电脑工作原理

要了解PC是如何工作的，让我们从组成这台机器的各个部件开始。以下是个人电脑常见的组件，按组装顺序排列:

情况下如果你用的是笔记本电脑，电脑盒包括键盘和屏幕。对于台式电脑来说，机箱通常是带有灯、通风口和连接线的某种类型的盒子。箱子的大小可以从小型的桌面单元到高大的塔楼。一个更大的机箱并不总是意味着更强大的计算机;内在才是最重要的。PC制造商设计或选择的情况下，根据类型的主板，应该适合内部。

主板电脑内部的主电路板是它的主板．所有的组件，无论内部还是外部，都以某种方式通过主板连接。本页上列出的其他组件是可拆卸的，因此，无需更换主板即可更换。不过，有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)，它可以在计算机断电时存储一些信息，比如系统时钟。主板有不同的尺寸和标准，最常见的是ATX和MicroATX。在此基础上，主板根据其内部处理的可移动组件类型以及可用于连接外部设备的端口而有所不同。

电力供应除了它的CMOS(由主板上可更换的CMOS电池供电)，你电脑中的每个组件都依赖于它的电源。电源连接到某种类型的电源，无论是移动电脑的电池，还是台式电脑的电源插座。在台式电脑中，你可以看到电源安装在机箱内部，外部有电源线连接，内部有少量电缆连接。其中一些电缆直接连接到主板，而另一些则连接到驱动器和风扇等其他组件。

中央处理器(CPU)CPU，通常简称为处理器，是包含处理器的组件微处理器．微处理器是所有PC操作的核心，硬件和软件的性能都依赖于处理器的性能。英特尔和AMD是最大的个人电脑CPU制造商，不过你也可以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)即使是最快的处理器在处理信息时也需要一个缓冲区来存储信息。的内存CPU之于CPU，就像厨房的台面:它是一个地方，你正在使用的食材和工具在这里等待，直到你需要拿起并使用它们。快速的CPU和充足的内存都是快速PC所必需的。每台PC都有它可以处理的最大RAM数量，主板上的插槽指示PC所需的RAM类型。

驱动器驱动器是在不使用时用来存储数据的设备。硬盘驱动器或固态驱动器存储PC的操作系统和软件，稍后我们将更详细地介绍。这一类别还包括用于读写CD、DVD和蓝光媒体的光驱。驱动器根据其使用的驱动器控制器技术类型连接到主板，包括较旧的IDE标准和较新的SATA标准。

冷却设备你的电脑处理的越多，产生的热量就越多。CPU和其他部件可以处理一定的热量。然而，如果个人电脑没有适当冷却，就会过热，对其组件和电路造成昂贵的损坏。风扇是用来冷却电脑的最常见的设备。此外，CPU被一个称为散热器的金属块覆盖，它可以从CPU中吸收热量。一些严肃的电脑用户，如游戏玩家，有时会有更昂贵的热管理解决方案，如水冷系统，旨在处理更强烈的冷却需求。

电缆,-到目前为止，我们提到的所有组件都是通过某种电缆组合连接的。这些电缆被设计用来传输数据、电力或两者兼备。pc机的构造应使电缆在机箱内折叠整齐，不会阻碍空气流过。

一台PC通常远不止这些核心部件。接下来，我们将研究让您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，你的电脑应该有足够多的端口，这样你就不必把所有的配件混在一起了。如果您发现自己陷入了这样的困境，请考虑是否需要所有这些外围设备。

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到目前为止，我们所看到的核心组件构成了个人电脑的中心处理能力．不过，PC需要额外的组件来与人类用户和其他计算机进行交互。以下是实现这一目标的PC部件:

图形组件——有些人主板有板载显卡，其他包括一个扩展插槽，在那里你可以插入一个单独的显卡。在这两种情况下，PC中的视频组件都会将一些复杂的图形数据处理到屏幕上，从而减轻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。

港口端口这个词通常用来描述电脑外部的一个地方，你可以在那里插入电缆。描述端口的用途，如端口USB端口或以太网端口。(请注意，当两个硬件试图通信时，端口这个词也用于描述软件连接。)许多端口直接固定在主板上。你可以在PC上找到以下一些端口:

外围设备,任何不在电脑外壳内的硬件都被称为外围设备。这包括基本的输入和输出设备:显示器、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u盘。任何你可以插入PC端口的东西都是PC的外围设备之一。基本的外围设备(比如显示器)在笔记本电脑上不是必需的，而是内置的。

扩展槽-有时，你会想要在PC上添加组件，而这些组件在主板上没有指定的插槽。这就是为什么主板将包括一系列的扩展插槽。设计用来装进扩展槽的可移动部件被称为卡，这可能是因为它们扁平的、类似卡片的结构。使用扩展插槽，您可以添加额外的视频卡，网卡，打印机端口，电视接收器和许多其他自定义插件。卡必须匹配扩展插槽类型，无论是传统的ISA/EISA类型还是更常见的类型一种总线标准、PCI- x或PCI Express类型。

现在我们已经了解了PC的各个部分，让我们按下电源按钮，看看是什么使它启动。

当你第一次启动一台电脑时，这台电脑在准备好供你使用之前要经过几个内部流程。这被称为引导过程，或引导PC。Boot是bootstrap的缩写，参考了古老的谚语“Pull yourself up by the bootstrap”，意思是从头开始做某事。开机过程由电脑的基本输入输出系统(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。偶尔，PC制造商会发布BIOS更新，您可以仔细按照说明使用更新的软件“刷新BIOS”。

