什么是个人电脑？

要了解个人电脑的工作原理，我们首先从构成这台机器的各个部件（即计算机硬件）开始。以下是个人电脑中常见的组件，按其通常的组装顺序排列：

机箱：如果您使用的是笔记本电脑，电脑机箱包含键盘和屏幕。对于台式个人电脑，机箱通常是某种带灯、通风口和用于连接电缆的盒状结构。机箱的大小可以从小型桌面单元到高大的塔式机箱不等。更大的机箱并不总是意味着更强大的电脑；重要的是内部配置。个人电脑制造商根据应能安装的主板类型来设计或选择机箱。

主板：您个人电脑内部的主电路板是其主板。所有内部和外部组件都以某种方式通过主板连接。本页列出的其他组件是可拆卸的，因此无需更换主板即可更换。然而，一些重要组件是直接连接到主板上的。其中包括互补金属氧化物半导体（CMOS），它在电脑关机时存储一些信息，例如系统时钟。主板有不同的尺寸和标准，截至本文撰写时，最常见的是ATX和MicroATX。此外，主板还根据它们设计用于处理的内部可拆卸组件类型以及可用于连接外部设备的端口而有所不同。对于高端用户，还有E-ATX板型，它有更多的空间用于端口和扩展槽，但需要一个大型个人电脑机箱才能容纳。

电源：除了由主板上的可更换CMOS电池供电的CMOS（互补金属氧化物半导体或微芯片）之外，您个人电脑中的每个组件都依赖于其电源。电源连接到某种电源，无论是移动电脑中的电池，还是台式个人电脑中的电源插座。在台式个人电脑中，您可以看到电源安装在机箱内部，外部有电源线连接，内部有少量连接的电缆。其中一些电缆直接连接到主板，而另一些则连接到硬盘和风扇等其他组件。

中央处理器（CPU）：CPU，通常简称为处理器，是包含微处理器的组件。该微处理器是个人电脑所有操作的核心，硬件和软件的性能都依赖于处理器的性能。英特尔和AMD是个人电脑最大的CPU制造商，尽管市场上也有其他制造商。两种常见的CPU架构是32位和64位，您会发现某些软件依赖于这种架构区分。现代CPU设计通常包含四个或更多核心，以使其能够高效地同时完成多项任务。

随机存取存储器（RAM）：即使是最快的处理器也需要一个缓冲区来存储正在处理的信息。RAM对于CPU来说，就像厨师的台面一样：它用作您正在处理的食材和工具的等待区，直到您需要取用它们。快速的CPU和充足的RAM对于一台高速个人电脑来说都是必不可少的。每台个人电脑都有其能处理的最大RAM量，主板上的插槽指示了个人电脑所需的RAM类型。DDR-4是目前大多数主板支持的RAM芯片类型，但有些系统也正在升级到更新更快的DDR-5标准。

驱动器：驱动器是旨在在不使用时存储数据的设备。硬盘驱动器或固态驱动器存储个人电脑的操作系统和软件，我们稍后将更详细地探讨。在许多系统中，也有空间安装额外的驱动器以扩展存储。此类别还包括光驱，例如用于读写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连接到主板，包括较旧的IDE标准和较新的SATA标准。当前的笔记本电脑和迷你电脑很可能使用通过直接安装在主板上的M.2连接器引脚连接的紧凑型NVME固态硬盘。

散热设备：您的电脑处理得越多，产生的热量就越多。CPU和其他组件可以处理一定量的热量。然而，如果个人电脑没有得到适当的冷却，它可能会过热，对其组件和电路造成昂贵的损坏。风扇是用于冷却个人电脑最常见的设备。此外，CPU被一个称为散热器的金属块覆盖，它将热量从CPU中散发出去。一些认真的电脑用户，例如游戏玩家，有时会有更昂贵的散热管理解决方案，例如水冷系统，旨在应对更强的散热需求。

