们日常生活中的文件有些相似。我们日常生活中的文件是由一些相关信息组成，计算机的文件也是一样。人们把信息分类整理成文件存储到磁盘上，这样，磁盘上就有了文件1、文件2……。

有操作系统

可是在使用过程中，人们又渐渐发现，由人工来管理越来越多的文件是一件很痛苦的事情。为了解决这个问题，人们就开发了一种软件叫操作系统。
其实操作系统就是替我们管理计算机的一种软件，在操作系统出现之前，只有专业人士才懂得怎样使用计算机，而在操作系统出现之后，不管你是否是计算机专业毕业，只要经过简单的培训，你都能很容易地掌握计算机。
有了操作系统之后，我们就不直接和计算机的硬件打交道，不直接对这些硬件发号施令，我们把要的事情告诉操作系统，操作系统再把要作的事情安排给计算机去做，等计算机做完之后，操作系统再把结果告诉我们，这样就省事多了。
在操作系统出现之前，人们通过键盘给计算机下达的命令都是特别专业的术语，而有了操作系统之后，人们和计算机之间的对话就可以使用一些很容易懂的语言，而不用去死记硬背那些专业术语了。
操作系统不但能在计算机和人之间传递信息，而且还负责管理计算机的内部设备和外部设备。它替人们管理日益增多的文件，使人们能很方便地找到和使用这些文件；它替人们管理磁盘，随时报告磁盘的使用情况；它替计算机管理内存，使计算机能更高效而安全地工作；它还负责管理各种外部设备，如打印机等，有了它的管理，这些外设就能有效地为用户服务了。
也正因为操作系统这么重要，所以人们也在不断地改进它，使它的使用更加方面，功能更加强大。对于咱们现在使用的微机来说，操作系统主要经历了DOS、Windows 3.X、Windows95和Windows98、windows2000、windows2003、windowsXP、windows vista、windows7和最新的windows8这几个发展阶段。
在DOS阶段，人们和计算机打交道，还是主要靠输入命令，“你输入什么命令，计算机就做什么，如果你不输入，计算机就什么也不做”。在这一阶段，人们还是需要记住很多命令和它们的用法，如果忘记了或不知道，那就没有办法了。所以说，这时的计算机还是不太好用，操作系统也处于发展的初级阶段。Windows的出现在很大程度上弥补了这个不足，人们在使用Windows时，不必记住什么命令，只需要用鼠标指指点点就能完成很多工作。

软件系统

应用软件

上面说的是硬件的工作原理，那么在软件上，我们又是如何使用计算机的呢？
在前面我们讲过，我们可以通过操作系统给计算机布置工作，操作系统也可以把计算机的工作结果告诉我们。可是操作系统的功能也不是无限的，实际上计算机的很多功能是靠多种应用软件来实现的。操作系统一般只负责管理好计算机，使它能正常工作。而众多的应用软件才充分发挥了计算机的作用。但这些应用软件都是建立在操作系统上的，一般情况下，某一种软件都是为特定的操作系统而设计的，因为这些软件不能直接和计算机交换信息，需要通过操作系统来传递信息。

硬件和软件的结合

这就是所谓的“硬”、“软”结合。硬件就是我们能看见的这些东西：主机、显示器、键盘、鼠标等，而软件是我们看不见的，存在于计算机内部的。打个比方，硬件就好比人类躯体，而软件就好比人类的思想，没有躯体，思想是无法存在的，但没有思想的躯体也只是一个植物人。一个正常人要完成一项工作，都是躯体在思想的支配下完成的。电脑和这相类似，没有主机等硬件，软件是无法存在的；而一个没有软件的计算机也只是一堆废铁。

操作系统对文件的管理

还有一个重要的概念没有讲，就是操作系统是如何管理文件的呢？其实也很简单，文件都有自己的名字，叫文件名，用来区分不同的文件的。计算机中的文件有很多，成千上万，光用名字来区分也不利于查找，所以计算机中又有了文件夹的概念，把不同类型的文件存储在不同的文件夹中，查找起来就快多了，也不会太乱。文件多了，可以分别存储在不同的文件夹中，而当文件夹多了之后，再把一些相关的文件夹存储在更大的文件夹中，这样管理文件是比较科学的。
 
 

计算机分类

知道了计算机的基本组成与周边装置，也知道其实计算机的CPU种类非常的多，再来我们想要了解的是，计算机如何分类？ 计算机的分类非常多种，如果以计算机的复杂度与运算能力进行分类的话，主要可以分为这几类：