除了控制启动过程外，BIOS还为PC的硬件组件提供了一个基本配置接口。在该接口中，您可以配置引导期间读取驱动器的顺序以及处理器应该允许的运行速度。检查你的电脑的文档，找出如何进入BIOS界面。当您第一次启动计算机时，通常也会显示此信息，并显示诸如“按DEL进入设置菜单”之类的消息。

以下是在PC上启动过程的总结:

现在我们都有能量了，接下来呢?个人电脑的工作方式很大程度上取决于你使用的操作系统。在下一节中，让我们研究如何做到这一点操作系统在电脑上工作。

微软Windows仍然是世界上最受欢迎的操作系统。

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在电脑启动后，你可以通过一个操作系统，简称OS。在撰写本文时，大多数非苹果电脑运行的是微软Windows或Windows操作系统Linux分布。这些操作系统被设计为在各种PC硬件上运行，而Mac OS X主要是为苹果硬件设计的。

一个操作系统负责几个任务。这些任务可分为以下几大类:

从那里，请注意查看我们的文章操作系统的工作原理有关操作系统如何在PC上运行的详细信息。此外，当你想知道特定的应用程序和设备在你的电脑上是如何工作的时，请查看HowStuffWorks。

现在让我们来看看个人电脑的整体未来，以及个人电脑制造商是如何克服移动计算带来的便携性挑战的。

自从第一台个人电脑上市以来，更新更好的机型在生产几个月内就淘汰了旧机型。SATA等驱动技术被取代IDE,一种总线标准扩展插槽取代了ISA和EISA。不过，衡量个人电脑技术进步的最重要指标是它的CPU和CPU内的微处理器。

自20世纪50年代以来，硅微处理器一直是计算世界的核心。在此期间，微处理器制造商已经塞满了更多的产品晶体管以及微处理器的增强。1965年，英特尔创始人戈登·摩尔预测，微处理器的复杂性每两年就会翻一番。自那以后，这种复杂性每18个月就会翻一番，业内专家将这一预测称为“预测”摩尔定律．许多专家已经做出了预测摩尔定律由于硅微处理器的物理限制，这种情况将很快结束[来源:美国公共电视台］．

尽管如此，在撰写本文时，处理器的晶体管容量仍在不断提高。这是因为芯片制造商一直在寻找将晶体管蚀刻到硅上的新方法。这种微型晶体管现在的测量单位是纳米，也就是十亿分之一米。原子本身大约0.5纳米，而目前最先进的微处理器生产工艺可以生产出45纳米或32纳米的晶体管。这个数字越小，芯片上可以容纳的晶体管就越多，芯片的处理能力也就越强。截至2011年5月，英特尔正在研究代号为常春藤桥的22纳米制造工艺，该工艺使用了一种名为“三门”的节能设计晶体管[来源:英国广播公司，英特尔］．

那么当我们达到摩尔定律的终点时会发生什么呢?一种处理数据的新方法可以确保这一进展继续下去。潜在的继任者是那些被证明是执行处理器基本计算功能的更强大的手段。50多年来，硅微处理器一直依赖传统的双态晶体管，但量子计算机等发明正在改变游戏规则。

量子计算机不局限于1或0这两个状态。它们将信息编码为量子比特或量子位。量子位可以是1或0，也可以是同时为1和0或介于两者之间的叠加态。量子位代表原子一起工作，同时充当计算机存储器和微处理器。由于量子计算机可以同时包含这些多个状态，因此它有可能比当今最强大的超级计算机强大数百万倍。量子计算技术仍处于早期阶段，但科学家们已经用真实、可测量的结果证明了这一概念。一定要去看看量子计算机如何工作了解更多关于这一惊人突破的信息。

时间会告诉我们量子计算机的能力是否能应用到普通个人电脑上。与此同时，多亏了移动pc，你仍然可以随身携带大量的处理能力，这是我们接下来要讨论的。

移动计算设备将继续在PC市场上变得越来越突出。

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甚至在个人电脑出现之前，电脑制造商就已经在构思便携式电脑了。1986年，12磅重的IBM PC Convertible将笔记本电脑概念引入生产。从那时起,笔记本电脑它们变得更小更轻，处理能力也和台式电脑一样得到了提升[来源:IBM］．

今天，计算机行业也认可了其他类型的移动计算机。其中一个班级，笔记本电脑，几乎已经成为笔记本电脑的代名词。这个词最初用来指一种更小、更轻的笔记本电脑。另一个类，上网本笔记本电脑甚至比笔记本电脑还小，但价格更便宜，功能也没那么强大。这种分类可能是根据它的目标用户来命名的:那些想要使用非常基本的Internet接口的用户。

移动计算甚至比笔记本和上网本走得更远。许多智能手机和平板电脑的处理能力与笔记本电脑相当，只是包装更小。关键的区别包括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，以及键盘。

在软件方面，PC操作系统也提高了可移植性。例如，谷歌Chrome OS通过访问Web应用程序和云存储，最大限度地减少了对硬盘空间的需求。这意味着一台被限制在64gb固态硬盘的上网本有可能和一台拥有500gb磁盘驱动器的笔记本电脑一样有用。当然，不支持web的大型应用程序是这种节省空间优势的例外。

在本文中，我们了解了PC的工作原理以及PC技术的发展方向。有一件事是肯定的:个人电脑将会进化。它会变得更快。它将有更大的容量。它将继续成为我们生活中不可分割的一部分。

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最初发表于2001年6月5日