计算机基础




简谈计算机



人类的起源直到今天都是一个未解之谜或者有争议性的话题。

这个问题引申一下可以诞生几个新的问题: 火星曾经有过生命吗?

地球的起源。

月球的起源。

宇宙的起源。


我们常常听说,光的速度是每秒30万公里,地球诞生46亿年。 恐龙6500万年被毁灭。

人类是由猿猴演变而来。

水是生命的起源。


很多人把这些从小听到大的科普知识当做真理,公理去视为衡量一切的标准。

但人类随着科学的进步,历史上曾经视为一些公理的知识已经被推翻。

谁能肯定光速在传播的过程中,不会像声音一样因为不同的介质而发生改变。

谁能肯定人类测量历史,年份的技术手段是精确无误或者误差很小。

谁能肯定生命的形成必须倚靠氧气呢?


我们带着求知的心理去学习,去探索,去研究。

但也要提醒自己,我此时此刻所处的这个时代,我今天所学的知识,不一定就是完全准确的,对未知要有一颗谦卑敬畏之心。

亚里斯多德时代奉为真理的东西很快就被推翻了,现在没掌握的东西没准哪天就被发现掌握了。

有兴趣的朋友,可以通过搜索引擎看一下让人震惊的“电子双缝干涉实验” 。


虽然未必每一个人都要成为“计算机科学家”或者“程序员”。 但当你开始接触这个专业的时候,从某种程度上说:“你也是踏入了科学世界的大门。”



人类经历了石器时代、青铜时代、铁器时代、以及标志着近代的蒸汽时代、电气时代 现在踏入了信息时代,下一个时代也许是生物智能时代……


在电气时代发现了电流,电子、电磁、电磁波、也有了世界第一台电子计算机。

后来又设计了机器语言、汇编语言、各种各样的编程语言,其中比较经典的是直到今天还有很多人学习使用的C语言、C++。

Unix、Linux、Windows操作系统也在不久之后诞生了第一个版本。


1999年上映了一部电影《异次元骇客》,电影讲述了用计算机虚拟出了洛杉矶,随着科学的发展以及人类对宇宙的观察。

有了一种新的猜测: 我们人类是被创造和设计的,就像程序员编写的游戏一样。 各种各样的自然法则,大气压,水压,重力,光速,声速等都是被提前设定好的。


著名的小说《三体》,电影《超时空接触》《星际穿越》《最远的地方》《黑客帝国》《月球》等艺术作品也拓展了我们想象的边缘。 如果你喜欢看一些网络小说和电影,那《无限恐怖》小说更是让人眼前一亮,脑洞大开。 人类与身居来的好奇心,不断地探索中,有很多我们肉眼无法看到的神秘力量。


这些东西对我们生活中吃喝拉撒似乎没有任何的意义,但只要把眼光抬高一点,仰望星空,一种奇妙难以言喻的心情,那是我们对未知,对真相的渴望。

温家宝总理2007年5月14日公布了一首诗歌《仰望星空》 一个民族有一些关注天空的人,他们才有希望;一个民族只是关心脚下的事情,那是没有未来的。 我们的民族是大有希望的民族!我希望同学们经常地仰望天空,学会做人,学会思考,学会知识和技能,做一个关心世界和国家命运的人。


仰望星空

我仰望星空, 它是那样辽阔而深邃;

那无穷的真理, 让我苦苦地求索追随。

我仰望星空, 它是那样庄严而圣洁;

那凛然的正义, 让我充满热爱、感到敬畏。

我仰望星空, 它是那样自由而宁静;

那博大的胸怀, 让我的心灵栖息依偎。

我仰望星空, 它是那样壮丽而光辉;

那永恒的炽热, 让我心中燃起希望的烈焰、响起春雷。



电脑结构

以上结构图,最初是由 冯·诺伊曼 (计算机科学家)所提出,又称之为”冯·诺伊曼结构“

图中分别为:输入设备、输出设备、存储器、运算器和控制器;这些都是计算机的主要部件。











我们在玩电脑的时候,我们使用键盘鼠标来操作电脑,我们在和其他人QQ聊天的时候,鼠标可以帮我们选中聊天的人,

打开聊天窗口,键盘则是负责打字,帮我们输入聊天的内容。


我们在操作键盘鼠标的时候,其实都是在告诉电脑来做什么的。我们管键盘和鼠标叫输入设备。

输入设备: 向电脑输入数据和信息的设备。除了键盘。除了键盘鼠标,其他输入设备还包括触摸板、麦克风、摄像头,游戏手柄、扫描仪等等


显示器用来向我们展示画面,显示内容,音箱则播放音乐给我们听,我们管他们叫输出设备。

输出设备: 将电脑中的信息输出给用户的设备。常用的输入设备有:显示器、音箱、打印机、投影仪等等


我们买来电脑,如果只有键盘鼠标、显示器、音箱,我们能玩电脑么?肯定不能。 那么其实电脑机箱才是真正的工作的设备,

输入输出设备只是用来让我们和电脑机箱来做交互的。


那机箱内部都有什么呢?我们看一下下面的图片:

我们来看一下这里的零件都有什么用






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。






中央处理器(Cntral Pocessing Uit )

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

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

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

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。






网卡

网卡:提供联网的硬件,一般集成在主板上。

其他…




说了这么多,其实最最重要的设备是什么呢? CPU、硬盘、内存。

现在我们来说一下CPU、硬盘、内存三者之间的关系。


首先 ,我们先回想一下三者的作用:

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。



通过了解一个程序是如何运行起来的,我们就可以了解三者是如何工作的 。

可能有些人会不明白,如果程序是这样执行起来的话,那么为什么CPU不直接在硬盘里执行程序,而非要把程序放到内存后在执行呢?


这里是有原因的。我们先来看几张图:

好点的企业用机械硬盘 :

内存的读写速度:


通过上图我们可以看出,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。