  • 超级计算机(Supercomputer)
    超级计算机是运作速度最快的计算机，但是他的维护、操作费用也最高！主要是用於需要有高速计算的计画中。 例如：国防军事、气象预测、太空科技，用在模拟的领域较多。详情也可以参考： 国家高速网络与计算中心http://www.nchc.org.tw的介绍！ 至於全世界最快速的前500大超级计算机，则请参考：http://www.top500.org。

  • 大型计算机(Mainframe Computer)
    大型计算机通常也具有数个高速的CPU，功能上虽不及超级计算机，但也可用来处理大量数据与复杂的运算。 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使用者的特性，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)
    工作站的价格又比迷你计算机便宜许多，是针对特殊用途而设计的计算机。在个人计算机的效能还没有提升到目前的状况之前， 工作站计算机的性能/价格比是所有计算机当中较佳的，因此在学术研究与工程分析方面相当常见。

  • 微计算机(Microcomputer)
    又可以称为个人计算机，也是我们这里主要探讨的目标！体积最小，价格最低，但功能还是五脏俱全的！ 大致又可分为桌上型、笔记型等等。

若光以效能来说，目前的个人计算机效能已经够快了，甚至已经比工作站等级以上的计算机运算速度还要快！ 但是工作站计算机强调的是稳定不当机，并且运算过程要完全正确，因此工作站以上等级的计算机在设计时的考量与个人计算机并不相同啦！ 这也是为啥工作站等级以上的个人计算机售价较贵的原因。

计算机上面常用的计算单位 (容量、速度等)

计算机的运算能力是由速度来决定的，而存放在计算机储存设备当中的数据容量也是有单位的。

  • 容量单位

计算机依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，因此定义出 byte 这个单位，他们的关系为：

1 Byte = 8 bits

不过同样的，Byte 还是太小了，在较大的容量情况下，使用 byte 相当不容易判断数据的大小，举例来说，1000000 bytes 这样的显示方式你能够看得出有几个零吗？所以后来就有一些常见的简化单位表示法，例如 K 代表 1024，M 代表 1024K 等。 而这些单位在不同的进位制下有不同的数值表示，底下就列出常见的单位与进位制对应：

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

一般来说，档案容量使用的是二进位的方式，所以 1 GBytes 的档案大小实际上为：1024x1024x1024 Bytes 这么大！ 速度单位则常使用十进位，例如 1GHz 就是 1000x1000x1000 Hz 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，由於网络使用的是 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。举例来说，大家常听到的 8M/1M ADSL 传输速度，如果转成档案容量的 byte 时，其实理论最大传输值为：每秒 1Mbyte/ 每秒125Kbyte的上传/下载容量喔！

例题：
假设你今天购买了500GB的硬盘一颗，但是格式化完毕后却只剩下460GB左右的容量，这是什么原因？
答：
因为一般硬盘制造商会使用十进位的单位，所以500GByte代表为500*1000*1000*1000Byte之意。 转成档案的容量单位时使用二进位(1024为底)，所以就成为466GB左右的容量了。

硬盘厂商并非要骗人，只是因为硬盘的最小物理量为512Bytes，最小的组成单位为磁区(sector)， 通常硬盘容量的计算采用『多少个sector』，所以才会使用十进位来处理的。相关的硬盘信息在这一章后面会提到的！

 
 

个人计算机架构与周边设备

一般消费者常说的计算机通常指的就是x86的个人计算机架构，因此我们有必要来了解一下这个架构的各个组件。 事实上，Linux最早在发展的时候，就是依据个人计算机的架构来发展的，所以，真的得要了解一下呢！ 另外，因为两大主流x86开发商(Intel, AMD)的CPU架构并不相容，而且设计理念也有所差异， 所以两大主流CPU所需要的主机板芯片组设计也就不太相同。目前(2009)最新的主机板架构主要是这样的：


图2.1.1、Intel芯片架构

就如同前一小节提到的，整个主机板上面最重要的就是芯片组了！而芯片组通常又分为两个桥接器来控制各组件的沟通， 分别是：(1)北桥：负责连结速度较快的CPU、主内存与显示卡等组件；(2)南桥：负责连接速度较慢的周边介面， 包括硬盘、USB、网络卡等等。(芯片组的南北桥与三国的大小乔没有关系 @_@)至於AMD的芯片组架构如下所示：