电缆：到目前为止我们提到的所有组件都通过某种组合的电缆连接。这些电缆设计用于传输数据、电源或两者兼有。个人电脑的构造应使电缆整齐地折叠在机箱内，并且不会阻碍整个机箱内的空气流动。

一台个人电脑通常远不止这些核心组件。接下来，我们将介绍让您能够与计算机交互的端口和外设，以及如何使用扩展槽添加更多组件。

到目前为止我们介绍的核心组件构成了个人电脑的中央处理能力。然而，个人电脑还需要额外的组件才能与人类用户和其他计算机进行交互。以下是实现这一点的个人电脑部件：

显卡组件：虽然有些主板具有板载显卡，但其他一些主板则包含一个称为扩展槽的插槽，您可以在其中插入独立的显卡，也称为GPU（图形处理单元）。在这两种情况下，个人电脑中的视频组件都会处理传输到屏幕的复杂图形数据，从而减轻CPU的负担。主板根据特定的接口接受显卡，例如较旧的AGP标准或较新的PCI标准之一。现代显卡在PC机箱内可能占用大量空间，因为它们需要专用的显存和额外的散热风扇才能提供高性能。

端口：端口一词常用于描述个人电脑外部可以插入电缆的地方。端口可以根据其用途来描述，例如USB端口或以太网端口。（请注意，“端口”一词也用于描述当两块硬件尝试通信时的软件连接。）许多端口直接固定在主板上。您在个人电脑上会发现的一些端口包括以下几种：

外设：任何未安装在个人电脑机箱内部的硬件都称为外设。这包括您的基本输入和输出设备：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USB闪存驱动器。任何您可以插入个人电脑端口的设备都是个人电脑的外设之一。笔记本电脑不需要必备的外设（例如显示器），因为它们内置了这些设备。

扩展槽：有时，您会想要为个人电脑添加主板上没有指定插槽的组件。这就是为什么主板会包含一系列扩展槽的原因。设计用于插入扩展槽的可拆卸组件称为插卡，可能是因为它们扁平的卡片状结构。使用扩展槽，您可以添加额外的显卡、网卡、打印机端口、电视接收器以及许多其他自定义附加功能。插卡必须与扩展槽类型匹配，无论是传统的ISA/EISA类型，更常见的PCI、PCI-X或PCI Express类型，还是更新的M.2标准。

既然我们已经了解了个人电脑的各个部件，现在让我们按下电源按钮，看看它是如何启动的。

当您第一次启动个人电脑时，机器会经历几个内部过程才能准备好供您使用。这被称为启动过程或启动个人电脑。“Boot”是“bootstrap”的缩写，指代古老的谚语“Pull yourself up by the bootstraps”（意为白手起家），即从头开始某事。启动过程由个人电脑的基本输入输出系统（BIOS）控制。

BIOS是存储在闪存芯片上的软件。在个人电脑中，BIOS嵌入在主板上。偶尔，个人电脑制造商会发布BIOS更新，您可以仔细按照说明用更新的软件“刷新BIOS”。

除了控制启动过程外，BIOS还为个人电脑的硬件组件提供了一个基本配置界面。在该界面中，您可以配置启动时读取驱动器的顺序以及处理器允许运行的速度等。查阅您的个人电脑文档以了解如何进入其BIOS界面。此信息在您首次启动计算机时也经常显示，并附有类似“按DEL键进入设置菜单”的消息。

以下是个人电脑启动过程的摘要：

现在我们都已经启动了，接下来是什么？个人电脑的工作方式很大程度上取决于您使用的操作系统。在下一节中，让我们探讨操作系统在个人电脑上是如何工作的。

个人电脑启动后，您可以通过操作系统（简称OS）来控制它。截至本文撰写时，大多数非苹果个人电脑运行的是微软Windows的一个版本或一个Linux发行版。这些操作系统旨在运行于各种个人电脑硬件上，而Mac OS X则主要为苹果硬件设计。

