感性认知:计算机基本工作原理

发布时间：2023-02-28 11:04:01 所属栏目：Linux 来源：

导读：文章目录
一. 计算机发展史概述
二. 计算机基本组成
1. 冯诺依曼体系
2. CPU和GPU
3. CPU基本组成
3.1 逻辑门
3.2 门电路
4. 算术逻辑单元 ALU（Arithmetic & Logic Unit）
5. 寄存器和内存
6. 控制单元

文章目录
一. 计算机发展史概述
二. 计算机基本组成
1. 冯诺依曼体系
2. CPU和GPU
3. CPU基本组成
3.1 逻辑门
3.2 门电路
4. 算术逻辑单元 ALU（Arithmetic & Logic Unit）
5. 寄存器和内存
6. 控制单元
7. 指令
8. 编程语言到指令
一. 计算机发展史概述
1946年2月14日，在美国宾夕法尼亚大学，众所周知的世界上第一台电子数字计算机ENIAC诞生。然而，英国在二战期间研制的电子计算机Colossus(巨人)却要比ENIAC早两年，多年来，英国人对自己研制首台电脑的荣誉始终保持着缄默。

第一代：电子管计算机

第二代：晶体管计算机

第三代：中小规模集成电路计算机

第四代：大规模和超大规模集成电路计算机

第五代：人工智能和大数据云服务的结合

最开始的时候,计算机诞生的使命是为了战争,二战时期,为了计算导弹轨道

计算的需求在人类的历史中是广泛存在的，发展大体经历了从一般计算工具到机械计算机到目前的电子计算机的发展历程。

二. 计算机基本组成
1. 冯诺依曼体系
冯·诺依曼（John von Neumann，1903~1957），20世纪最重要的数学家之一，在现代计算机、博弈论、核武器和生化武器等诸多领域内有杰出建树的最伟大的科学全才之一，被后人称为“计算机之父”和“博弈论之父”。

美籍匈牙利数学家冯·诺伊曼于1946年提出存储程序原理，把程序本身当作数据来对待，程序和该程序处理的数据用同样的方式储存。冯·诺依曼体系结构冯·诺伊曼理论的要点是:计算机的数制采用二进制;计算机应该按照程序顺序执行。人们把冯·诺伊曼的这个理论称为冯·诺伊曼体系结构。

现代的计算机,大多遵守冯诺依曼体系结构

冯诺依曼体系提出任何的计算机都应该有cpu（运算器与控制器），输入设备，储存器和输出设备组成。

cpu 中央处理器: 进行算术运算和逻辑判断.

存储器: 分为外存和内存,用于存储数据(使用二进制方式存储).

输入设备: 用户给计算机发号施令的设备.

输出设备: 计算机个用户汇报结果的设备.

针对存储空间：
硬盘 > 内存 >> cpu
针对数据访问速度:
cpu >> 内存 > 硬盘

2. cpu和GPU
cpu是计算机最核心的部分,进行算术运算和逻辑判断.

cpu可以认为是当前人类科技的巅峰之作,技术难度上,能和cpu相提并论的,只有"氢弹".

cpu 造的最好的就是美国(Intel,AMD,高通),全世界的计算机,绝大多数,都是使用这几个公司的cpu.

cpu难的不是理论,而是工艺,lntel AMD 可以研发出5 nm制程的cpu 了,目前(2022年)能买到的cpu最好就是这个.

cpu最重要的指标,就是叫做"主频",3.20Ghz,描述了cpu运算的速度,其实本质是3.2G时钟周期,可以近似的视为,每秒钟能执行32亿条指令.

与cpu类似的功能组件还有一个显卡GPU,显卡的定位和cpu类似.

cpu通用计算芯片→好比大学生,可以让他算1+1,也可以算微积分.

GPU专用计算芯片→好比小学生,只会算1+1

很多图形相关运算(游戏,视频剪辑),不需要计算微积分,就只需要算1+1,但是计算的量特别大,拿cpu算,也可以,但是大材小用了,此时就专门搞了个GPU,专门负责算这些1+1的(这里面包含很多很多的小学生).

3. cpu基本组成
3.1 逻辑门
逻辑门（Logic Gates)是在集成电路(Integrated Circuit)上的基本组件。简单的逻辑门可由晶体管组成。这些晶体管的组合可以使代表两种信号的高低电平在通过它们之后产生高电平或者低电平的信号。高、低电平可以分别代表逻辑上的“真”与“假”或二进制当中的1和0，从而实现逻辑运算。

3.2 门电路
用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路称为门电路。常用的门电路在逻辑功能上有与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等几种。

（编辑：驾考网）

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