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脑子是个好东西,越用越灵;
电脑更是好东西,效率提升。
燃点带你探索电脑的前世今生,大卸八块进入电脑的世界。
01.什么是电脑
说到“电脑”,要先说“脑”,大脑是我们身体的指挥部,从生物学上讲,大脑是神经系统的最高级部分,控制我们身体的每一个动作,我们的言语、思想都是靠大脑的运算实现的。
所谓“电脑”,是一个形象的比喻,比喻电脑就像通了电的大脑一样强大,能够进行计算、存储数据(记忆)、控制设备等等,而且不像我们人类大脑一样需要睡觉,在不断电的情况下,电脑可以24小时不间断运行。
抛开比喻,电脑的大名叫做“计算机”(注意不是“计算器”),英文叫做“Computer”。
计算机分很多种,你一定接触过下面这些计算机
没错,ipad和智能手机也可以叫做计算机。其中ipad叫做平板电脑;现在的智能手机也已经拥有了强大的计算能力。
上面这些可以统称为“个人计算机”,是最普及的一种计算机。另外还有一些你可能没见过的计算机,举例如下
超级计算机
“天河二号”是由我国国防科学技术大学研制的超级计算机系统,其运算速度全球领先,曾计算了宇宙大爆炸万年之后至今约亿年的宇宙漫长演化进程。
网络服务器
网络服务器是能够通过网络,对外提供服务的计算机,比个人计算机更稳定、更安全、运行更快。比如我们上网访问的很多网站、网络游戏的后台,都是使用网络服务器运行的。
02.电脑能干什么
电脑能干的事情简直太多了,比如我们最熟悉的电脑游戏,大名鼎鼎的刺激战场或王者荣耀你一定听说过
去陌生地方,使用的手机导航
大街上随处可见的共享单车
包括你正在看的这篇电脑教程。
上面这些电脑用途,你或许认为太司空见惯,不知道你听没听过“阿尔法GO”的大名,年,由谷歌公司研发的围棋机器人,以4:1的成绩打败人类围棋世界冠*李世石,从此,人类在围棋领域再也战胜不了计算机。这次比赛,也引发了人们对人工智能的讨论,人类是不是最终会被人工智能替代,人工智能会不会消灭人类?
03.电脑的诞生和进化
图灵机
说到电脑的诞生,首先需要提到一个人:艾伦·麦席森·图灵。
年6月23日—年6月7日,英国人,数学家、逻辑学家,被称为计算机科学之父,人工智能之父。
作为计算机科学之父,图灵第一次提出了计算机的概念及实现原理,被人们称为“图灵机”。
作为人工智能之父,图灵提出了判断机器具备人工智能的测试方法,称为“图灵测试”。从此,通过图灵测试就成了所有人工智能科学家的最高目标。(关于图灵测试,我们将在后续的课程中讲到)
为了纪念图灵的贡献,美国计算机协会设立了“图灵奖”,专门奖励对计算机事业作出重要贡献的个人,有“计算机界的诺贝尔奖”之称。
冯.诺依曼
现代电子计算机的发明人,冯.诺依曼。
年12月28日—年2月8日,美籍匈牙利人,数学家、计算机科学家、物理学家。现代计算机、博弈论、核武器和生化武器等领域内的科学全才,被后人称为“计算机之父”。
当时美国启动研究原子弹的曼哈顿计划,由于计算量庞大,冯.诺依曼带领团队发明了第一台电子计算机,用于原子弹的计算。
冯.诺依曼确定了现代计算机的五大核心部件(本文第4部分会讲到),对后来计算机的设计有决定性的影响。计算机采用二进制,所有计算机只认识0和1,就像中国太极的阴和阳,虽然简单,但包罗万象。
计算机的进化
第一代:电子管计算机
冯.诺依曼发明的计算机就是电子管计算机,由众多真空电子管组成,体积大、能耗高、可靠性差、速度慢、价格高,以*事和科学计算为主(比如用于原子弹计算和弹道导弹计算),但为以后的计算机发展奠定了基础。
