计算机概论

本文目录

• 计算机：辅助人类的好工具

 

 

 

1 计算机：辅助人脑的好工具

• 计算机硬件的五大单元
• CPU种类

 

 

 

计算机：接受使用者输入指令与数据，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。

1.1 计算机硬件的五大单元

计算机的组成部分，依外观来说分为三部分：

• 输入单元：键盘、鼠标、读卡机、扫描器、手写板、触控屏幕等
• 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CPU与主内存等
• 输出单元：荧幕、打印机等

CPU为一个具有特定功能的芯片，里面含有微指令集，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是否含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。

计算的五大单元：输入单元、输出单元、CPU内部的控制单元、算数逻辑单元、主内存。

 

如图，“系统单元”指的是计算机机壳内的主要组件，重点在于CPU与主内存。

基本上数据都是流经过主内存再转出去的。至于数据会流进/流出内存则是CPU所发布的控制命令，CPU实际要处理的数据则完全来自于主内存。

所有的单元都是由CPU内部的控制单元负责协调的，因此CPU是整个计算机系统的最重要部分。

 

1.2 一切设计的起点：CPU的架构

CPU内部已经含有一些小指令集，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，这就是目前世界上常见到的两种主要的CPU种类：分别是精简指令集（RISC）与复杂指令集（CISC）系统。

精简指令集（Reduced Instruction Set Computer, RISC）

　　在这种CPU的设计中，微指令集较为精简，每个指令的执行时间都很短，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。常见的RISC微指令集CPU主要例如甲骨文（Oracle）公司的SPARC系列、IBM公司的Power Architecture（包括PowerPC）系列、与安谋公司（ARM Holdings）的ARM CPU系列等。

　　在应用方面，SPARC CPU的电脑常用于学术领域的大型工作站中，包括银行金融体系的主要伺服器也都有这类的电脑架构；至于PowerPC架构的应用上，例如新力（Sony）公司出厂的Play Station 3（PS3）就是使用PowerPC架构的Cell处理器；那安谋的ARM的CPU用于常使用的各厂牌手机，PDA，导航系统，网路设备（交换机，路由器等）等。老实说，目前世界上使用范围最广的CPU可能就是ARM这种架构的。

 

复杂指令集（Complex Instruction Set Computer, CISC）

　　与RISC不同的，CISC在微指令集的每个小指令集可以执行一些较低阶的硬体操作，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。常见的CISC微指令集CPU主要有CMD、Intel、VIA等x86架构CPU。

　　由于CMD、Intel、VIA所开发出来的x86架构CPU被大量使用于个人电脑（Personal computer）用途上面，因此，个人电脑常被称为x86架构的电脑！那为何称为x86架构呢？这是因为最早的那颗Intel发展出来的CPU代号称为8086，后来依此架构又开发出80286,80386。。。，因此这类架构的CPU就被称为x86架构了。

　　在2003年以前由Intel所开发的x86架构CPU由8位元升级到16、32位元，后来AMD依此架构修改新一代的CPU为64位元，为了区别两者的差异，因此64位元的个人电脑CPU又被统称为x86_64的架构。

所谓位元指的是CPU一次资料读取的最大量！64位元CPU代表CPU一次可以读写64bits这么多的资料，32位元CPU则是CPU一次只能读取32位元的意思。
因为CPU读取资料量有限制，因此能够从记忆体中读写的资料也就有所限制。所以，一般32位元的CPU所能读写的最大资料量，大概就是4GB左右。

最新的Intel、AMD的x86架构中：

多媒体微指令集：MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSE4, AMD-3DNow

虚拟化微指令集：Intel-VT, AMD-SVM

省电功能：Intel-SpeedStep, AMD-PowerNow

64/32位元相容技术：AMD-AMD64, Intel-EM64T

 

 1.3 其他单元的设备

• 系统单元：包括CPU与记忆体及主机板相关元件。
• 记忆单元：包括主记忆体与辅助记忆体，其中辅助记忆体是储存装置，包括硬碟，软碟，光碟，磁带等
• 输入输出单元：最常见的是触控式荧幕，至于单纯的输入设备包括前面提到的键盘鼠标之外，目前的体感装置也是重要的输入设备，至于输出方面，除了荧幕外，印表机，音效喇叭、HDMI电视、投影机，蓝牙耳机等等。