计算机概论(1)

计算机：辅助人脑的好工具

所谓的计算机就是一种计算器，而计算器其实是：接受用户输入指令与数据，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。因此，只要有输入设备 (不管是键盘还是触摸屏) 及输出设备 (例如计算机屏幕或直接由打印机打印出来)，让你可以输入数据使该机器产生信息的， 那就是一部计算器了。

计算机硬件的五大单元

• 输入单元

  包括键盘、鼠标、卡片阅读机、扫描仪、手写板、触控屏幕等等一堆；

• CPU内部的控制单元、算术逻辑单元

  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，里头含有微指令集， 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。

• 输出单元

  例如屏幕、打印机等等

• 主存储器

  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。

其他单元的设备

其实在主机机壳内的设备大多是透过主板 (mainboard) 连接在一块，主板上面有个连结沟通所有设备的芯片组，这个芯片组可以将所有单元的设备链接起来，好让 CPU 可以对这些设备下达命令。其他单元的重要设备主要有：

• 系统单元

系统单元包括 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，网络卡、 磁盘阵列卡、还有显示适配器等等

• 记忆单元

包括主存储器 (main memory, RAM) 与辅助内存，其中辅助内存其实就是大家常听到的『储存装置』！包括硬盘、软盘、光盘、磁带等等的。

• 输入、输出单元

除了屏幕外，打印机、音效喇叭、HDMI 电视、投影机、蓝芽耳机等等

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 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。

  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。

• 复杂指令集

  与 RISC 不同的，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 AMD、Intel、VIA 等的x86架构的 CPU。

位数

所谓的位，指的是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，32位CPU则是CPU一次只能读取32位的意思。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，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。

计算机用途的分类

• 超级计算机(Supercomputer)

  超级计算机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。

• 大型计算机(Mainframe Computer)

  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(Minicomputer)

  迷你计算机仍保有大型计算机同时支持多用户的特性，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(Workstation)

  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较佳的，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份的计算机分类，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！ 大致又可分为桌上型、笔记型等等。

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纪录单位而言，它只认识0与1而已。0/1 这个二进制的的单位我们称为 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，他们的关系为：

  1 Byte = 8 bits

  不过同样的，Byte 还是太小了，在较大的容量情况下，使用byte 相当不容易判断数据的大小。所以就有了一些常见的简化单位表示法。

• 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，亦即是每秒多少 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