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怎么样 PCs Work

最 of us use a computer every single day, but few people know about the inner workings of this vital part of our lives.
Most of us 采用 a 电脑 每一个 单 天, 但 几个 人 知道 关于 的 内 运作方式 of 这个 重要 部分 of 我们的 生活。
©iStockphoto.com/ spxChrome

这个单词 电脑 指可以接受一些输入并产生一些输出的对象。实际上,人脑本身就是一台复杂的计算机,科学家们正在逐步了解它如何工作。不过,我们最常使用的计算机一词是描述包含以下内容的电子设备: 微处理器.

微处理器是一种小型电子设备,可以在眨眼之间执行复杂的计算。您可以在每天使用的许多设备中找到微处理器,例如汽车,冰箱和 电视. 的 最 recognized device with a 微处理器 is 的 personal 电脑, or PC. In fact, 的 concept of a 电脑 has 成为 nearly synonymous with 的 term PC.

当您听到PC时,您可能会想到一个带有视频屏幕,键盘和某种类型的定点设备(如鼠标或触摸板)的封闭设备。您可能还设想了不同形式的PC,例如台式计算机,塔式计算机和便携式计算机。 PC一词已与某些品牌相关联,例如Intel处理器或Microsoft操作系统。但是,在本文中,我们将PC定义为具有以下特征的更通用的计算设备:

  • designed for 采用 by 上e person at a time
  • runs an 操作 系统 to interface between 的 采用r 和 的 微处理器
  • has certain common internal components described in 这个 文章, 喜欢 a CPU 和 内存
  • 运行专为特定工作或娱乐活动设计的软件应用程序
  • 所有ows for adding 和 removing hardware or software as 需要ed

个人计算机的历史可以追溯到1970年代,当时一位名叫埃德·罗伯茨(Ed Roberts)的人开始销售基于英特尔设计的微处理器芯片的计算机套件。罗伯茨称他的计算机为Altair 8800,并以395美元的价格出售了未组装的套件。大众电子在1975年1月号中刊登了有关该套件的故事,令每个人都感到惊讶的是,该套件立即大受欢迎。因此,个人计算机时代开始了[来源: 塞鲁兹, 拉萨尔]。

Altair 8800是第一台真正的个人计算机,但几年后Apple II的发布标志着PC成为备受追捧的家用电器的开始。来自发明家史蒂夫·乔布斯和史蒂夫·沃兹尼亚克的Apple II证明了家庭和学校对计算机的需求。不久之后,IBM和德州仪器(Texas Instruments)等历史悠久的计算机公司进入了PC市场,而Commodore和Atari等新品牌也进入了游戏市场。

在本文中,我们将深入研究PC的内部,以了解其部件及其功能。我们还将检查用于启动和运行PC的基本软件。然后,我们将介绍移动PC,并研究PC技术的未来。

内容
  1. 核心PC组件
  2. 港口, Peripherals 和 Expansion Slots
  3. 开启电脑电源
  4. PC操作系统
  5. 个人电脑的未来
  6. 便携式个人计算

To see how a PC works, let's start with 的 pieces 那 come together to make up 的 machine. 的 following are 的 components common to PCs in 的 order 的y're typically assembled:

案件 -如果您使用的是笔记本电脑,则笔记本计算机的外壳包括键盘和屏幕。对于台式机,该盒子通常是某种类型的盒子,带有灯,通风孔和用于连接电缆的位置。案例的大小可以从小型桌面到高塔而变化。更大的情况并不总是意味着功能更强大的计算机。内在才是最重要的。 PC制造商会根据内部的主板类型来设计或选择机箱。

母板 -- 的 primary circuit board inside 您的 PC is its 母板。内部和外部的所有组件都以某种方式通过主板连接。此页面上列出的其他组件是可移动的,因此无需更换主板即可更换。但是,几个重要的组件直接连接到主板上。其中包括互补金属氧化物半导体(CMOS),当计算机断电时,该金属氧化物半导体存储一些信息,例如系统时钟。主板具有不同的尺寸和标准,在撰写本文时,最常见的是ATX和MicroATX。从那里开始,主板因设计为在内部处理的可移动组件的类型以及可用于连接外部设备的端口而异。

电源供应 -除了由主板上的可更换CMOS电池供电的CMOS外,PC中的每个组件都依赖于其电源。电源连接到某种类型的电源,对于移动计算机来说是电池,对于台式计算机来说就是电源插座。在台式机中,您可以看到电源安装在机壳内部,外部有电源线连接,内部有少量连接的电缆。其中一些电缆直接连接到主板,而另一些电缆连接到其他组件,例如驱动器和风扇。

