2.2: 数字设备之旅

Last updated
Save as PDF

Page ID: 172418

Ly-Huong T. Pham, Tejal Desai-Naik, Laurie Hammond, & Wael Abdeljabbar
ASCCC Open Educational Resources Initiative (OERI)

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

我们将从个人计算机开始，它由相同的基本组件组成：

主板（电路板）
中央处理器 (CPU)
随机存取存储器 (RAM)
显卡
电源
硬盘驱动器（HDD）
固态硬盘 (SSD)
光驱（DVD/CD 驱动器）
读卡器（SD/SDHC、CF 等）

事实证明，几乎每个数字设备都使用相同的组件集，因此检查个人计算机将使我们深入了解各种数字设备的结构。因此，让我们 “浏览” 一台个人计算机，看看是什么使它们起作用。

处理数据：CPU

如上一节所述，大多数计算设备具有相似的架构。该架构的核心是 ce ntral 处理单元或 CPU。 CPU 可以被视为设备或主处理器的 “大脑”。过去，CPU 由数百根传送信息的线路组成。

桌上个人计算机的示例。好吧 — 图\(\PageIndex{1}\)：Green Chameleon 在 Unsplash 上制作的个人电脑已获得 CC BY-SA 2.0 的许可

这些电线执行了软件发送给它的命令，并返回了结果以供采取行动。最早的 CPU 是功能有限的大型电路板。如今，CPU 通常位于一个芯片上，可以执行各种各样的功能。个人计算机CPU的主要制造商有两家：英特尔和高级微设备（AMD）。

CPU 的速度（“时钟时间”）调节指令速率，并执行和同步各种计算机组件。时钟越快，CPU 每秒执行指令的速度就越快。时钟以赫兹为单位测量。赫兹定义为每秒一个周期。使用上面提到的二进制前缀，我们可以看到千赫兹（缩写为 kHz）是每秒一千个周期，兆赫兹（MHz）是每秒一百万个周期，千兆赫（GHz）是每秒十亿个周期。 CPU 的处理能力以惊人的速度增加（参见有关摩尔定律的侧边栏）。除了更快的时钟时间外，许多 CPU 芯片现在每个芯片都包含多个处理器。

多核处理器是包含多个芯片的单集成电路。这些芯片通常被称为内核。多核同时在内核上运行和读取指令，从而提高了速度。具有两个处理器的计算机被称为双核或四核（四个处理器），它通过提供多个 CPU 的能力来提高计算机的处理能力。

当计算机使用多个内核运行时，会产生额外的热量；这就是公司在CPU之上安装风扇的原因。 Mac 内置了故障保险功能，当温度升高过快时，计算机将自行关闭以避免损坏。智能手机可以承受高温。随着设备变小，我们将许多部件放置在紧凑的区域中，反过来，设备会产生更多的热量。同时在手机上运行多个应用程序是增加手机发热量的另一种方法；这就是为什么在使用后关闭应用程序很重要的原因。

图\(\PageIndex{2}\)：(a) 英特尔中央处理器酷睿 i7 Skylake 型内核、型号 6700K 的底视图。 LGA 1151 插槽，14 纳米工艺，核心频率 4.00 GHz。在越南制造。由 Eric Gaba 拍摄的@@ 图片已获得 CC BY-SA 的许可。 (b) 英特尔中央处理器酷睿 i7 Skylake 型内核（型号 6700K）的俯视图。 LGA 1151 插槽，14 纳米工艺，核心频率 4.00 GHz。在越南制造。 Eric Gaba 拍摄的@@ 图片已获得 CC BY-SA 的许可

图形处理单元 (GPU) 是一种电子电路，旨在快速操作和更改内存，以加速在帧缓冲器中创建图像以供输出。使用 GPU 的设备是个人计算机、智能手机和游戏机。 Nvidia 是制造高清显卡的强大公司之一。英伟达一直是GPU芯片的领导者，最受欢迎的芯片之一是Nvidia GeForce，它集成了笔记本电脑、个人电脑和虚拟现实处理器。 Nvidia 还与许多公司合作，扩大其 GPU 芯片市场。与英伟达合作的一些著名公司是特斯拉、Quadro和GRID。