C++第 1 期查看课程总览

025 计算机硬件系统

主要内容

1. 计算机的组成

今天的大师码课程中，我们来讲一下计算机。但是，它们都有一个基本的组成：显示器、键盘、鼠标、主机。请你想一想，手机，平板等，也符合上面的组成规律吗？

为了学好 C++ 的课程，需要大家对电脑有深刻的理解。而“主机”就是电脑的核心，所以我们需要对“主机”，做一个更加深入的介绍。下面，是一张“主机”的照片。

一台主机，基本都含有下面几个关键部件：

cpu
内存
硬盘
显卡
网卡
声卡
电源

1.1 CPU

CPU，中文翻译为“中央处理器”，它是主机的核心，负责“数据运算”，就相当于整个主机的大脑。 CPU 被誉为是人类科学技术的杰作之一。其地位，相当于古埃及人的金字塔、中国古代修建的赵州桥、京杭大运河。它们都能代表那个时代的科技巅峰。说到这里，大家肯定要问了，这个 CPU 到底有什么神奇之处呢？

1.1.1 小

CPU 的小，其实是指，芯片内部，两条导线的间隔（业内称为“制程”）。比如目前主流CPU，比如英特尔和 AMD 的一些处理器（i5 i7 i9等），它的制程就是 14 纳米、10 纳米等，目前最高可以到达 7 纳米。

这个纳米，大约是头发丝直径的 6 万分之一。我们再从大到小，感受一下 CPU 的小。这是从主板上，取下一个 CPU

这是 CPU 的正反面

这是 CPU 里面的样子。中间的粉色物体，就是核心芯片。这块核心芯片上，集成了上千万个电子元件。

这是芯片加工后的样子。经过切割，就得到每一个小芯片。

1.1.2 快

CPU 的快，主要是指它的运行速度。到底有多块呢？我们用 i++ 来举个例子。首先，我们可以查看一下自己电脑的 CPU 信息（可以在任务管理器中查看）。

以上图为例，这个 cpu 的主频（base speed）是 2.6 GHz。这个主频相当于 CPU 的“心跳”。一般而言，CPU 执行一条指令（比如： i++ ）时，需要若干次“心跳”的时间。这个值，我们假设为 10。那么，我们就可以来算一算，若 i 从 0 开始，然后不断执行 i++。一秒钟后，i 的值是多少。


// 主频 除以 10
2.6 / 10.0 * 10^9
= 2.6 * 10^8 （次）

从这里可以看到，从 0 开始累加，一秒钟后，这个 CPU 可以数到 260 000 000。这是非常快的。远远超过了人类口头数数的速度。还有那些“超级计算机”，它们的 CPU 运行速度更快！

1.1.3 难

CPU 的难，其实体现在设计和加工两个方面。设计，主要是指把“人类的逻辑”，转化成“电路的逻辑”，这需要非常专业的技术能力。加工，主要是指，把设计变成实际的产品，这需要非常专业的加工能力。就设计方面来说，全球范围内，著名的 CPU 厂商，有英特尔、AMD、ARM、Apple、等都具有非常深厚的技术积累，都具有芯片的设计能力。但是，全球的芯片加工能力，只有少数几家公司具备。比如“台积电”、“韩国三星”等。我们国家，目前已经具有比较强的设计能力，但是我们加工不出来我们自己设计的高级芯片。这也说明了，我们的中国制造，其实还没有达到真正的世界一流水平。目前，一些中国的手机厂商，受到国际上芯片巨头的断供威胁。这样的问题，最终还是需要靠你们不断地学习进步，才能解决。