中央处理器(CPU) -- 的 CPU, often just called 的 processor, is 的 component 那 contains 的 微处理器。微处理器是PC所有操作的核心,硬件和软件的性能都取决于处理器的性能。英特尔和AMD是最大的个人计算机CPU制造商,尽管您也会在市场上找到其他厂商。两种常见的CPU体系结构是32位和64位,您会发现某些软件依赖于这种体系结构的区别。

随机存取存储器(RAM) -- Even 的 fastest processor 需要s a buffer to store information while it's being processed. 的 内存 对于CPU而言,就像对工作台而言对于厨师一样:它是您正在使用的食材和工具等待您拿起并使用它们的地方。快速的PC既需要快速的CPU,又需要足够的RAM。每台PC可以处理的RAM数量最大,主板上的插槽指示PC所需的RAM类型。

驱动器 -驱动器是一种旨在在不使用数据时存储数据的设备。硬盘驱动器或固态驱动器存储PC的操作系统和软件,我们将在后面详细介绍。此类别还包括光驱,例如用于读写CD,DVD和Blu-ray介质的光驱。驱动器根据其使用的驱动器控制器技术的类型连接到主板,包括较旧的IDE标准和较新的SATA标准。

Cooling 设备 -您的计算机处理的越多,产生的热量就越多。 CPU和其他组件可以处理一定量的热量。但是,如果未正确冷却PC,则PC可能会过热,从而导致其组件和电路损坏的代价很高。风扇是用于冷却PC的最常见设备。此外,CPU被称为散热器的金属块覆盖,该金属块将热量从CPU散发出去。一些严肃的计算机用户(例如游戏玩家)有时会拥有更昂贵的热量管理解决方案,例如水冷系统,旨在满足更严格的散热需求。

电缆--到目前为止,我们提到的所有组件都通过电缆的某种组合进行连接。这些电缆用于承载数据,电源或两者。 PC的构造应使电缆在机箱内折叠整齐,并且不会阻塞整个机箱内的气流。

PC通常不只是这些核心组件。接下来,我们将研究与计算机交互的端口和外围设备,以及如何使用扩展插槽添加更多组件。

理想情况下, your computer will have enough ports that you won't have to jumble all your accessories together. If you find yourself in a jam like this, consider whether or not you need all those peripherals.
理想情况下,您的计算机将具有足够的端口,您无需将所有附件混在一起。如果您发现自己陷入了这种困境,请考虑是否需要所有这些外围设备。
©iStockphoto.com/安德烈斯·巴尔卡扎

到目前为止,我们看过的核心组件构成了PC的中心 处理能力. A PC 需要s additional components, though, for interacting with human 采用rs 和 other 电脑s. 的 following are 的 PC 部分s 那 make 这个 happen:

图形组件 -虽然一些 主板 具有板载图形,其他图形包含所谓的扩展槽,您可以在其中滑动单独的视频卡。在这两种情况下,PC中的视频组件都会处理一些复杂的图形数据,这些数据会流向屏幕,从而减轻了CPU的负担。主板接受基于特定接口的视频卡,例如较旧的AGP标准或较新的PCI标准之一。

港口 -- 这个单词 port is often 采用d to describe a place 上 的 outside of 您的 PC where 您 can plug in a cable. Describe a port by its 采用, such as a USB端口 或以太网端口。 (请注意,当两个硬件尝试通信时,端口一词也用于描述软件连接。)许多端口直接固定在主板上。在PC上可以找到的一些端口包括:

外围设备- 任何未安装在PC机壳内的硬件都称为外围设备。这包括您的基本输入和输出设备:监视器,键盘和鼠标。它还包括打印机,扬声器,耳机,麦克风,网络摄像头和USB闪存驱动器。您可以插入PC端口的任何东西都是PC的外围设备之一。笔记本电脑不是必需的外围设备(例如显示器),而是内置了这些外围设备的。

扩展插槽 -有时候,您可能想在PC上的主板上没有指定插槽的位置添加组件。这就是主板将包括一系列扩展插槽的原因。设计为适合于扩展槽的可移动组件称为卡,可能是由于其扁平的,类似于卡的结构。使用扩展插槽,您可以添加额外的视频卡,网络卡,打印机端口,电视接收器和许多其他自定义添加项。该卡必须与扩展插槽类型匹配,无论是传统的ISA / EISA类型还是更常见的类型 PCI接口,PCI-X或PCI Express类型。

Now 那 we've looked at 的 部分s of a PC, let's press 的 power 但ton 和 see what makes it boot.

