打开一台台式电脑的机箱侧板,可以看到主板、CPU、内存条、硬盘、电源和散热器。在轻薄本或手机里,这些部件往往直接焊在同一块电路板上,没法随便拆换,但它们各自承担的功能是一样的。
图:F ASTILY,Wikimedia Commons,CC BY-SA 4.0,标注为寻币添加
机箱里面积最大的那块电路板就是主板(Motherboard)。CPU、内存、显卡、硬盘和网卡都插在主板上或通过线缆连到主板,靠主板上的电路互相传输数据和供电。
CPU(中央处理器)
CPU(Central Processing Unit) 是计算机负责运算和控制的核心部件。软件里的每一行代码,最终都要变成一条条机器指令交给 CPU 执行。
图:Fritzchens Fritz,Wikimedia Commons,CC0
CPU 工作时不断循环执行三个步骤:取指(Fetch)→ 解码(Decode)→ 执行(Execute),即从内存中读取下一条指令、解析指令含义、完成运算。
查看 CPU 规格时最常见的两个参数是:
- 核心数(Cores):一块多核 CPU 内部包含多个独立的计算核心,可以同时处理多个任务。
- 主频(Clock Speed,单位 GHz):CPU 内部时钟每秒脉冲的次数。同代架构下主频越高运算越快,但跨代或不同架构之间不能只靠主频对比性能。
内存(RAM)
RAM(随机存取内存) 通常简称为内存,用于存放当前正在运行的程序和数据。双击打开浏览器或编辑器时,系统会先把程序文件从硬盘加载到内存中,再由 CPU 直接与内存高速读写。
图:PantheraLeo1359531,Wikimedia Commons,CC BY 4.0
内存有两个基本特性:
- 断电清空(易失性,Volatile):内存依靠电力维持数据。一旦关机或断电,内存中尚未保存到硬盘的数据会全部丢失。
- 影响可同时运行的程序数量:如果同时打开的程序过多、占满了可用内存,操作系统只能将一部分暂不活跃的数据挪到硬盘上的交换空间(Swap)。由于硬盘读写速度远低于内存,此时系统响应会明显变慢。
注意
CPU 内部还集成有容量很小但速度更快的 CPU 缓存(L1/L2/L3 Cache)。按读写速度从快到慢排列依次为:CPU 缓存 > 内存(RAM) > 固态硬盘(SSD) > 机械硬盘(HDD)。
硬盘(SSD 与 HDD)
由于内存断电后数据会丢失,操作系统、应用程序和个人文件都需要存放在硬盘(Storage)中长期保留。常见的硬盘分为两类:
- 机械硬盘(HDD):依靠内部高速旋转的磁性盘片和读写磁头存取数据,单位容量价格低,但读写速度较慢,且运行中怕震动。
- 固态硬盘(SSD):使用闪存芯片存储数据,没有机械运动部件,读写速度远快于机械硬盘,目前普遍用作系统盘与主力存储。
图:左 Mk2010,Wikimedia Commons,CC BY 4.0;右 PantheraLeo1359531,Wikimedia Commons,CC BY 4.0
购买电脑或手机时常见的 16 GB + 512 GB 标示对应这两种不同的硬件:
- 16 GB 指运行内存(RAM),决定系统能同时流畅运行多少程序;
- 512 GB 指硬盘存储容量(SSD),决定一共能存放多少文件。
从硬盘中删除文件只会释放存储空间(512 GB),不会增加物理内存(16 GB)的容量。