小白入門篇【一】：什麼叫做計算機

計算機科學是一門偉大的科學！古往今來，無數人將聰明才智投入到這門學科中來，把自己嚴謹的推理與天馬行空的想像相結合，提出了一個又一個有趣的概念。而在生活中，計算機離我們並不遙遠，將來的時代是屬於計算機的，而哪怕你是一個外行人，也應該懂一些計算機的知識。為了對一些計算機的知識進行科普，方便世人對於這門學科能有所了解，我開設了這個專欄，方便大家進行學習，同時也分享一些有意思的觀點。

要想了解計算機科學，了解計算機是非常重要的一課。每當我們購買電腦的時候，總是聽到銷售人員說著什麼「酷睿」啊，「內存8G」啊，「主頻率XXHz」啊，「機械硬碟」啊，「顯卡」啊等等之類的知識，相信不少人聽了之後一臉的疑惑，彷彿在跟一個會說中文的外星人對話。本文接下來就對名詞進行解釋，讓您對計算機有一個科學的認識。

對於一個想要了解計算機的人來說，掌握如下概念即可：CPU、內存、硬碟、主板、顯示器。另外說一句，如果你年紀輕輕，請離毒品和顯卡遠一點，別問我為啥這麼說（逃

為了更直觀的了解計算機的構造，我們不妨把計算機想像成一個人。中央處理器（Central Process Unit，CPU）就是一個人的大腦，但是這個大腦沒有記憶功能，只是負責下達指令；內存（Memory）和硬碟（Hard Disk Drive，HDD）就是一個人的記憶模塊，負責記住至今為止都做了什麼事情，二者的區別在於內存相當於一個人的短時記憶，雖然快，但是記住的東西比較少，也容易忘，而硬碟相當於一個人的長時間記憶，雖然慢了點，但是記得很牢靠；顯示器（Monitor）則是一個人的眼睛，讓你能看到萬千世界；而主板（Motherboard）相當於你的身體，正是因為有了身體（主板），你的頭腦（CPU），眼睛（顯示器）才有地方進行安放。

下面我們對於重要的概念進行詳細的介紹。

CPU：關於CPU我們常提到的一個參數是主頻與核心數量，進階級別的人可能會了解流水線的概念。下面我們一個一個地進行介紹。

主頻是指CPU工作的時鐘頻率。這個說法是比較學術的說法，我們可以換一種理解方式。打個比方，你的CPU主頻是2kHz，我們可以認為你的CPU在一秒內可以做2000次加法運算；而我的CPU主頻是1kHz，我們可以認為我的CPU在一秒內可以做1000次加法，這樣，你的CPU就可以在一秒內做出我的CPU需要兩秒才能做好的事情，所以你的CPU在性能上要比我的好很多。

核心數量是指在CPU中的處理核心的數量。如果我們把CPU看作為一個工廠，那麼一個核心就相當於一個工人。或者我們拿剛剛的加法舉例，假如我的工廠中的工人每一秒可以進行1000次加法運算，但是我的工廠有4個工人（就是我們說的四核CPU），那麼，我的工廠一秒鐘就可以進行4000次加法運算；而你的工廠中的工人每一秒可以進行2000次加法運算，但是你的工廠只有一個工人（也就是我們說的單核CPU），那麼你的工廠一秒鐘可以進行2000次加法運算，所以整體上來看，我的工廠每秒可以做更多的事情。當然，核心數與主頻不能簡單做加法，但是這個原理是很像的，一般來說，主頻越高、核心數越多的CPU就越好。

流水線其實是一種讓CPU加速的技術，原理上非常類似於現實生活中工廠的流水線技術。在CPU中進行執行的其實是指令，進行指令執行的過程涉及到取出指令、解析指令、執行指令、內存訪問等多個過程，如果您想要深入學習，可以去找關於系統結構的書籍進行學習（建議您在有足夠積累後學習）。為了方便理解，不妨把指令的執行過程理解成為工廠製造車輛的過程，而流水線就是說一號工人負責造底盤，二號工人負責造輪子，三號工人負責造馬達，四號工人負責將零件組裝成為成品汽車。博主聽聞現在的CPU已經可以有20多條流水線，而一般流水線越多的話執行效率也就越高。