这就是电子管。
第二代:晶体管计算机
把真空电子管换成了晶体管,比第一代计算机体积缩小、能耗降低、可靠性提高、运算速度提高,并开始进入工业控制领域。
这就是晶体管(晶体三极管),相比电子管,体积变小。
第三代:集成电路计算机
采用中、小规模集成电路,进一步缩小体积,速度更快,软件方面采用了分时操作系统(分时计算是计算机的重要概念,后续文章中会讲到),价格进一步下降,开始进入文字处理和图形图像处理领域。
这是集成电路,把众多晶体管组成的芯片集成到一张电路板上,从而进一步缩小体积。
第四代:大规模集成电路计算机
也就是我们现在常见的计算机,采用大规模和超大规模集成电路,每块芯片可容纳数万乃至数百万个晶体管,体积更小,价格便宜,使用方便,运算速度更快,已经走向家庭。
这是目前主流的CPU芯片,采用纳米级工艺,可以在同样大小的电路板上堆叠更多的晶体管,性能也就越强。
第五代:智能计算机
智能计算机,也就是未来计算机(未来已不远),它将拥有推理、联想和理解能力,像人工智能方向发展。
这些计算机牛人你认识吗?
比尔.盖茨
说到比尔.盖茨,第一个想到的可能是“世界首富”,没错,他很有钱。比尔·盖茨13岁开始计算机编程设计,年创办微软公司,从此,微软操作系统(windows)开始统治世界,你的电脑用的windows什么版本呢(关于操作系统的描述,我们下节课会讲到)?
史蒂夫.乔布斯
苹果手机,家喻户晓,完美的外形和细节处理使其风靡全球,让苹果公司的创始人乔布斯,获得了“苹果教父”的称号。
苹果公司诞生了人类历史上第一台个人计算机;第一次采用图形用户界面和鼠标。
任正非
任正非率领的华为公司最近一直站在风口浪尖,被美国从芯片和操作系统等方面进行制裁,限制其发展。但华为自强不息,于年8月9日,正式发布鸿蒙操作系统;并在世界范围内率先掌握了移动5G通讯技术,推动了中国在计算机和互联网领域的技术进步。
04.电脑的简单构成
前面说到,冯.诺依曼确定了现代计算机的五大核心部件,包括控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备,其中输入和输出设备统称外部设备,简称外设。想知道它们的真身,请看下图。
哪吒的三头六臂,正好代表了计算机的强大,强大到可以闹海(改变世界)。
控制器
控制器是整个计算机的中枢神经,是哪吒的其中一个头,协调计算机各部分工作及内存与外设的访问,控制器被封装在CPU中,将在本文第五部分讲到。
运算器
运算器是哪吒的另一个头,负责对数据进行各种算术运算和逻辑运算。也被封装在CPU中。
存储器
存储器的功能是存储程序、数据等信息,并在需要时提供这些信息。就像我们的记忆,是哪吒的第三个头。包括内存和外存,本文第五部分会讲到。
输入设备
输入设备的作用是将程序、数据、控制命令等信息输入到计算机,常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。
输出设备
输出设备把计算机的结果、各种数据等信息输出出来,常见的输出设备有显示器、打印机等。
05.大卸八块
理论要结合实践,把电脑大卸八块,看来是我们了解电脑的最直观方法。显示器、键盘、鼠标、打印机等外部设备大家一般都见过,外设之外的主要机体部分,称为主机。
上图是台式机的主机,台式机集成度低,便于观察,方便拆卸,是我们本次拆机的对象。笔记本电脑的硬件构成同台式机一样,只是集成度更高,毕竟体积更小,空间有限。
机箱
