一、电脑硬件的五大单元
主要可分为三大部分，分别是：输入单元、主机部分、输出单元。
- 输入单元：包括键盘、鼠标、读卡器、手写板、触屏屏幕；
- 主机部分：即系统单元，包含主板、CPU和内存条等；
- 输出单元：显示屏、打印机等。
那么为什么有五大单元呢？因为主机部分中包含此三大单元：架构单元、控制单元和算术逻辑单元。所以五大单元分别是：输入单元、输出单元、控制单元、算术逻辑单元单元、存储单元。
| 输入单元 | 负责将外部信息（如键盘输入、鼠标运行、扫描文件等）转换为计算机能识别的数字信号。相当于人的“感官”，负责接收外界信息。 |
| 输出单元 | 将计算机处理后的结果以人类可理解的形式呈现，如显示器显示图像、打印机输出文档、音响播放声音等。相当于人的“表达器官”，负责传递结果。 |
| 控制单元 | 计算机的“指挥中心”，负责协调其他单元的工作。它读取指令、解析并控制数据流向，确保算术逻辑单元和存储单元按程序运行。类似人的“大脑”决策部分。 |
| 算术逻辑单元 | 计算机的“计算核心”，专门执行数学运算（加减乘除）和逻辑判断（比较大小、真假）。所有困难计算和逻辑执行都在此完成。 |
| 存储单元 | 分为主存（内存）和辅存（硬盘等），用于临时或长期保存素材和指令。内存速度快但断电后数据消失，硬盘容量大但速度较慢。相当于人的“记忆”效果。 |
允许把计算机比作一个办公室来理解：
- 输入单元是前台（接收文件），
- 输出单元是文员（整理结果），
- 经理（分配任务），就是控制单元
- 会计（做计算），就是算术逻辑单元
- 存储单元是文件柜（存资料）。
二、CPU的两种架构
CPU架构首要有两种：CISC(艰难指令集计算机)和RISC(精简指令集计算机)。
1. CISC(复杂指令集计算机)
CISC架构起源于20世纪70年代，其核心思想是通过复杂指令简化软件设计，用硬件复杂度换取软件效率。典型代表是Intel的x86系列处理器。
主要特点：
- 指令数量多且复杂(可达数百条)
- 指令长度可变(1-15字节不等)
- 单条指令执行周期数不固定
- 通用寄存器数量较少(如x86早期仅8个)
- 采用微程序控制单元(Microcode)建立复杂指令
2. RISC(精简指令集计算机)
RISC架构于20世纪80年代提出，其设计理念是使用更简单的指令集，每条指令尽量在一个时钟周期内完毕，简化硬件实现。
主要特点：
- 指令数量少且轻松(通常几十条)
- 指令长度固定
- 多数指令在单周期内完毕
- 配备大量通用寄存器(通常32个以上)
- 硬件设计相对简单
3. CISC与RISC的详细区别
| 比较维度 | CISC架构 | RISC架构 |
|---|---|---|
| 指令系统 | 指令数量多、功能困难，囊括多种寻址方式和复杂处理 | 指令数量少、机制简便，多为基本操作，寻址方式少 |
| 执行效率 | 指令执行周期不固定，部分复杂指令需多个周期 | 多数指令在单周期内完成，执行效率高 |
| 硬件设计 | 依赖硬件实现复杂指令，硬件设计较繁琐 | 硬件逻辑更简单(如控制器简化) |
| 软件设计 | 对编译器要求较低，指令功能贴近高级语言 | 复杂操作由软件(编译器)实现，编译器更复杂 |
| 寄存器数量 | 通用寄存器较少，依赖内存直接参与运算 | 通常配备大量通用寄存器，减少对内存的访问 |
| 设计周期 | 结构复杂，设计周期长 | 结构简单，设计周期短 |
| 功耗 | 功耗较高 | 功耗较低 |
| 应用领域 | 通用计算机 | 嵌入式系统、移动设备 |
4. CISC和RISC的应用场景
CISC架构的应用场景
- 高性能计算：科学计算、工程模拟、大数据分析等需要强大计算能力的场景
- 服务器领域：数据中心、云计算平台等需要处理大量并发请求的环境
- 传统桌面计算机：支持各种复杂应用程序如办公软件、图形处理软件等
- 操作系统开发：适合底层创建和麻烦控制逻辑实现
RISC架构的应用场景
- 移动设备：智能手机、平板电脑等对功耗敏感的设备
- 嵌入式系统：工业控制、智能家居、物联网终端等资源受限环境
- 高性能服务器：部分RISC架构如ARM的Neoverse系列已进入服务器市场
- AI与边缘计算：AI加速器、边缘计算盒子等新兴领域
5. 新兴架构与发展趋势
除了传统的CISC和RISC架构外，近年来还出现了几种有潜力的新兴架构：
- RISC-V：开源指令集架构，模块化设计，基础指令仅40条，免授权费
- ARM架构：在移动设备市场占据主导地位，正逐步进入服务器和PC市场
- PowerPC：IBM开发的架构，适合实时控制系统
未来CPU架构的发展趋势包括：
- 多核设计成为主流
- 异构计算(CPU+GPU+AI加速器)架构兴起
- 能效比成为关键考量因素
- 专用指令集架构(如AI加速指令)的普及
三、电脑常用的计量单位
1. 存储容量单位
衡量数据存储空间的基本指标，采用二进制进位规则(以1024为基数)进行换算：就是计算机存储容量
- 位(bit)：计算机中最小的数据单位，表示一个二进制数位(0或1)
- 字节(Byte, B)：基本存储单位，1字节=8位，可存储1个ASCII字符或半个汉字
- 千字节(KB)：1KB=1024B
- 兆字节(MB)：1MB=1024KB
- 吉字节(GB)：1GB=1024MB
- 太字节(TB)：1TB=1024GB
- 拍字节(PB)：1PB=1024TB
- 艾字节(EB)：1EB=1024PB
2. 性能指标单位
- CPU主频：表示CPU时钟频率，单位赫兹(Hz)，常见MHz(兆赫兹)、GHz(吉赫兹)
- 运算速度：
- MIPS(百万条指令/秒)：衡量整型运算能力
- FLOPS(浮点运算次数/秒)：用于科学计算和AI领域
- 内存存取周期：内存搞定读/写所需时间，单位纳秒(ns)
- 总线带宽：数据传输速率，单位MB/s或GB/s
- 字长：CPU一次处理的二进制位数，单位bit(如64位CPU)
- 缓存容量：L1/L2/L3缓存大小，单位KB/MB
3. 网络带宽单位
网络带宽表示数据传输能力，单位通常为：
- bps(比特每秒)：基本单位
- Kbps(千比特每秒)：1Kbps=1024bps
- Mbps(兆比特每秒)：1Mbps=1024Kbps
- Gbps(吉比特每秒)：1Gbps=1024Mbps
4. 显示屏分辨率单位
描述显示器清晰度的主要单位：
- 像素(px)：分辨率的主要单位，如1920×1080表示横向1920像素，纵向1080像素
- PPI(像素每英寸)：表示每英寸所拥有的像素数量，数值越高表明越精细
- DPI(点每英寸)：主要用于打印设备分辨率
5. 其他单位
- 字(Word)：由若干个字节构成，不同计算机字长不同(如32位、64位)
- 功耗：CPU等设备的能耗，单位瓦特(W)
- 可靠性：用MTBF(平均无故障时间)表示，单位小时
这些计量单位共同构成了计算机系统性能评估的基础，理解它们有助于我们更好地选择和使用计算机设备。
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