操作系统负责多项任务。这些任务大致分为以下几类：

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如何克服移动计算的便携性挑战。

自第一台个人电脑上市以来，更新、更好的型号在生产后的几个月内就使旧型号过时。SATA等驱动器技术取代了IDE，而PCI扩展槽取代了ISA和EISA。然而，衡量个人电脑技术进步最显著的指标是其CPU及其内部的微处理器。

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，微处理器制造商已将更多的晶体管和增强功能集成到微处理器中。1965年，英特尔创始人戈登·摩尔（Gordon Moore）预测微处理器的复杂性每两年将翻一番。此后，这种复杂性每18个月翻一番，行业专家将这一预测称为摩尔定律。许多专家预测，由于硅微处理器的物理限制，摩尔定律将很快终结[来源：PBS]。

然而，截至本文撰写时，处理器的晶体管容量仍在持续增长。这是因为芯片制造商不断发现将晶体管蚀刻到硅上的新方法。微小的晶体管现在以纳米（十亿分之一米）为单位测量。原子本身大约为0.5纳米。晶体管越小，单个CPU上可以容纳的越多，从而增加了相对的处理能力。2023年，英特尔推出了其第13代Raptor Lake CPU架构，该架构使用10纳米厚度的晶体管。此外，IBM还制造了带有两纳米晶体管的原型芯片。这仅相当于四个原子宽，但消费级应用至少还需要几年时间。

那么，当摩尔定律走到尽头时会发生什么？一种新的数据处理方式可以确保进步持续。潜在的继任者将被证明是执行处理器基本计算功能的更强大手段。硅微处理器已经依赖传统的两态晶体管超过50年，但量子计算机等发明正在改变游戏规则。

量子计算机不限于1或0的两种状态。它们将信息编码为量子比特，或称量子位。一个量子位可以是1或0，也可以以叠加态存在，即同时是1和0或介于两者之间。量子位代表协同工作的原子，既充当计算机内存，又充当微处理器。由于量子计算机可以同时包含这些多种状态，因此它有可能比当今最强大的超级计算机强大数百万倍。

目前的量子计算机看起来像巨大的金色塔楼，与其说像您家中的任何一台个人电脑，不如说更像一件复杂的珠宝。这项技术仍处于起步阶段，主要存在于实验室环境中。然而，IBM目前正在维护量子机器，大学和研究机构可以通过云接口访问这些机器，以解决复杂的方程或运行物理模拟等。

量子计算机的强大功能能否普及到普通个人电脑，时间会给出答案。与此同时，由于移动个人电脑的出现，您仍然可以随身携带强大的处理能力，我们接下来将讨论它们。

早在个人电脑出现之前，计算机制造商就已经在构思便携式计算机了。正是12磅（5公斤）重的IBM PC Convertible在1986年将笔记本电脑概念付诸生产。自那时起，笔记本电脑变得越来越小巧轻便，其处理能力也随着台式个人电脑的发展而提升。

如今，计算机行业认可其他类别的移动计算机。其中一类是笔记本电脑，它几乎已成为便携式电脑的同义词。这个术语最初是用来指代比笔记本电脑更小、更轻的同类产品。另一类是上网本，它甚至比笔记本电脑更小，同时更便宜且功能更弱。这种分类可能得名于其目标受众：那些想要一个非常基本的界面来使用互联网的人群。

移动计算超越了笔记本电脑和上网本。许多智能手机和平板电脑的处理能力与笔记本电脑不相上下，但封装得更小。主要区别在于屏幕尺寸和分辨率更小、外部端口更少、蜂窝电话功能以及触摸屏技术（作为键盘的补充或替代）。由于空间有限，手机通常也配备较少的RAM。

在软件方面，个人电脑操作系统也在提高便携性。例如，谷歌Chrome OS通过依赖对网络应用程序和云存储的访问，最大限度地减少了对硬盘空间的需求。这意味着一台仅限于64 GB固态硬盘的上网本，其有用程度有可能与配备500 GB磁盘驱动器的笔记本电脑相当。当然，非网络化的大型应用程序是这一节省空间优势的例外。