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。