时代芯存 半导体科普系列——计算机构架
计算机构架
关于计算机的硬件组成部分,其实可以观察你的桌面计算机来分析一下,依外观来说主要可分为三部分,分别是:
· 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;
· 主机部分:这个就是系统单元,被主机机壳保护住了,里面含有一堆板子、CPU 与主存储器等;
· 输出单元:例如屏幕、打印机等等。
主要通过输入设备,如鼠标、键盘将一些数据输入到主机里面,然后再由主机的功能处理成为图表或文章等信息后,将结果传输到输出设备,如屏幕或打印机上面。主机里面含最重要的就是一片主板,上面安插了中央处理器 (CPU) 以及主存储器、硬盘 (或记忆卡) 还有一些适配卡装置而已。智能型手机也是一台计算机,其中的组件是直接焊接在主板上面的,而不是插卡。
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一些特异功能,就得要参考这颗 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。既然 CPU 的重点是在进行运算与判断,其中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。所以,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,相关性如下所示:
假设计算机是一个人体,那么每个组件对应到的地方呢可以这样思考:
· CPU=大脑:每个人做的事情都不一样(微指令集的差异),但主要都是通过大脑来进行判断与控制身体各部分的活动;
· 主存储器(DRAM)=大脑中放置正在被思考的数据的区块:在实际活动过程中,我们的大脑需要有外界刺激的数据 (例如光线、环境、语言等) 来分析,那这些互动数据暂时存放的地方就是主存储器,主要是用来提供给大脑判断用的信息。
· 硬盘(HD、SSD)=大脑中放置回忆的记忆区块:跟刚刚的主存储器不同,主存储器是提供大脑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大脑的记忆深处,这就是硬盘。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进行再次使用;
· 主板=神经系统:好像人类的神经一样,将所有重要的组件连接起来,包括手脚的活动都是大脑发布命令后,通过神经(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:就好像手脚一般,是人体与外界互动的重要关键;
· 显示适配器=大脑中的影像:将来自眼睛的刺激转成影像后在大脑中呈现,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:所有的组件要能运作得要有足够的电力供给才行。电力供给就好像心脏一样,如果心脏力量不够,那么全身也就无法动弹,心脏不稳定时,你的身体则会不稳定。
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文:刘育宏
排版:张乐辰