图2.1.2、AMD芯片架构

与Intel不同的地方在於主内存是直接与CPU沟通而不透过北桥！从前面的说明我们可以知道CPU的数据主要都是来自於主内存提供， 因此AMD为了加速这两者的沟通，所以将内存控制组件整合到CPU当中， 理论上这样可以加速CPU与主内存的传输速度！这是两种CPU在架构上面主要的差异点。

毕竟目前世界上x86的CPU主要供应商为Intel，所以底下鸟哥将以Intel的主机板架构说明各组件！ 我们以技嘉公司出的主机板，型号：Gigabyte GA-X48-DQ6作为一个说明的范例，主机板各组件如下所示：


图2.1.3、技嘉主机板各组件(图片为各公司所有)

主要的组件为：CPU、主内存、磁盘设备(IDE/SATA)、系统总线芯片组(南桥/北桥)、显示卡介面(PCI-Express)与其他介面卡(PCI)。 底下的各项组件在讲解时，请参考Intel芯片组架构与技嘉主机板各组件来印证喔！

CPU

如同技嘉主机板示意图上最上方的中央部分，那就是CPU插槽。 由於CPU负责大量运算，因此CPU通常是具有相当高发热量的组件。所以如果你曾经拆开过主机板， 应该就会看到CPU上头通常会安插一颗风扇来主动散热的。

x86个人计算机的CPU主要供应商为Intel与AMD，目前(2009)主流的CPU都是双核以上的架构了！ 原本的单核心CPU仅有一个运算单元，所谓的多核心则是在一颗CPU封装当中嵌入了两个以上的运算核心， 简单的说，就是一个实体的CPU外壳中，含有两个以上的CPU单元就是了。

不同的CPU型号大多具有不同的脚位(CPU上面的插脚)，能够搭配的主机板芯片组也不同， 所以当你想要将你的主机升级时，不能只考虑CPU，你还得要留意你的主机板上面所支持的CPU型号喔！ 不然买了最新的CPU也不能够安插在你的旧主机板上头的！目前主流的CPU有Intel的Core 2 Duo与AMD的Athlon64 X2双核CPU， 高阶产品则有Intel的Core i7 与AMD的Phenom II 四核心CPU喔！


图2.1.4、不同的CPU脚位

我们前面谈到CPU内部含有微指令集，不同的微指令集会导致CPU工作效率的优劣。除了这点之外， CPU效能的比较还有什么呢？那就是CPU的频率了！什么是频率呢？简单的说， 频率就是CPU每秒钟可以进行的工作次数。 所以频率越高表示这颗CPU单位时间内可以作更多的事情。举例来说，Intel的Core 2 Duo型号E8400的CPU频率为3.0GHz， 表示这颗CPU在一秒内可以进行3.0x109次工作，每次工作都可以进行少数的指令运作之意。

Tips:
注意，不同的CPU之间不能单纯的以频率来判断运算效能喔！这是因为每颗CPU的微指令集不相同，架构也不见得一样， 每次频率能够进行的工作指令数也不同之故！所以，频率目前仅能用来比较同款CPU的速度！
  • CPU的『外频』与『倍频』

我们可以看到图2.1.1的芯片架构图当中各个组件都是透过北桥与南桥所连接在一起。 但就像一群人共同在处理一个连续作业一般，如果这一群人里面有个人的动作特别快或特别慢， 将导致前面或者是后面的人事情一堆处理不完！也就是说，这一群人最好能够速度一致较佳！ 所以，CPU与外部各组件的速度理论上应该要一致才好。但是因为CPU需要较强大的运算能力， 因为很多判断与数学都是在CPU内处理的，因此CPU开发商就在CPU内再加上一个加速功能， 所以CPU有所谓的外频与倍频！

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。我们以刚刚Intel Core 2 Duo E8400 CPU来说，他的频率是3.0GHz， 而外频是333MHz，因此倍频就是9倍罗！(3.0G=333Mx9, 其中1G=1000M)

Tips:
很多计算机硬件玩家很喜欢玩『超频』，所谓的超频指的是： 将CPU的倍频或者是外频透过主机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。
举例来说，像上述3.0GHz的CPU如果想要超频， 可以将他的外频333MHz调整成为400MHz，但如此一来整个主机板的各个组件的运作频率可能都会被增加成原本的1.333倍(4/3)， 虽然CPU可能可以到达3.6GHz，但却因为频率并非正常速度，故可能会造成当机等问题。
  • 32位与64位

