（一）0.计算机概论--自学鸟哥的Linux私房菜（基础篇）

0.1电脑：辅助人类的好工具

所谓电脑就是一种计算机，而计算机就是“接受使用者输入指令与资料，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资讯。”

0.1.1电脑硬件的五大单元

从外观上主要可分为三个部分：

1. 输入单元：包括键盘，鼠标，读卡器，手写板和触控屏等；
2. 主机部分：这个就是系统单元，被主机机壳保护住了，里面有一堆板子、CPU与主记忆体等；
3. 输出单元：如显示器，打印机等。

我们通过输入设备将指令信息输入到主机中，然后由主机的功能处理成为我们想要的数据，这些数据再通过输出单元如显示器显示。
主机的核心在于中央处理器（Central Processing Unit,CPU），CPU是一个具有特定功能的芯片，包含有微指令集，如果想要让主机进行什么特殊的功能，就需要参考这颗CPU是否有内建相关得微指令集。
由于CPU的工作主要在于管理与运算，因此在CPU内部又可分为两个主要的单元，分别是

1. 算术逻辑单元
2. 控制单元

其中算术逻辑单元主要负责程序运算与逻辑判断，控制单元则主要负责协调各周边元件与各单元间的工作。其中被逻辑与判断的资料均来自主记忆体，这是因为CPU读取的资料都是由主记忆体来，主记忆体内的资料则来自输入单元。而CPU处理完毕的资料也必须先写入主记忆体，再从主记忆体传到输出单元。

通常我们会说，要加快系统效能，可以将记忆体容量加大就可以获得相当好的成效，这是因为所有的资料都要经过主记忆体的传输，所以主记忆体的容量如果太小，资料快取就不足，就会影响系统的效能。尤其针对Linux作为伺服器的环境下。

综上所述，电脑其实又五个单元组成：

1. 输入单元
2. 输出单元
3. CPU内部的控制单元
4. 算术逻辑单元
5. 主记忆体

图0.1.0 电脑的图大单元
上图所示的“系统单元”指的就是电脑机壳内的主要元件，而重点在于CPU与主记忆体，特别注意的是实线部分的传输方向，基本上资料都是流经过主记忆体再传出去的。至于资料的输入/输出记忆体则是由CPU所发布的控制指令控制，CPU实际要处理的资料则完全来自与主记忆体（不论是程序还是一般文件）。

0.1.2一切设计的起点：CPU的架构

如前所述，CPU内部已经含有一些微指令集，我们所使用的软件都要经过CPU内部的微指令集来实现。而这些微指令集的设计主要分为两种设计理念，就是目前世界上常见到的两种主要CPU架构，分别是

1. 精简指令集（Reduced Instruction Set Computer,RISC）
2. 复杂指令集（Complex Instruction Set Computer,CISC）

精简指令集（RISC）

这种CPU的设计中，微指令集较为精简，每个命令的执行时间都很短，完成的动作也很单纯，指令执行效能较佳；但人、如果要做复杂的动作，就要由多个指令来完成。ARM公司的ARM CPU系列就是采用这种架构。目前世界上使用范围最广的CPU可能就是ARM这种架构。

复杂指令集（CISC）

与RISC不同，CISC在微指令集的每个小指令都可以执行一些较低阶的硬件操作，指令数目多且复杂，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AMD、Intel、VIA等的x86架构CPU。
由于AMD、Intel、VIA所开发的x86架构CPU被大量应用于个人电脑，因此个人电脑常被称为x86架构的电脑！为何被称为x86架构》这是因为最早的那颗Intel发展出来的CPU代号为8086，后来又依此架构开发出80286，80386…，所以这种架构的CPU就被称为x86架构。
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，64位元的个人电脑CPU又被统称为x86_64的架构。

不同的x86架构的CPU，除了CPU的整体结构（如第二层快取，每次运行可执行的指令数等）之外，主要在于微指令集的不同。新的x86的CPU大多含有很先进的微指令集，这些指令集可以加速多媒体程式的运作，也能加强虚拟化的功能，而且某些指令集能源效率更高，可以让CPU耗电量降低级低功耗。

0.1.3其他单元的设备

五大单元中最重要的控制，算术逻辑被整合到CPU的封装中，但系统不可能只有CPU。在主机机壳内的设备大多是通过主机板（main board）连接在一块，主机板上面又个连结沟通所有设备的晶片组，这个晶片组可以将所有单元的设备连接起来，好让CPU可以对这些设备下达命令。其他的重要设备主要又：

• 系统单元：如图0.1.1所示，主要包括CPU与记忆体及主机板相关元件。而主机板上还有很多连接界面与相关的界面卡。
• 记忆单元：包括主记忆体（main memory, RAM）与辅助记忆体，其中辅助记忆体就是大家常听到的（存储装置），包括硬盘，软盘，光盘，磁带等。
• 输入输出单元：同时涵盖输入输出的设备最常见的大概就是触摸屏了。