首次启动PC时,机器会经历几个内部过程,然后才可以使用。这称为引导过程或引导PC。 Boot是Bootstrap(引导程序)的缩写,是对古老格言的引用,"用靴子拉起自己,"这意味着从一开始就应该有所作为。引导过程由PC的基本输入输出系统(的BIOS)。

的BIOS 是存储在闪存芯片上的软件。在PC中,BIOS嵌入在主板上。有时,PC制造商会发布BIOS的更新,您可以仔细按照说明进行操作。"flash 的 的BIOS"与更新的软件。

除了控制引导过程之外,BIOS还为PC的硬件组件提供了基本的配置界面。在该界面中,您可以配置诸如引导期间读取驱动器的顺序以及应该允许处理器运行多快的顺序。查看PC的文档,以了解如何进入其BIOS界面。初次引导计算机时,通常也会显示此信息,并显示以下消息:"按DEL进入设置菜单。"

的 following is a summary of 的 boot process in a PC:

  1. 电源按钮可激活PC中的电源,为主板和其他组件供电。
  2. PC执行开机自检(POST)。 POST是BIOS中的一个小型计算机程序,用于检查硬件故障。开机自检后发出一声哔哔声,表示一切正常。其他提示音序列表示发生硬件故障,PC维修专家将这些序列与图表进行比较,以确定哪个组件发生了故障。
  3. PC在随附的监视器上显示信息,其中显示有关启动过程的详细信息。其中包括BIOS制造商和修订版,处理器规格,安装的RAM数量以及检测到的驱动器。许多PC已用显示制造商徽标的启动屏幕代替了显示此信息的功能。如果您希望看到文本,可以在BIOS设置中关闭启动屏幕。
  4. 的BIOS尝试访问驱动器的第一个扇区,该扇区被指定为引导磁盘。如果从第一个可用的存储地址开始依次读取驱动器,则第一个扇区是磁盘的第一个千字节。引导磁盘通常是与操作系统相同的硬盘或固态驱动器。您可以通过配置BIOS或通过按键顺序中断引导过程来更改引导磁盘(通常在引导屏幕上显示)。
  5. 的BIOS确认在引导磁盘的第一个扇区中有一个引导加载程序或引导加载程序,并将该引导加载程序加载到内存(RAM)中。引导加载程序是一个小程序,旨在查找和启动PC的操作系统。
  6. 一旦引导加载程序进入内存,BIOS将其工作移交给引导加载程序,引导加载程序又开始将操作系统加载到内存中。
  7. 引导加载程序完成其任务后,会将PC的控制权移交给操作系统。然后,操作系统就可以进行用户交互了。

Now 那 we're 所有 powered up, what's next? A great deal of how PCs work depends 上 的 操作 系统 您 采用. In 的 next section, let's examine how 操作 系统s 在PC上工作。

微软 Windows continues to be the most popular operating system in the world.
Microsoft 视窗 继续s to be 的 最 流行 操作 系统 in 的 世界。
©iStockphoto.com/ Tuomas Kujansuu

After a PC boots, 您 can control it through an 操作 系统, or OS for short. As of 这个 writing, 最 non-Apple PCs run a version of 微软 视窗 or a 的Linux 分配。这些操作系统设计为可在各种PC硬件上运行,而 Mac OS X 主要用于Apple硬件。

操作系统负责多项任务。这些任务分为以下几大类:

From 的re, make a 不e to see 我们的 文章 怎么样 Operating Systems Work for 更多 details 关于 how an OS functions 上 a PC. Also, check with 怎么样StuffWorks when 您 want to 知道 how specific applications 和 设备 work 上 您的 PC.

Now let's look at 的 future of PCs overall 和 的 way 那 PC manufacturers 有 conquered 的 portability challenges of mobile 计算.

Since 的 first PC hit 的 market, newer 和 better models 有 made older models obsolete within months of production. Drive technologies 喜欢 SATA replaced 集成开发环境, 和 PCI接口 expansion slots replaced ISA 和 EISA. 的 最 突出 gauge for technological progress in a PC, though, is its CPU 和 的 微处理器 within 那 CPU.

Silicon 微处理器s 有 been 的 heart of 的 计算 world since 的 1950s. During 那 time, 微处理器 manufacturers 有 crammed 更多 晶体管 以及对微处理器的增强。 1965年,英特尔创始人戈登·摩尔(Gordon Moore)预测,微处理器的复杂度将每两年增加一倍。从那以后,这种复杂性每18个月增加一倍,行业专家将其称为预测 摩尔定律. Many experts 有 predicted 那 摩尔定律 将 reach an 恩d soon because of 的 physical limitations of silicon 微处理器s [source: PBS]。