另外，我們常談到的因特爾（Intel）是一家CPU的生產公司，酷睿（Core）是Intel的一個CPU系列，另一個比較有名的系列是奔騰（Pentium）。另外一家比較知名的CPU製作公司是AMD，而關於我們前面提到的主頻對比的方法只是針對一家公司而言的，不要拿Intel的主頻2kHz的CPU與AMD的主頻1kHz的CPU進行對比。

關於CPU其實還有很多要說的，作為計算機中最值錢的部分肯定還有很多要講的，但更深層次的概念我們會在之後進行講解。如果您時間非常充裕的話，不妨去讀一讀《三體一》，其中有對於CPU與運算器比較生動的描寫。

上圖就是我們所說的CPU，可以看到它其實被很好地封閉起來了。有人曾說「這麼小的東西賣好幾千？！」，其實恰恰是因為這麼小，所以才賣好幾千。（我們常提到的風扇，一般就是在說CPU風扇，因為CPU工作的時候會產生大量的熱量，如果你有錢，可以搞一套水冷）

內存：我們在上面說過，內存非常類似於人腦的短期記憶。如果你去玩比較吃配置的遊戲，而你的計算機內存不夠的話，往往是玩不了的，那這是為什麼呢？因為遊戲要求你的計算機暫時記住的數據非常多，比如要求記住你控制的每個玩家在哪個坐標上，當前還有多少血量等等，而你的計算機比較笨，短時間記不住那麼多，這個時候你會非常卡。解決辦法當然也非常簡單，換一塊內存條讓你計算機變聰明就好了。不過注意，計算機的性能好壞主要是由CPU衡量的，當然內存也比較重要就是了。另外還有一點，一旦斷電，一般內存裡面保存的內容就會丟失。

硬碟：既然內存里的數據一旦斷電了就會丟失，那麼我們對於數據進行的處理後要怎麼保存下來呢？這個時候硬碟（長期記憶）就發揮了作用了。通過將內存（短期記憶）中的數據轉移到硬碟（長期記憶）中，下次你再用的時候，直接從長期記憶中調取就可以了。舉個例子，你打開Word進行文字編輯。相對應的文字會載入到內存中，如果你不進行保存操作而突然斷電，那麼你進行的所有更改將會直接消失，就不得不再次從頭開始。而如果你點擊了保存按鈕，機器會調用相對應的代碼將內存中的數據寫入到硬碟上，就是相當於將短期記憶轉化為了長期記憶。因為已經記住了，所以就算是斷電也沒有關係。

一般我們說的硬碟是指的機械硬碟，因為存在機械臂的移動與尋道過程，所以讀取寫入的速度比較慢。現在流行的固態硬碟擺脫了這個過程，所以在讀寫速度上也有了很大的提升，如果有時間，我們在今後會進行更細緻的講解。

其實我們上邊介紹的都是硬體構造，除了硬體（hardware），我們經常提到的還有一個叫做軟體（software）的東西，比如遊戲軟體，那麼硬體軟體有什麼區別呢？

硬體，就是我們看得見，摸的著的東西，比如CPU，它就存在於主板上的某個位置；而軟體，我們可以使用，但是沒有辦法實際接觸到，比如我們常說的Office，都在用，但是沒有辦法像接觸現實生活中的物品一樣去接觸到它。而最最基本的軟體則是我們的操作系統（Operate System）啦，大家比較熟悉的操作系統可能就是微軟（Microsoft）公司開發的Windows操作系統了吧。而實際上「操作系統」也是一個我們每天提及，但是卻不太熟悉的東西，下一個科普單元，我們就來介紹一下操作系統。