前面谈到CPU运算的数据都是由主内存提供的，主内存与CPU的沟通速度靠的是外部频率， 那么每次工作可以传送的数据量有多大呢？那就是系统总线的功能了。一般主机板芯片组有分北桥与南桥， 北桥的系统总线称为系统系统总线，因为是内存传输的主要通道，所以速度较快。 南桥就是所谓的输入输出(I/O)系统总线，主要在联系硬盘、USB、网络卡等周边设备。

目前北桥所支持的频率可高达333/400/533/800/1066/1333/1600MHz等不同频率，支持情况依芯片组功能而有不同。 北桥所支持的频率我们称为前端系统总线速度(Front Side Bus, FSB)， 而每次传送的位数则是系统总线宽度。 那所谓的系统总线频宽则是：『FSBx系统总线宽度』亦即每秒钟可传送的最大数据量。 目前常见的系统总线宽度有32/64位(bits)。

而如图 2.1.1中的图示，在该架构中前端系统总线最高速度可达1600MHz。 我们看到内存与北桥的频宽为12.8GBytes/s，亦即是1600MHz*64bits = 1600MHz*8Bytes = 12800MByes/s = 12.8GBytes/s

与系统总线宽度相似的，CPU每次能够处理的数据量称为字长大小(word size)， 字长大小依据CPU的设计而有32位与64位。我们现在所称的计算机是32或64位主要是依据这个 CPU解析的字长大小而来的！早期的32位CPU中，因为CPU每次能够解析的数据量有限， 因此由主内存传来的数据量就有所限制了。这也导致32位的CPU最多只能支持最大到4GBytes的内存。

Tips:
字长大小与系统总线宽度是可以不同的！举例来说，在Pentium Pro时代，该CPU是32位的处理器， 但当时的芯片组可以设计出64位的系统总线宽度。在这样的架构下我们通常还是以CPU的字长大小来称呼该架构。 个人计算机的64位CPU是到2003年由AMD Athlon64后才出现的。
  • CPU等级

由於x86架构的CPU在Intel的Pentium系列(1993年)后就有不统一的脚位与设计，为了将不同种类的CPU规范等级， 所以就有i386,i586,i686等名词出现了。基本上，在Intel Pentium MMX与AMD K6年代的CPU称为i586等级， 而Intel Celeron与AMD Athlon(K7)年代之后的32位CPU就称为i686等级。 至於目前的64位CPU则统称为x86_64等级。

目前很多的程序都有对CPU做最佳化的设计，万一哪天你发现一些程序是注明给686的CPU使用时， 就不要将他安装在586以下等级的计算机中，否则可是会无法执行该软件的！ 不过，在686倒是可以安装386的软件喔！也就是说，这些东西具有向下相容的能力啦！

内存

如同图2.1.3、技嘉主机板示意图中的右上方部分的那四根插槽，那就是主内存的插槽了。 主内存插槽中间通常有个突起物将整个插槽稍微切分成为两个不等长的距离， 这样的设计可以让使用者在安装主内存时，不至於前后脚位安插错误，是一种防呆的设计喔。

前面提到CPU所使用的数据都是来自於主内存(main memory)，不论是软件程序还是数据，都必须要读入主内存后CPU才能利用。 个人计算机的主内存主要组件为动态随机访问内存(Dynamic Random Access Memory, DRAM)， 随机访问内存只有在通电时才能记录与使用，断电后数据就消失了。因此我们也称这种RAM为挥发性內存。

DRAM根据技术的更新又分好几代，而使用上较广泛的有所谓的SDRAM与DDR SDRAM两种。 这两种内存的差别除了在於脚位与工作电压上的不同之外，DDR是所谓的双倍数据传送速度(Double Data Rate)， 他可以在一次工作周期中进行两次数据的传送，感觉上就好像是CPU的倍频啦！ 所以传输频率方面比SDRAM还要好。新一代的PC大多使用DDR内存了。 下表列出SDRAM与DDR SDRAM的型号与频率及频宽之间的关系。

SDRAM/DDR 型号 数据宽度(bit) 外频(MHz) 频率速度 频宽(频率x宽度)
SDRAM PC100 64 100 100 800MBytes/sec
SDRAM PC133 64 133 133 1064MBytes/sec
DDR DDR266 64 133 266 2.1GBytes/sec
DDR DDR400 64 200 400 3.2GBytes/sec
DDR DDRII800 64 200 800 6.4GBytes/sec

