计算机概论

作为一位决心要走机器学习路的萌新,当然是少不了学习linux!!!在我的头儿的推荐下,决定学习这本《鸟哥的Linux私房菜学习》,有什么问题尽管提出来!!!!

下面我只写我认为的重点,不重点的就略过啦!!!!

一、计算机硬件的五大单元

整部主机的重点在于中央处理器(Central Processing Unit,CPU),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,,就要参考这颗CPU是否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

CPU读取的数据都是从主存储器来的!主存储器内的数据则是从输入单元所传输进来!而CPU处理完毕的数据也必须要先写回主存储器中,最后数据才从主存储器传输到输出单元

综合上面所说,我们会知道其实计算机是由几个单元所组成的,包括输入单元、输出单元、CPU内部的控制单元、算数逻辑单元与主存储器五大部分。


计算机五大单元

上面图标的“系统单元”其实指的就是计算机机壳内的主要组件,而重点在于CPU与主存储器。看到上图的传输方向,基本上数据都是流经过主存储器再转出去的!数据会流进/流出内存则是CPU所发布的控制命令,而CPU实际要处理的资料则完全来自于主存储器(不管是程序还是一般文件数据)!

由上面的图示我们能知道,所有的单元都是由CPU内部的控制单元来负责协调的,因此CPU是整个计算机系统的最重要部分

二、CPU架构

CPU其实内部已经含有一些微指令,我们所使用的软件都要经过CPU内部的微指令来达成才行。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CPU架构,分别是精简指令集(RISC)与复杂指令集(CISC)系统。

精简指令集,微指令集较为精简,每个指令的运行时间都很短,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。

复杂指令集,与RISC不同,CISC在微指令集的每个小指令可以执行一些较低阶的硬件操作,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话费的时间较长,但每条个别指令可以处理的工作较为丰富。

所谓的64位,32位中的位就是指CPU一次数据读取的最大量!64位CPU代表CPU一次可以读写64bits这么多数据。因为CPU读取数据量有限制,因此能够从内存中读写的数据也就有所限制。所以,一般32位的CPU所能读写的最大数据量,大概就是4GB左右。

三、其他单元的设备

系统单元:系统单元包含CPU与内存及主板相关组件。而主板上头其实还有很多的连接界面与相关的适配卡,包括网络卡、磁盘阵列卡、适配器等等。

记忆单元:包括主存储器与辅助内存,其中辅助内存其实就是储存装备,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。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。至于输出设备方面,除了屏幕外,打印机、音效喇叭、HDMI电视、投影机、蓝牙耳机等。

四、运作流程

鸟哥假设计算机是一个人体,如下图

各组件运作

CPU=脑袋瓜子:没个人会做的事情都不一样(微指令集的差异),但主要都是透过脑袋瓜子来进行判断与控制身体各部分的活动。

主存储器=脑袋中放置正在被思考的数据的区块:在实际活动过程中,我们的脑袋瓜子需要有外界刺激的数据(例如光纤、环境、语音等)来分析,那这些互动数据暂时存放的地方就是主存储器,主要是用来提供给脑袋瓜子判断用的信息。

硬盘=脑袋中放置回忆的记忆区块:跟刚刚的主存储器不同,主存储器是土工脑袋目前要思考与处理的信息,但是有些生活琐事或其他没有要立刻处理的事情,就当成回忆先放置到脑袋的记忆深处,那就是硬盘。主要目的是将重要的数据记录起来,以便未来将这些重要的经验再次使用。

主板=神经系统:将所有重要的组件连接起来,包括手脚的活动都是脑袋瓜子发布命令后,透过神经(主板)传导给手脚来进行活动。

各项接口设备=人体与外界沟通的手、脚、皮肤、眼睛等:是与外界互动的重要关键。

显示适配器=脑袋中的影像:将来自眼睛的刺激转成影像后在脑袋中呈现,所以显示适配器所产生的数据源也是CPU控制的。

电源供应器(Power)=心脏:所有的租价要能运作要有足够的电力供给才行。

从上图可以知道,我们整个活动中最重要的就是脑袋瓜子,而脑袋瓜子当中与现状正在进行的工作有关的就是CPU与主存储器。任何外界的接触都必须要有脑袋瓜子中的主存储器记录下来,然后给脑袋中的CPU一句这些数据进行判断后,再发布命令给各个借口设备,如果需要用到过去的经验,就得由硬盘当中读取了。

也就是说,整个人体最重要的地方就是脑袋瓜子,同样的,整部主机当中最重要的就是 CPU 与主存储器, 而 CPU 的数据源通通来自于主存储器,如果要由过去的经验来判断事情时, 也要将经验(硬盘)挪到目前的记忆(主存储器)当中,再交由 CPU 来判断!

五、计算机用途的分类

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:这是运作速度最快的计算机,但是他的维护、操作费用也最高!主要是用于需要有高速计算的计划中。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! 至于全世界最快速的前 500 大超级计算机,则请参考:http://www.top500.org。

大型计算机: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资料与复杂的运算。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:迷你计算机仍保有大型计算机同时支持多用的特征,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: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最佳的,因此在学术研究与工程分析方面相当常见。

微电脑:个人计算机就属于这部分的计算机分类,也是本章主要探讨的目标。体积最小,价格最低,但功能还是很全的。大致上可分为桌上型、笔记型等等。

六、计算机上常用的计算单位(容量、速度等)

容量单位

计算机对数据的判断主要依据有没有通电来记录信息,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这个二进制单位我们称为bit。但bit实在太小了,所以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,他们的关系是:

1 Byte = 8 bits

当然肯定不止这两个单位。

1 K =1024 byte ,1 M =1024 K ,1 G =2014 M, 1 T =1024 G ,1 P =1024 T ,1 E =1024 P

下面会列出常见的单位与进位制对应:


常见的单位与进位制

那么什么是『进位』呢?以人类最常用的十进制为例,每个『位置』上面最多仅能有一个数值,这个数值不可以比 9 还要大!那比 9 还大怎办? 就用『第二个位置来装一个新的 1 』!所以, 9 还是只有一个位置, 10 则是用了两个位置了。好了那如果是 16 进位怎办?由于每个位置只能出现一个数值, 但是数字仅有 0~9 而已啊!因此 16 进位中,就以 A 代表 10 的意思,以 B 代表 11 的意思,所以 16 进位就是0~9, a, b, c, d, e, f,有没有看到, 『每个位置最多还是只有一个数值而已』喔!好了,那回来谈谈二进制。因为每个位置只能有 0, 1 而已,不能出现 2 (逢 2 进一位) 啦!

速度单位

CPU的指令周期常使用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为单位,因此网络常使用的单位为Mbps是 Mbits per second ,就是每秒多少 Mbit 。举例来说,大家常听到的 20M/5M 光世代传输速度,如果转成文件容量的 byte 时,其实理论最大传输值为:每秒 2.5Mbyte/ 每秒 625Kbyte 的下载/上传速度。


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