什么是计算机硬件?

作者:Wesley Fenlon
Computer Tour
你是否曾好奇你的电脑内部有什么?十万个为什么 的这段视频将带你虚拟游览一台台式电脑。
十万个为什么

“这可真是硬核设备。”

这是你在动作片中期待听到的话,比如阿诺德·施瓦辛格获得大量枪支和炸药时。然而,同样的短语也常用于计算机领域。想玩最新的视频游戏?你最好配备一些强大的硬件。那台用于视频编辑的机器?它也配备了一些强大的硬件!但是,计算机硬件到底是什么呢?

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简而言之:计算机硬件由使计算机运行的物理组件组成。另一方面,软件则是告诉所有这些组件如何工作的程序。Windows、Photoshop 和网页浏览器都是软件。知道如何操作软件有点像知道如何驾驶汽车:这是你日常使用计算机的目的。但理解硬件就像了解汽车的工作原理。如果你能区分强大的硬件和普通的硬件,你就不会在平庸的计算机上过度花费(或者购买一台比你所需更强大、更昂贵的计算机)。

我们都知道硬件描述的是让计算机充满活力的物理部件。但这些单个部件是什么呢?你可能听说过处理器,或中央处理单元(CPU)。那是计算机的心脏。它是一个芯片,从程序(软件)中获取指令,进行计算并输出结果。它可能是最重要的部分,但绝不是唯一的部分——就像了解汽车的部件一样,了解计算机硬件可以在出现问题时帮助你进行维修。

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计算机的组成部分

Computer central processing unit (CPU)
如今的CPU体积微小,但能够进行大量、快速的计算。
©iStockohoto/Thinkstock

到了20世纪80年代,计算机已经足够小巧,可以进入我们的家庭,但对于普通人来说,它们仍然过于昂贵和专业,难以自行组装。这种情况在20世纪90年代和21世纪初期发生了真正的变化,现在,只要有合适的部件、一点耐心和一把螺丝刀,组装计算机变得出奇地容易。

每台计算机都有一些基本部件。机箱(或塔式机箱)容纳所有组件,并有一个大的开放区域来安装主板。将主板想象成计算机的神经系统:它是一块刻有电路的巨大玻璃纤维板,将计算机的每个组件连接在一起。每件计算机硬件都将连接到主板上。

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机箱还包括用于计算机散热的风扇,以及一个大型电源单元(PSU)的空间,该单元负责计算机所有部件的电源转换。随机存取存储器(RAM)是一种集成电路,以一种可以快速被处理器访问的方式存储数据。硬盘驱动器和固态驱动器使用不同的技术存储千兆字节或兆兆字节的数据。一张显卡有其自己独立的生态系统,其处理器专门用于处理与CPU不同的任务,并配备高性能RAM。这些就是使计算机运行所需的几乎所有部件。当处理器插入主板后,散热器会放置在其顶部以保持其冷却。

如今的部件标注更清晰,机箱更容易安装,计算机硬件也比以往任何时候都便宜,但PC的实际构成并没有太大变化。

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计算机硬件的演变

个人计算机的基本组件与20世纪90年代相比或多或少保持不变。嗯,也许是“少有变化”而非“多有变化”。部件仍然执行与以前相同的总体功能。主板仍然作为计算机的中央枢纽,所有部件都连接到它;处理器仍然遵循指令;RAM仍然存储数据以便快速访问,硬盘驱动器仍然长期存储数据。然而,这些部件的连接方式及其运行速度已经发生了巨大变化。

许多谈论计算机改进的人都会提到摩尔定律,该定律实质上指出微处理器中集成电路的数量每两年会翻一番。芯片拥有的集成电路或晶体管越多,它的速度就越快。但这只是使计算机更快更好的一个因素。例如,自20世纪90年代以来,硬盘驱动器的磁存储容量已大大增加。我们现在用太字节(terabytes)衡量硬盘容量,而过去则用兆字节(megabytes)衡量。新的数据传输接口也带来了巨大差异。并行ATA系统最高速度为每秒133兆字节,而串行ATA(SATA)目前支持高达每秒6千兆位(768兆字节)。

