计算机硬件相关知识

计算机简史:

第一代电子管计算机(1946~1958):
特点: 操作指令是为特定任务而编制的,每种机器有各自不同的机器语言,功能受到限制,速度也慢。另一个明显特征是使用真空电子管和磁鼓储存数据。

第二代晶体管计算机 (1956-1963):
特点: 晶体管代替了体积庞大电子管,使用磁芯存储器。体积小、速度快、功耗低、性能更稳定。还有现代计算机的一些部件:打印机、磁带、磁盘、内存、操作系统等。在这一时期出现了更高级的COBOL和FORTRAN等编程语言,使计算机编程更容易。新的职业(程序员、分析员和计算机系统专家)和整个软件产业由此诞生。

第三代集成电路计算机 (1964-1971):
特征是以中小规模集成电路,来构成计算机的主要功能部件。主存储器采用半导体存储器。运算速度可达每秒几十万次至几百万次基本运算。在软件方面,操作系统日趋完善。

第四代大规模集成电路计算机 (1971-至今):
指从1970年以后采用大规模集成电路(LSI)和超大规模集成电路(VLSI)为主要电子器件制成的计算机,重要分支是以大规模、超大规模集成电路为基础发展起来的微处理器和微型计算机。

发展阶段 逻辑元件 主存储器 运算速度(每秒) 软件 应用
第一代(1946-1958) 电子管 电子射线管 几千次到几万次 机器语言,汇编语言 军事研究,科学计算
第二代(1958-1964) 晶体管 磁芯 几十万次 监控程序,高级语言 数据处理、事务处理
第三代(1964-1971) 中小规模集成电路 半导体 几十万次到几百万次 操作系统、编辑系统、应用程序 有较大发展开始广泛应用
第四代(1971-至今) 大规模超大规模集成电路 集成度更高的半导体 上千万次到上亿次
操作系统完善、数据库系统、
高级语言发展、应用程序发展
渗入社会各级领域

电脑结构与CPU、内存、硬盘三者之间的关系

电脑之父——冯·诺伊曼提出了计算机的五大部件:输入设备、输出设备、存储器、运算器和控制器。

输入设备: 向电脑输入数据和信息的设备。除了键盘外,还有鼠标,以及触摸板、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。

主板:连接所有其他设备的设备,是其他设备的载体,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。

CPU:中央处理单元(Cntral Pocessing 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。

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”。

 

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。

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

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。

 

CPU、硬盘、内存三者之间的关系

首先 ,我们讨论一下三者的作用:

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。
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”。
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。

然后, 我们再来看一下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发送了一条命令,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程序显示在我们的在显示器上。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。

内存存取数据的速度比硬盘的存取速度快了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两个作用:

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,我们在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)用来保存车间需要用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,耗时间。

内存(临时小仓库):原料会先放到这里,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。

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