0.1.4运作流程

假设电脑是一个人体，则每个元件对应到哪个地方呢？

图0.1.2

• CPU=脑袋瓜子：每个人会做的事情不一样（微指令集不同），但主要都是透过脑袋瓜子来思考判断与控制身体各部分的活动。
• 主记忆体=脑袋中放置正在被思考的信息的区块：在实际活动中，我们的脑袋瓜子需要由提供信息（如环境，语言等）来分析，这些信息暂时存放的地方就是主记忆体，主要是用来提供给脑袋瓜子判断用的资讯。
• 硬盘=脑袋中放置回忆的记忆区块：跟刚刚的主记忆体不同，主记忆体提供脑袋瓜子当前要思考与处理的信息，但是其他没有要立刻处理的信息就当成回忆先放在脑袋的记忆深处，那就是硬盘。主要目的是将重要资料记录起来，以便未来需要时再次取用。
• 主机板=神经系统：好像人类的神经一样，将所有重要的元件连接起来，（CPU）脑袋瓜子发布命令后，便通过（主机板）神经系统传到给（目标设备）手脚来进行活动。
• 各项周边设备=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。
• 显卡=脑袋中的影像：将来自眼睛的刺激转成影像后再脑袋中呈现，显卡所产生的资料来源也是CPU控制的。
• 电源适配器（Power）=心脏：所有的元件都需要足够的电力才能够正常运行，电力供给就好比心脏一样，如果心脏不给力，那么全身也就无法动弹，如果心脏不稳定，那身体当然也可能断断续续的，不稳定！

综上所述，我们知道整个活动中最重要的就是脑袋瓜子！而脑袋瓜子当中与现在正在进行的工作有关的就是CPU与主记忆体，任何外界的接触都必须要由脑袋瓜子中的主记忆体记录下来，然后脑袋中的CPU一句这些信息进行判断处理，再发布命令给各个周边设备！如果要用到过去的经验，就得从过去的经验（硬盘）当中读取。
同样的，整部主机当中最重要的就是CPU与主记忆体，而CPU的信息通通来自于主记忆体，如果要由过去的经验来判断事情，也要将经验（硬盘）挪到目前的记忆（主记忆体）当中，再交由CPU来判断！

0.1.5电脑用途的分类

上述了电脑的基本组成与周边装置，也大致了解了电脑的CPU种类，接下来我们了解一下电脑的分类。
电脑的分类多种多样，如果以电脑的复杂度与运算能力进行分类的话，主要可以分为这几类：

• 超级电脑（Supercomputer）
  超级电脑是运作速度最快的电脑，但是他的维护、操作费用最高！主要用于有高速计算的计划中。例如：国防军事、气象预测、太空科技等。

• 大型电脑（Mainframe Computer）
  大型电脑通常也具有数个高速的CPU，功能上虽不及超级电脑，但也可以用来处理大量信息与复杂的运算。例如：大企业的主机、全国性的证券交易所、大型企业的资料库伺服器等。

• 迷你电脑（Minicomputer）
  迷你电脑仍保持大型电脑同时支援多使用者的特性，但是主机可以放在一般作业场所，不必像前两个大型电脑需要特俗的空调场所。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电脑便宜许多，是针对特殊用途而设计的电脑。在个人电脑的效能还没有提升到目前的状况之前，工作站电脑的性价比是所有电脑当中较佳的，因此在学术研究与工程分析方面相当常见。

• 微电脑（Microcomputer）
  个人电脑就属于这部分的电脑，也是我们本章主要探讨的目标！体积最小，价格最低，但功能还是五脏俱全的。

若光以效能来说，目前的个人电脑效能已经够快了，甚至已经比工作站等级以上的电脑运算速度还要快！但是工作站电脑强调的是稳定不宕机，并且运算过程要完全正确，因此工作站等级以上的电脑在设计时的考量与个人电脑并不相同，这也是为什么工作站等级以上的电脑售价较贵的原因。

0.1.6电脑上常用的计算单位（容量、速度等）

电脑的运算能力除了CPU的微指令集设计的优劣之外，主要还是又速度来决定的。至于存放在电脑存储设备中的信息容量，也是有单位的。
容量单位
电脑对资料的判断主要依据有没有通电来记录资讯，所以理论上对于每一个记录单位而言，它只认识0与1而已。0/1这个二进制的单位称bit。但bit实在太小了，所以在存储信息时我们通常使用8个bit的大小来记录，即byte。他们的关系为
1Byte=8bits
不过同样，Byte还是太小了，所以我们又引入了新的单位，例如K代表1024byte,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，下面列出常见的单位与进制位对应：

图0.1.3进制转换表
一般来说，容量单位使用的是二进制的方式，所以1GBytes的档案大小实际上为：102410241024Bytes，速度单位则使用十进制，例如1GHz就是100010001000Hz的意思

其实，若要区分二进制还是十进制，目前也经常使用GB与GiB之类的方式来辨别，GB为十进制，加上i成为GiB则是二进制。所有的容量都可以这样处理，包括KiB，TiB等。

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，由于网络使用的是bit单位，所以网络常使用的单位为Mbps即Mbits per second，每秒多少Mbit。举例来说，大家常常听到20M/5M光纤传输速度，如果转成byte时，其实理论最大传输值为：每秒2.5Mbyte/每秒625Kbyts的下载/上传速度。

例题：
假设购买了500GB的硬盘一张，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制的单位，所以500GByte代表50010001000Byte。转换成容量单位时使用二进制（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），通常硬盘的容量计算采用的时“多少个sector”，所以才会使用十进制来处理。