第5章

預(yù)備知識(shí)

5.1 CPU、內(nèi)存、硬盤(pán)、顯卡、主板、顯示器之間的關(guān)系

它們之間的關(guān)系可以通過(guò)一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明。比如說(shuō)打開(kāi)一部電影，以下說(shuō)明這部電影是怎么運(yùn)行起來(lái)的。

5.1.1 電影是如何運(yùn)行的

首先要雙擊這部電影，這個(gè)“雙擊”是操作系統(tǒng)提供的一個(gè)操作。電影本身是放在硬盤(pán)上的，當(dāng)我們通過(guò)鼠標(biāo)對(duì)它進(jìn)行雙擊之后，操作系統(tǒng)就會(huì)將硬盤(pán)上的這部電影拷貝到內(nèi)存中。為什么要將它拷貝到內(nèi)存中呢？因?yàn)镃PU不能直接處理硬盤(pán)上的數(shù)據(jù)。所以要先將硬盤(pán)上的數(shù)據(jù)拷貝到內(nèi)存中，然后再通過(guò)CPU處理內(nèi)存里面的這部電影。處理的結(jié)果就是將一些數(shù)據(jù)變成圖像、另一些數(shù)據(jù)變成聲音。圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給顯卡，通過(guò)顯示器顯示出來(lái)；聲音數(shù)據(jù)發(fā)送給聲卡，聲卡將它變成聲音放出來(lái)。這基本上就是一部電影的運(yùn)行過(guò)程。

5.1.2 CPU為什么不能直接操作硬盤(pán)卻能直接操作內(nèi)存

原因很簡(jiǎn)單，因?yàn)閮?nèi)存的速度比硬盤(pán)快很多。CPU的運(yùn)行速度很快，硬盤(pán)的速度無(wú)法跟上CPU的速度，所以它們兩個(gè)在運(yùn)行的時(shí)候無(wú)法同步，因此CPU無(wú)法直接對(duì)硬盤(pán)進(jìn)行操作。

狹義上的內(nèi)存指的就是我們所說(shuō)的內(nèi)存條，但實(shí)際上CPU也不是直接操作內(nèi)存的，因?yàn)閮?nèi)存的速度雖然比硬盤(pán)快很多，但仍然沒(méi)有CPU快。所以在內(nèi)存和CPU之間還有“緩存”，比如一級(jí)緩存、二級(jí)緩存。緩存的速度比內(nèi)存更快，更加接近CPU的速度，所以CPU讀取數(shù)據(jù)時(shí)操作的都是緩存。但廣義上說(shuō)，緩存也屬于內(nèi)存，所以我們就說(shuō)CPU可以直接操作內(nèi)存。

5.1.3 內(nèi)存的速度為什么比硬盤(pán)的速度快

內(nèi)存的速度之所以比硬盤(pán)的速度快（不是快一點(diǎn)，而是快很多），是因?yàn)樗鼈兊拇鎯?chǔ)原理和讀取方式不一樣。硬盤(pán)是機(jī)械結(jié)構(gòu)，通過(guò)磁頭的轉(zhuǎn)動(dòng)讀取數(shù)據(jù)。一般情況下臺(tái)式機(jī)的硬盤(pán)為每分鐘7200轉(zhuǎn)，而筆記本的硬盤(pán)為每分鐘5400轉(zhuǎn)。而內(nèi)存是沒(méi)有機(jī)械結(jié)構(gòu)的，內(nèi)存是通過(guò)電存取數(shù)據(jù)的。電的速度當(dāng)然要比磁頭的運(yùn)動(dòng)快得多。所以，有機(jī)械結(jié)構(gòu)的磁頭的讀取速度是不能同無(wú)機(jī)械結(jié)構(gòu)的電的速度相比的。

那么內(nèi)存的本質(zhì)是什么呢？我們應(yīng)該都聽(tīng)說(shuō)過(guò)RAM存儲(chǔ)器，它是一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件。RAM是英文單詞Random的縮寫(xiě)，即“隨機(jī)”的意思。所以RAM存儲(chǔ)器也稱為“隨機(jī)存儲(chǔ)器”。那么RAM存儲(chǔ)器和內(nèi)存有什么關(guān)系呢？?jī)?nèi)存就是許多RAM存儲(chǔ)器的集合，就是將許多RAM存儲(chǔ)器集成在一起的電路板。RAM存儲(chǔ)器的優(yōu)點(diǎn)是存取速度快、讀寫(xiě)方便，所以內(nèi)存的速度當(dāng)然也就快了。