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最近,计算机开始使用固态或闪存技术来存储数据,而不是硬盘驱动器,这使得计算机能够更快地访问数据。自从智能手机兴起以来,计算机硬件变得比以往任何时候都小。但即使在智能手机领域,许多相同的组件也执行着与全尺寸计算机中相同的任务。

不同类型的计算机

Laptop, tablet and spartphone grouped together
尽管笔记本电脑、平板电脑和智能手机都具有不同的外形尺寸,但它们的内部组件却非常相似。
©iStockphoto/Thinkstock

笔记本电脑、台式机、智能手机、平板电脑:它们的用例难道不是大相径庭吗?我们现在在比以往任何时候都多的地方和方式使用计算机。但实现这一切的内部组件却非常相似。在大多数情况下,它们只是更小而已。

英特尔为轻薄笔记本电脑生产ULV(超低压)处理器,它们的功耗低于常规笔记本电脑芯片。笔记本电脑也使用比台式机更小的RAM和硬盘驱动器。一些笔记本电脑制造商,如苹果,甚至将固态存储器直接焊接到主板上,而不是包含硬盘驱动器,这进一步节省了空间。

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手机和平板电脑必须极其紧凑。移动设备的核心不是主板,而是一块系统级芯片(SoC)。SoC将所有东西——处理器、图形处理器、RAM、USB等接口、音频接口等等——集成到一块单独的板上。当然,触摸设备包含一些台式计算机没有的硬件,例如用于感应手指的触摸控制器。笔记本电脑和移动设备不使用内部电源,而是内置电池。

但就大部分而言,它们都是计算机——硬件只是形状和尺寸各异而已。

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作者注

我从小就对计算机着迷,但直到青少年时期,我才真正了解每个组件如何有助于我的计算机启动和玩游戏。我只是喜欢玩游戏和捣鼓Windows!即使在我第一次开始研究它们内部时,我也觉得计算机令人生畏。有许多部件需要插入,许多电缆需要连接,而且裸露的电路看起来非常脆弱。但在21世纪初期,计算机部件制造商在使机箱更加用户友好以及说明和部件易于遵循和组装方面做得非常出色。只要对所需部件稍加研究,现在几乎任何人都可以组装一台计算机!

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来源

  • Intel.com. “英特尔教育:内部之旅:微处理器。”(2012年8月13日)http://educate.intel.com/en/thejourneyinside/explorethecurriculum/ec_microprocessors/
  • Newegg. “Newegg.com。”(2012年8月12日)http://newegg.com
  • Peckham, Matt. “摩尔定律的崩溃:物理学家称这已然发生。” 2012年5月1日。(2012年8月12日)http://techland.time.com/2012/05/01/the-collapse-of-moores-law-physicist-says-its-already-happening/
  • PBS.org. “微处理器的发明。”(2012年8月13日)http://www.pbs.org/transistor/background1/events/micropinv.html
  • Walton, Jarred. “移动 Ivy Bridge HD 4000 调查:ULV 对比四核的实时 iGPU 时钟。” 2012年6月1日。(2012年8月13日)http://www.anandtech.com/show/5878/mobile-ivy-bridge-hd-4000-investigation-realtime-igpu-clocks-on-ulv-vs-quadcore

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常见问题

计算机硬件的例子有哪些?
计算机硬件由许多不同的部件组成,但其中最主要的包括主板、CPU、RAM、硬盘驱动器和显卡。
计算机硬件的含义是什么?
计算机硬件是计算机的物理部件,例如处理器、内存、硬盘驱动器和显卡。
什么是计算机硬件以及硬件的类型?
计算机硬件是构成计算机系统的物理组件。这些组件包括主板、CPU、内存、存储设备和输入/输出设备。
硬件的简短定义是什么?
硬件是指计算机系统的物理组件。

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