計算機內部架構，你真的懂嗎？

我想現在沒用過計算機的人很少了吧？但是你真的瞭解計算機內部的架構原理嗎？

計算機從本質上講就是一種計算器，其接收輸入的指令和資料，經過中央處理器的數學與邏輯單元運算處理後，以產生或儲存成有用的資訊。

1 計算機硬體

首先我們先從計算機的硬體說起，從外觀上，計算機主要由以下三部分組成：

輸入單元：包括鍵盤、滑鼠、觸控螢幕、掃描器等

主機單元：主機裡面主要包含了主機板、晶片組、CPU和主儲存器等

輸出單元：比如螢幕、印表機等

其中，整個計算機的核心就是中央處理器（Central Processing Unit， CPU）， CPU是一個具有特定功能的晶片，這個晶片的特殊之處就是裡面所包含的微指令集，CPU內部又可以分為兩個主要單元：算數邏輯單元和控制單元，其中算數邏輯單元主要負責程式運算與邏輯判斷，控制單元主要是協調各個元件與各單元間的工作。

CPU的主要精力還是被放在了運算與判斷上，這也是為啥叫計算機的原因。CPU從主儲存器上讀取資料，經過計算與邏輯判斷後，將結果寫回到主儲存器中，然後再從主儲存器中傳輸到輸出單元。

2 CPU的種類

前面提到CPU包含了一些微指令集，所有軟體的執行到最後都要透過CPU內部的微指令來執行完成，而這些微指令集有兩種主要的設計理念，分別是精簡指令集（RISC）和複雜指令集（CISC）。

精簡指令集（Reduced Instruction Set Computing， RISC）

採用精簡指令集的CPU，每條指令的執行時間很短，完成的動作也很單純，指令的執行效能較佳，但是缺點就是當需要完成較為複雜的事情時，需要多個指令來完成，常見的RISC微指令集的CPU主要有ARM系列、IBM公司的Power Architecture系列和Sun公司的SPARC系列等，其中應用範圍最廣的就是ARM系列的CPU。

複雜指令集（Complex Instruction Set Computing， CISC）

與RISC不同，CISC中的指令數目多且複雜，每條指令的長度也不同，因為指令執行復雜，所以每條指令花費的時間也比較長，它的優點就是可以處理的工作較為豐富。目前市面上採用CISC指令集的CPU主要由Intel、AMD、VIA等公司的x86架構的CPU。

我們平常用的個人計算機大多就是x86架構的CPU，也許有人問了為啥叫x86那？那是最早的Intel公司發展出來的CPU的代號為8086，後面又出現了80286，80386。。。，所以這種架構的CPU就被叫做x86架構，哈哈，是不是明白了x86也就僅僅是個類似007的代號而已。

還有一個大家感興趣的就是2003以前，是Intel公司發展了8位、16位和32位的x86架構的CPU，但64位的CPU是由AMD在此架構基礎上修改而成的，所以64位的個人計算機CPU又被為x86_64架構的CPU。

目前x86架構的CPU主要提供商是Intel公司和AMD公司，我們還經常聽說什麼單核CPU和多核CPU，這裡的核數就是我們所說的CPU計算單元數，有幾個核就是在同一個CPU元件中嵌入了幾個計算單元，這樣做的目的就是為了提升CPU的計算效能。除了核數引數外，我們在買計算機的時候，還有一個很重要的引數就是CPU的頻率，頻率是CPU每秒可以進行的工作次數，從這個意義上說CPU的頻率越高越好，這樣CPU在單位時間內幹活就越快，這就是配置高的電腦的CPU的核數越多，頻率也高，使用起來就越流暢，有錢真好啊。

但是你知道CPU的頻率是怎麼計算出來嗎？理論上CPU應該和外部各元件的速度保持一致才能很好的工作，但CPU需要很強大的工作效率去處理計算任務，而外部元件的速度一般都較低，所以CPU就有了外頻和倍頻的說法，外頻是CPU與外部的元件進行資料傳輸的速度，倍頻是CPU內部用來加速工作效能的倍數，故而CPU的頻率就是外頻乘以倍頻。