內(nèi)存通過(guò)電存取數(shù)據(jù)，本質(zhì)上就是因?yàn)镽AM存儲(chǔ)器是通過(guò)電存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的。但也正因?yàn)樗鼈兪峭ㄟ^(guò)電存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，所以一旦斷電數(shù)據(jù)就都丟失了。因此內(nèi)存只是供數(shù)據(jù)暫時(shí)逗留的空間，而硬盤(pán)是永久的，斷電后數(shù)據(jù)也不會(huì)消失。

5.1.4 為什么不將內(nèi)存造得跟硬盤(pán)一樣大

計(jì)算機(jī)的內(nèi)存一般是4GB，而硬盤(pán)的容量卻是幾百GB，甚至2TB。為什么內(nèi)存的容量那么小？既然內(nèi)存速度那么快為什么不造得大點(diǎn)？為什么不造得與硬盤(pán)一樣大？原因主要有三個(gè)：第一，內(nèi)存的速度之所以比硬盤(pán)快，是因?yàn)樗鼈兊臉?gòu)造不一樣。對(duì)于同樣的容量，內(nèi)存的價(jià)格太貴。第二，內(nèi)存只是暫時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，斷電后數(shù)據(jù)就丟失了，而且它的速度很快，所以不需要那么大的容量。第三個(gè)原因與地址總線的數(shù)量有關(guān)，這個(gè)后面介紹指針的時(shí)候再講。

5.1.5 CPU是如何操作內(nèi)存的

那么CPU是如何操作內(nèi)存的？一般是先將內(nèi)存里面的數(shù)據(jù)讀入CPU中，然后CPU對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理完了再將結(jié)果寫(xiě)回內(nèi)存，最后內(nèi)存再將數(shù)據(jù)寫(xiě)入硬盤(pán)。

CPU對(duì)內(nèi)存進(jìn)行操作通過(guò)三根總線：控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線。控制總線是傳輸控制信號(hào)的，比如時(shí)鐘、復(fù)位、中斷、讀、寫(xiě)等。CPU是從內(nèi)存中讀數(shù)據(jù)還是向內(nèi)存中寫(xiě)數(shù)據(jù)就是通過(guò)控制總線控制的。內(nèi)存中有很多存儲(chǔ)單元，數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在這些單元中，每個(gè)單元都有一個(gè)地址。所以要想得到這些單元中的數(shù)據(jù)就必須先知道每個(gè)單元的地址。地址總線就是傳輸?shù)刂沸畔⒌模粩?shù)據(jù)總線顧名思義就是傳輸單元中的數(shù)據(jù)的。

5.1.6 主板的作用

主板在計(jì)算機(jī)中起著重要作用。它作為計(jì)算機(jī)的核心配件之一，是計(jì)算機(jī)最重要的平臺(tái)。那這個(gè)平臺(tái)是干什么用的呢？臺(tái)式機(jī)上所有的設(shè)備都是連在主機(jī)上的，而主機(jī)上有很多接口，這些接口全部都是連在主板上的。鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、耳機(jī)、顯示屏等外部設(shè)備都是通過(guò)這些接口連到主板上的。在主機(jī)內(nèi)部，電源、風(fēng)扇、硬盤(pán)、光驅(qū)也都是連在主板上的。而CPU、內(nèi)存條、顯卡、聲卡、網(wǎng)卡這些硬件則全部都是直接插在主板上的。

所以計(jì)算機(jī)中所有的硬件要么是連在主板上的，要么是直接插在主板上的，但不管怎么樣都是與主板相連的。而且主板上有很多線路，所有硬件之間的信號(hào)傳輸也都是通過(guò)主板進(jìn)行的，所有硬件通過(guò)主板被有效組織起來(lái)。

此外，主板還能接收電源提供的電能并加以分配，從而給各硬件供電。而且還能接收電源開(kāi)關(guān)和操作系統(tǒng)發(fā)來(lái)的開(kāi)機(jī)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)、待機(jī)、重啟和休眠等操作。