但是,在撰写本文时,处理器的晶体管容量继续增加。这是因为芯片制造商一直在寻找将晶体管蚀刻到硅片上的新方法。现在,这些微型晶体管的测量单位为纳米,即十亿分之一米。原子本身约为0.5 nm,而微处理器的最新生产工艺可以生产45 nm或32 nm的晶体管。该数字越小,则将在芯片上安装更多的晶体管,因此,该芯片能够提供的处理能力就越大。截至2011年5月,英特尔正在开发一种代号为Ivy Bridge的22纳米制造工艺,该工艺使用具有Tri-Gate节能设计的晶体管[来源: 英国广播公司, 英特尔]。

那么,当我们到达摩尔定律的末端时会发生什么呢?一种新的数据处理方式可以确保进度继续进行。潜在的继任者被证明是执行处理器基本计算功能的更强大的手段。硅微处理器依靠传统的二态晶体管已有50多年的历史,但是诸如量子计算机之类的发明正在改变游戏规则。

Quantum 电脑s 不限于1或0的两个状态。它们将信息编码为量子位或qubit。量子位可以是1或0,也可以同时存在1和0或介于两者之间的叠加形式存在。量子位表示原子,它们共同充当计算机内存和微处理器。因为量子计算机可以同时包含这些多个状态,所以它的功能可能是当今最强大的超级计算机的数百万倍。量子计算技术仍处于早期阶段,但是科学家已经用真实,可测量的结果证明了这一概念。一定要签出 怎么样 Quantum 电脑s Work for 更多 上 这个 amazing breakthrough.

时间将证明量子计算机的功能是否能与普通PC相提并论。同时,借助移动PC,您仍然可以携带很多处理能力,我们将在后面介绍。

移动 computing devices will continue to become more and more prominent in the PC market.
Mobile 计算 设备 将 继续 to 成为 更多 和 更多 突出 in 的 PC 市场。
©iStockphoto.com/ Oleksiy马克

甚至在PC之前,计算机制造商就在构思便携式计算机。正是12磅重的IBM PC Convertible在1986年将笔记本电脑概念投入生产。 laptop 电脑s 有 成为 smaller 和 lighter, 和 的ir 处理能力 has improved alongside desktop PCs [source: IBM公司]。

如今,计算机行业认可其他类别的移动计算机。一类笔记本电脑几乎已经成为笔记本电脑的代名词。该术语最初用于表示笔记本电脑的较小,较轻的表亲。另一堂课 上网本,甚至比笔记本电脑还要小,但价格却更便宜,功能也更弱。该分类可能是以其目标受众命名的:那些想要一个非常基本的界面来使用Internet的人群。

移动计算比笔记本和上网本走得更远。许多智能手机和平板电脑具有与笔记本一样大的处理能力,被包装在较小的包装中。主要区别包括除键盘以外或替代键盘,屏幕尺寸和分辨率更小,外部端口更少,手机功能和触摸屏技术更少。

在软件方面,PC操作系统也在改善可移植性。例如,Google Chrome操作系统依靠对Web应用程序和云存储的访问来最大程度地减少对硬盘空间的需求。这意味着仅限于64 GB固态驱动器的上网本有可能与具有500 GB磁盘驱动器的笔记本电脑一样有用。自然,不支持Web的大型应用程序就是这种节省空间的优势的例外。

在本文中,我们研究了PC的工作方式以及PC技术的发展方向。可以肯定的是,PC将会发展。它将变得更快。它将具有更多的容量。而且它将继续成为我们生活中不可或缺的一部分。

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更多精彩链接

资料来源

  • 英国广播公司 News. "Intel unveils 22nm 3D Ivy Bridge processor." 英国广播公司. May 4, 2011. (Nov. 1, 2011) http://www.bbc.co.uk/news/technology-13283882
  • 塞鲁奇(Paul C."《现代计算史》,第二版。"麻省理工学院。 2003。
  • Lenovo. "Company History." (Nov. 1, 2011) http://www.lenovo.com/lenovo/us/en/history.html
  • 英特尔. "From Sand to Silicon: 的 Making of a Chip: 32nm Process 科技类nology." 英特尔 Corporation. (Nov. 1, 2011) http://www.intel.com/pressroom/kits/chipmaking/index.htm
  • 拉萨尔, Matthew. "Who invented 的 personal 电脑? (hint: 不 IBM公司)." Ars 科技类nica. Condé Nast Digital. June 2011. (Oct. 31, 2011) http://arstechnica.com/tech-policy/news/2011/06/did-ibm-invent-the-personal-computer-answer-no.ars
  • PBS.org. "The First Silicon Transistor." ScienCentral, Inc. 和 的 American Institute of Physics. 1999. (Nov. 1, 2011) http://www.pbs.org/transistor/science/events/silicont1.html