3 主機板與晶片組

主機板是主機中相當重要的一個部門，計算機所有的元件都直接或間接的安插在主機板上，而在主機板負責各個元件的溝通的就是晶片組，晶片組一般分為北橋和南橋，北橋負責CPU、RAM、HDMI等的連線，而南橋負責PCI介面或者其他滿足的IO裝置。

4 記憶體

在主機板上作為主儲存器的就是我們經常說到的記憶體，前面說的CPU的所有資料都來源於主儲存器，不論軟體還是資料，都必須讀入到記憶體中，才能被送到CPU中，個人用計算機的記憶體就是動態隨機儲存記憶體（Dynamic Random Access Memory， DRAM），記憶體最大的特點就是隻有在通電的情況下才能有資料儲存與使用，斷電後資料就沒有啦，所以日常我們要及時將重要的資料備份到我們的硬碟上，不能停留在記憶體中。

DRAM技術經過幾代的更新，現在主要有SDRAM和DDR SDRAM兩種，現在個人電腦上主要安裝的是DDR這種，DDR就是所謂的雙倍傳輸速度（Double Data Rate），它可以在一個工作週期中進行兩次資料傳輸。

5 只讀儲存器（ROM）

在主機板上有許多的元件，你知道各個元件的引數都儲存在哪裡嗎？這些引數就儲存在一個名為CMOS的晶片中，這個晶片在沒有通電的情況下也能記錄資料，所用的就是隻讀儲存器（Read Only Memory， ROM），其實一種非易失記憶體，但這個晶片是也需要額外供電的，來源就是我們主機板上常見的那一塊小電池。

在CMOS晶片中有一套名為BIOS（Basic Input Output System）的小程式，當我們啟動電腦的時候首先讀取的就是BIOS，所以BIOS對於計算機是相當重要的。

6 作業系統

在沒有通電時，計算機就是一堆廢鐵，啥也幹不了，但是計算機通電後，它要怎麼來工作那？那就需要一個廣義的程式來協調計算機中的各個元件來工作，來管理計算機中的所有活動以及驅動系統中的所有硬體，嚴格來說是一組程式，這一組程式就是作業系統（Operating System），例如我們偉大的Windows作業系統，還有Linux作業系統等。

7 應用程式

作業系統還提供一些列控制計算機行為的介面，人們根據這些介面所開發出來的具有特定功能的軟體以供使用者所用，比如Office軟體，瀏覽器等，這些就是所謂的應用程式，也是我們經常用到的程式。

8 計算機的分類

超級計算機（Supercomputer）

超級計算機是運作速度最快的計算機，但是他的維護、操作費用也最高！主要是用於需要有高速計算的計劃中。 例如：國防軍事、氣象預測、太空科技，用在模擬的領域較多。

大型計算機（Mainfram Computer）

大型計算機通常也具有數個高速的CPU，例如大型企業的主機、全國性的證券交易所等每天需要處理數百萬筆資料的企業機構，或者是大型企業癿資料庫伺服器等。

迷你計算機（Minicomputer）

迷你計算機仍保有大型計算機同時支援多使用者的特性，但是主機可以放在一般作業場所。

工作站（Workstation）

工作站的價格又比迷你計算機便宜許多，是針對特殊用途而設計的計算機，其在學術研究的工程分析方面相對常見。

微電腦（Microcomputer）

微電腦就是我們所說的個人計算機，它體積最小，價格最低，但功能還是五臟 俱全癿！ 大致又可分為桌上型、筆記型等。

計算機是一個相當複雜的系統，要想弄清它還是要狠下一番功夫的，這裡只是帶大家入個門，弄清一些概念，希望對部分人有幫助。