DDR SDRAM又依据技术的发展，有DDR, DDRII, DDRIII等等，其中，DDRII 的频率倍数则是 4 倍喔！

Tips:
主内存型号的挑选与CPU及芯片组有关，所以主机板、CPU与内存在购买的时候必须要考虑其相关性喔。 并不是任何主机板都可以安插DDR III的內存呢！

主内存除了频率/频宽与型号需要考虑之外，內存的容量也是很重要的喔！ 因为所有的数据都得要载入內存当中才能够被CPU判读，如果內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载入， 此时已存在內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於该数据，那份新数据才能够被载入呢！ 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，主内存的容量有时比CPU的速度还要来的重要的！

  • 双通道设计

由於所有的数据都必须要存放在主内存，所以主内存的数据宽度当然是越大越好。 但传统的系统总线宽度一般大约仅达64位，为了要加大这个宽度，因此芯片组厂商就将两个主内存汇整在一起， 如果一支内存可达64位，两支内存就可以达到128位了，这就是双通道的设计理念。

如上所述，要启用双通道的功能你必须要安插两支(或四支)主内存，这两支内存最好连型号都一模一样比较好， 这是因为启动双通道内存功能时，数据是同步写入/读出这一对主内存中，如此才能够提升整体的频宽啊！ 所以当然除了容量大小要一致之外，型号也最好相同啦！

你有没有发现图 2.1.3、技嘉主机板示意图上那四根内存插槽的颜色呢？是否分为两种颜色，且两两成对？ 为什么要这样设计？答出来了吗？是啦！这种颜色的设计就是为了双通道来的！要启动双通道的功能时， 你必须要将两根容量相同的主内存插在相同颜色的插槽当中喔！

  • CPU频率与主内存的关系

理论上，CPU与主内存的外频应该要相同才好。不过，因为技术方面的提升，因此这两者的频率速度不会相同， 但外频则应该是一致的较佳。举例来说，上面提到的Intel E8400 CPU外频为333MHz，则应该选用DDR II 667这个型号， 因为该内存型号的外频为333MHz之故喔！

  • DRAM与SRAM

除了主内存之外，事实上整部个人计算机当中还有许许多多的内存存在喔！最为我们所知的就是CPU内的第二层缓存内存。 我们现在知道CPU的数据都是由主内存提供，但主内存的数据毕竟得经由北桥送到CPU内。 如果某些很常用的程序或数据可以放置到CPU内部的话，那么CPU数据的读取就不需要透过北桥了！ 对於效能来说不就可以大大的提升了？这就是第二层缓存的设计概念。第二层缓存与主内存及CPU的关系如下图所示：


图2.2.1、内存相关性

因为第二层缓存(L2 cache)整合到CPU内部，因此这个L2内存的速度必须要CPU频率相同。 使用DRAM是无法达到这个频率速度的，此时就需要静态随机访问内存(Static Random Access Memory, SRAM)的帮忙了。 SRAM在设计上使用的电晶体数量较多，价格较高，且不易做成大容量，不过由於其速度快， 因此整合到CPU内成为缓存内存以加快数据的存取是个不错的方式喔！新一代的CPU都有内建容量不等的L2缓存在CPU内部， 以加快CPU的运作效能。

  • 只读内存(ROM)

主机板上面的组件是非常多的，而每个组件的参数又具有可调整性。举例来说，CPU与内存的频率是可调整的； 而主机板上面如果有内建的网络卡或者是显示卡时，该功能是否要启动与该功能的各项参数， 是被记录到主机板上头的一个称为CMOS的芯片上，这个芯片需要藉著额外的电源来发挥记录功能， 这也是为什么你的主机板上面会有一颗电池的缘故。

那CMOS内的数据如何读取与更新呢？还记得你的计算机在开机的时候可以按下[Del]按键来进入一个名为Bios的画面吧？BIOS(Basic Input Output System)是一套程序，这套程序是写死到主机板上面的一个内存芯片中， 这个内存芯片在没有通电时也能够将数据记录下来，那就是只读内存(Read Only Memory, ROM)

以上是关于计算机基础知识--基础知识的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

计算机基础知识--基础知识

计算机网络技术的基础知识

计算机基础知识

计算机基础知识

编程必备基础知识|计算机组成原理篇(07)：计算机的总线

计算机基础知识