1 计算机的基本硬件组成
- CPU:计算机最重要的核心配件,全名你肯定知道,叫中央处理器(Central Processing Unit)。计算机的所有“计算”都是由 CPU 来进行的。
- 内存(Memory):程序都要加载到内存里才能运行。程序读取的数据、计算得到的结果,也都要放在内存里。
- 主板(Motherboard):CPU 和内存都要插在主板上。主板的芯片组(Chipset)和总线(Bus)解决了 CPU 和内存之间如何通信的问题。芯片组控制了数据传输的流转,也就是数据从哪里到哪里的问题。
- 电源。
- I/O 设备:鼠标和键盘都是必不可少的配件输入设备。个人电脑显示器肯定必不可少的输出设备,只有有了显示器我们才能看到各种图像。
- 显卡:现在,使用图形界面操作系统的计算机,无论是 Windows、Mac OS 还是 Linux,显卡都是必不可少的。显卡里有除了 CPU 之外的另一个“处理器”,也就是 GPU(Graphics Processing Unit,图形处理器),GPU 一样可以做各种“计算”的工作。
鼠标、键盘以及硬盘,这些都是插在主板上的。作为外部 I/O 设备,它们是通过主板上的南桥(SouthBridge)芯片组,来控制和 CPU 之间的通信的。以前的主板上通常也有“北桥”芯片,连接 CPU 和内存、显卡之间的通信。不过,随着时间的变迁,现在的主板上的“北桥”芯片的工作,已经被移到了 CPU 的内部,所以你在主板上,已经看不到北桥芯片了。
2 冯·诺依曼体系结构
无论是个人电脑、服务器、智能手机,还是 Raspberry Pi 这样的微型卡片机,都遵循着同一个“计算机”的抽象概念。就是冯·诺依曼(John von Neumann)提出的冯·诺依曼体系结构(Von Neumann architecture),也叫存储程序计算机。
存储程序计算机暗含了两个概念,一个是“可编程”计算机,一个是“存储”计算机。不可编程就是程序在计算机硬件层面能“写死”的,做不了任何计算逻辑固定之外的事情,这样就很容易理解可编程的意思了。
First Draft of a Report on the EDVAC里面说的一台计算机组成部分:
- 包含算术逻辑单元(Arithmetic Logic Unit,ALU)和处理器寄存器(Processor Register)的处理器单元(Processing Unit),用来完成各种算术和逻辑运算。因为它能够完成各种数据的处理或者计算工作,因此也有人把这个叫作数据通路(Datapath)或者运算器。
- 包含指令寄存器(Instruction Register)和程序计数器(Program Counter)的控制器单元(Control Unit/CU),用来控制程序的流程,通常就是不同条件下的分支和跳转。在现在的计算机里,上面的算术逻辑单元和这里的控制器单元,共同组成了我们说的 CPU。
- 存储数据(Data)和指令(Instruction)的内存。以及更大容量的外部存储,如硬盘。
- 输入和输出设备,以及对应的输入和输出机制。
任何一台计算机的任何一个部件都可以归到运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备中,而所有的现代计算机也都是基于这个基础架构来设计开发的。
此文章为 2 月Day2学习笔记,内容来源于 极客时间《深入浅出计算机组成原理》。