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計算機組成原理 及CPU,硬碟,記憶體三者的關係

電腦之父——

馮·諾伊曼

提出了組成計算機的五大部件:輸入裝置、輸出裝置、儲存器、運算器和控制器。


下圖為 現在我們電腦的: 鍵盤滑鼠、顯示器、機箱、音響等等。


這裡顯示器為比較老的CRT顯示器,現在一般都成功了液晶顯示器。

回想一下,在玩電腦的時候,我們使用鍵盤滑鼠來操作電腦,在和其他人QQ聊天的時候,滑鼠可以幫我們選中聊天的人,開啟聊天視窗,鍵盤則是負責打字,幫我們輸入聊天的內容。

在操作鍵盤滑鼠的時候,其實都是在告訴電腦來做什麼的。我們管鍵盤和滑鼠叫輸入裝置。

輸入裝置: 向電腦輸入資料和資訊的裝置。除了鍵盤。除了鍵盤滑鼠,其他輸入裝置還包括觸控板、麥克風、攝像頭,遊戲手柄、掃描器等等

顯示器用來給使用者展示畫面,顯示內容,音箱則播放音樂給我們聽,這些裝置被稱為:輸出裝置。

輸出裝置: 將電腦中的資訊輸出給使用者的裝置。常用的輸入裝置有:顯示器、音箱、印表機、投影儀等等

買來電腦,如果只有鍵盤滑鼠、顯示器、音箱,我們能玩電腦麼?肯定不能。

其實電腦機箱才是真正的工作的裝置,輸入輸出裝置只是用來讓我們和電腦機箱來做互動的。

那機箱內部都有什麼呢?我們看一下下面的圖片:


來看一下這裡的零件都有什麼用

主機板:連線所有其他裝置的裝置,是其他裝置的載體,主機板主要是為CPU、記憶體、顯示卡、硬碟等提供平臺,相當於人體的軀幹,關聯著各個器官。


CPU:中央處理單元(Cntral Pocessing Uit)的縮寫,也叫處理器,是計算機的運算核心和控制核心。人靠大腦思考,電腦靠CPU來運算、控制。讓電腦的各個部件順利工作,起到協調和控制作用。


硬碟:儲存資料和軟體等資料的裝置,有容量大,斷電資料不丟失的特點。也被人們稱之為“資料倉庫”。


記憶體:1. 負責硬碟等硬體上的資料與CPU之間資料交換處理;2. 快取系統中的臨時資料。3. 斷電後資料丟失。


顯示卡:顯示器想要呈現畫面,顯示卡是關鍵。簡單來說,就是負責在顯示屏上顯示一切資訊。打個比方,它就像是人的眼睛,沒有了它,電腦就無法驅動形成影象了。顯示卡效能好,電腦的圖形處理能力就高,尤其在玩遊戲時更能發現這個(所以很多遊戲會要求顯示卡效能)。對玩家而言,最好選擇獨立顯示卡。不過,如果不玩大型遊戲,CPU內建核心顯示卡也基本能滿足要求。缺點:

系統功耗有所加大,發熱量也較大,額外購買


電源:將電壓220伏的市電轉換為低等電壓,然後送到主機板及各個硬體!供電!電腦執行需要電力,而電源就是為此供電的,也可以說它在為電腦提供一切動力。電源決定了電腦的穩定性。它和人體心臟功能類似,都是提供動力的核心。


網絡卡: 讓我們上網的,一般整合在主機板上。

其他..........................

說了這麼多,其實最最重要的裝置是什麼呢? CPU、硬碟、記憶體。

現在來說一下CPU、硬碟、記憶體三者之間的關係。

首先 ,我們先回想一下三者的作用:

CPU:是計算機的運算核心和控制核心,讓電腦的各個部件順利工作,起到協調和控制作用。

硬碟:儲存資料和軟體等資料的裝置,有容量大,斷電資料不丟失的特點。也被人們稱之為“資料倉庫”。

記憶體:1. 負責硬碟等硬體上的資料與CPU之間資料交換處理;2. 快取系統中的臨時資料。3. 斷電後資料丟失。

然後, 再來看一下電腦應用程式是如何執行起來的。

當我們在電腦上開啟QQ時(右鍵-開啟

或者雙擊QQ圖示),其實是通過滑鼠(輸入裝置)向CPU傳送了一條命令,CPU接收到這條命令後,QQ程式就從硬盤裡被載入到記憶體(載入時不通過處理器,直接從硬碟載入程式到記憶體裡),載入完成後,CPU就開始執行QQ程式。程式執行起來後,CPU可以讓QQ程式顯示在我們的在顯示器上。也就是你看到了QQ

程式執行起來了。如果這個時候,你用QQ截取了一張螢幕的圖片,那麼這張圖片會首先儲存到記憶體,在沒有退出截圖狀態時,你可以在這張圖片上寫字、畫線條,等你右鍵儲存這張圖片的時候,這張圖片就會儲存到硬盤裡。

通過了解一個程式是如何執行起來的,我們就可以瞭解三者是如何工作的 。

可能有些人會不明白,如果程式是這樣執行起來的話,那麼為什麼CPU不直接在硬盤裡執行程式,而非要把程式放到記憶體後在執行呢?

這裡是有原因的。我們先來看幾張圖:

好點的企業用機械硬碟 :


一般的固態硬碟:


記憶體的讀寫速度:



通過上圖我們可以看出,記憶體存取資料的速度比硬碟的存取速度快了10倍, 在某些環境裡,硬碟和記憶體之間的速度差距可能會更大。

而CPU的速度比記憶體不知還要快多少倍。當我們把程式從硬碟放到記憶體以後,CPU就直接在記憶體執行程式,這樣比CPU直接在硬碟執行程式就要快很多。

記憶體解決了一部分CPU執行過快,而硬碟資料存取太慢的問題。 提高了我們的電腦的執行速度。

記憶體就如同一條“高速車道”一般,資料由傳輸速度較慢的硬碟通過這條高速車道傳送至CPU進行處理!

但記憶體是帶電儲存的(一旦斷電資料就會消失),而且容量有限,所以要長時間儲存程式或資料就需要使用硬碟。

其實記憶體在這裡起了兩個作用:

1.  儲存從硬碟讀取的資料,提供給CPU使用

2. 儲存CPU的一些臨時執行結果,以便CPU下次使用或儲存到硬碟

三者之間的關係:

簡單來說,硬碟用來儲存我們的程式和資料,當我們執行程式的時候,CPU首先接受到我們的命令,之後CPU是告訴硬碟,我要執行你儲存的程式A,你把程式A送到記憶體去。CPU對記憶體說,我讓硬碟把程式A送到你這裡來了,你儲存一下。

等程式A被完整的送到記憶體之後。CPU就開始執行程式A。

過程就像上面說的,我們在舉一個接近我們生活的例子。

如果說把硬碟比喻成一個大倉庫,CPU比喻成加工車間,那麼記憶體就是一個臨時的小倉庫。從距離上來說, 相比記憶體到CPU的距離和硬碟到記憶體的距離,記憶體和CPU的距離更短。

硬碟(大倉庫)用來儲存車間需要用的原料和最終生產出來的商品。倉庫太大,取出原料和儲存商品太慢,耗時間。

記憶體(臨時小倉庫):原料會先放到這裡,小倉庫,可以很快的找到需要的原料或商品。

CPU(車間):從記憶體(小倉庫)裡拿到原料,生產商品。中間會有半成品,半成品可以放在記憶體(小倉庫)裡。

以這種方式,車間的生產速度就會提高。

參考圖