机箱用于放置和固定各电脑配件,起到承托和保护作用,此外,还可屏蔽电磁辐射。一般的机箱都是从侧面打开,打开后,就可以看到里面的构成。
电源
电脑是插了电的大脑,当然要有电源,电脑电源将V的交流电变换成稳定的直流电,供系统使用。此外为了给电源降温,一般都会配置风扇。
主板
电脑主板是一块矩形电路板,上面安装了组成计算机的主要电路系统,集成了一些体积较小的功能芯片、扩充插槽等。可以把主板看做是主机的骨架和经络。
CPU
CPU叫做中央处理器,是一块超大规模集成电路,英文CentralProcessingUnit的首字母缩写,是一台计算机的运算核心和控制核心,包括了第四部分说到的运算器和控制器,还集成了用于临时存储数据的寄存器。CPU是电脑的大脑,计算机的计算能力和速度取决于CPU的性能。
把CPU插入主板接口
由于CPU集成度太高,运算时会产生很多热量,为了不使CPU自己把自己烧坏,要使用散热片和风扇对其进行降温。
内存条
内存属于计算机五大部件之一的存储器,是与CPU进行沟通的桥梁,CPU会把需要运算的数据调到内存中进行运算,当运算完成后CPU再将结果传送出来。
不管运行什么程序,数据都要进入内存,如果内存不够大,数据就会分批进入,导致运行速度变慢,甚至不能运行,所以内存容量的大小,是计算机性能的重要指标之一。
内存是一块条状的电路板,插在主板的内存插槽上。一般主板都支持插入多个内存条,用于内存的扩容。
硬盘
硬盘是计算机的外部存储设备,用于存储程序或数据等信息,硬盘容量越大,能够存储的数据就越多。
需要注意硬盘和内存的区别,硬盘里的数据是可以断电保存的,关机后,数据还在,我们电脑里的各种文件基本都保存在硬盘上;但内存断电后就不再保存数据,在计算机运行时,需要把硬盘上的数据写入内存,才能供CPU处理运算。
移动硬盘和U盘也是重要的存储设备,更加方便携带。
需要注意的是,不管是硬盘还是移动硬盘,其内部机械结构复杂而脆弱,由铝制或玻璃制的碟片组成,都要小心保护,注意防摔。
由于硬盘是机械结构,每次读写都要由磁头做机械移动,所以读写速度相对较慢;而U盘由闪存芯片存储数据,无需物理移动,所以读写速度较快,并且能够很好的抵抗外力撞击,体积也更小。
细心的同学可能会问,那为什么不用U盘代替硬盘,从而提高读写速度呢?答案是太贵。
不过随着技术的发展,成本越来越低,采用闪存芯片技术的固态硬盘(SSD硬盘)已经上市,相对于机械硬盘,价格会高出许多,但采用固态硬盘的计算机,运行速度会有大幅提升。
显卡
显卡的主要作用是将计算机的信息展示在显示器上。独立显卡插在主板上的扩展槽里,而有些显卡则直接集成在主板上,称为集成显卡。本次的拆机对象就是采用的集成显卡。
一般来说,集成显卡就可以满足大部分显示需求,而如果你是大型游戏玩家或制图工作者,则需要更强大的独立显卡。
集成显卡在处理图像时,使用CPU进行图形计算,使用内存进行数据存储;
而独立显卡本身则自带图形计算芯片和显存,专门用于计算图像,跟其它的计算任务隔离开来,所以图像显示更快,功能更强大。但计算产生的热量也更多,所以需要风扇独立降温,有些还会采用水冷技术。
声卡
顾名思义,声卡是计算机处理声音数据的部件,一般来讲都会集成到主板上,但也有为音乐发烧友定制的独立声卡,跟独立显卡一样,对声音的处理会更强大,但对大多数人来讲,集成声卡已经够用。本次的拆机对象就是采用的集成声卡。
本文讲了电脑的基本知识,涉及到电脑的发展、组成和硬件拆解,可以作为电脑的简单入门。
文章我们将会讲到计算机软件的相关知识,如果感兴趣,请