鸟哥的Linux私房菜-基础篇 – 第四版.pdf下载分享

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深入浅出介绍计算机硬件基础知识及Linux操作系统概论，《鸟哥的Linux私房菜》第四版电子书预览，涵盖计算计概论、输入输出单元解析等，适合初学者。

• 文件名称：鸟哥的Linux私房菜-基础篇 - 第四版.pdf

• 文件类型：PDF文档

• 文件标签：Linux、计算机基础、操作系统

内容预览

第零章、计算器概论
最近更新日期：2015/04/16
由过去的经验当中，鸟哥发现到因为兴趣或生活所逼而必须要接触 Linux 的朋友，很多可能并非信息相关科系出身， 因
此对于计算机软/硬件方面的概念不熟。然而操作系统这种咚咚跟硬件有相当程度的关连性， 所以，如果不了解一下计算
器概论，要很快的了解 Linux 的概念是有点难度的。因此，鸟哥就自作聪明的新增一个小章节来谈谈计概啰！ 因为鸟哥
也不是信息相关学门出身，所以，写的不好的地方请大家多多指教啊！^_^
0.1 计算机：辅助人脑的好工具
现在的人们几乎无时无刻都会碰计算机！不管是桌面计算机(桌机)、笔记本电脑(笔电)、平板计算机、
智能型手机等等，这些东西都算是计算机。 虽然接触的这么多，但是，你了解计算机里面的组件有
什么吗？以桌机来说，计算机的机壳里面含有什么组件？不同的计算机可以应用在哪些工作？ 你生
活周遭有哪些电器用品内部是含有计算机相关组件的？底下我们就来谈一谈这些东西呢！
所谓的计算机就是一种计算器，而计算器其实是：『接受用户输入指令与数据，经由中央处理器的数
学与逻辑单元运算处理后， 以产生或储存成有用的信息』。因此，只要有输入设备 (不管是键盘还
是触摸屏) 及输出设备 (例如计算机屏幕或直接由打印机打印出来)，让你可以输入数据使该机器产生
信息的， 那就是一部计算器了。
Tips
计算机可以协助人们进行大量的运算！以前如果要计算化学反应式都得要算个老半天，
有了计算机仿真软件后，就有不一样的情况发生了！ 以下图为例，鸟哥的工作中，有一项是需要将人们排放的空
气污染物带入计算机模式进行仿真后，计算出可能产生的空气污染并得到空气质量状态，最后经过分析软件得到各
式各样的图表。 经过这些图表的解析，就可以让人们知道什么样的污染排放来源可能会产生什么样的空气质量变
化啰。

图0.1.1、计算器的功能

好了，根据这个定义你知道哪些东西是计算器了吗？其实包括一般商店用的简易型加减乘除计算器、
打电话用的手机、开车用的卫星定位系统 (GPS)、提款用的提款机 (ATM)、你上课会使用的桌上型
个人计算机、外出可能会带的笔记本电脑 (包括 notebook 与 netbook)，还有近几年 (2015 前后) 非
常热门的平板计算机与智能型手机， 甚至是未来可能会大流行的单版计算机 (Xapple pi, banana pi,
Raspberry pi, 注1) 与智能型手表，甚至于更多的智能型穿戴式计算机(注2)等等，这些都是计算器喔！

那么计算器主要的组成组件是什么呢？底下我们以常见的个人计算机主机或服务器工作站主机来作
为说明好了。

0.1.1 计算机硬件的五大单元

关于计算机的硬件组成部分，其实你可以观察你的桌面计算机来分析一下，依外观来说这家伙主要可
分为三部分，分别是：


输入单元：包括键盘、鼠标、卡片阅读机、扫描仪、手写板、触控屏幕等等一堆；


主机部分：这个就是系统单元，被主机机壳保护住了，里面含有一堆板子、CPU 与主存储器等；


输出单元：例如屏幕、打印机等等

我们主要透过输入设备如鼠标与键盘来将一些数据输入到主机里面，然后再由主机的功能处理成为图
表或文章等信息后， 将结果传输到输出设备，如屏幕或打印机上面。那主机里面含有什么组件呢？
如果你曾经拆开过计算机主机机壳 (包括拆开你的智能型手机也一样喔！)， 会发现其实主机里面最
重要的就是一片主板，上面安插了中央处理器 (CPU) 以及主存储器、硬盘 (或记忆卡) 还有一些适
配卡装置而已。 当然大部分智能型手机是将这些组件直接焊接在主板上面而不是插卡啦！

整部主机的重点在于中央处理器 (Central Processing Unit, CPU)，CPU 为一个具有特定功能的芯片，
里头含有微指令集，如果你想要让主机进行什么特异的功能，就得要参考这颗 CPU 是否有相关内建
的微指令集才可以。 由于 CPU 的工作主要在于管理与运算，因此在 CPU 内又可分为两个主要的
单元，分别是： 算数逻辑单元与控制单元。(注3) 其中算数逻辑单元主要负责程序运算与逻辑判断，
控制单元则主要在协调各周边组件与各单元间的工作。

既然 CPU 的重点是在进行运算与判断，那么要被运算与判断的数据是从哪里来的？ CPU 读取的数
据都是从主存储器来的！ 主存储器内的数据则是从输入单元所传输进来！而 CPU 处理完毕的数据
也必须要先写回主存储器中，最后数据才从主存储器传输到输出单元。

Tips
为什么我们都会说，要加快系统效能，通常将内存容量加大就可以获得相当好的成效？

如同下图以及上面的说明，因为所有的数据都要经过主存储器的传输， 所以内存的容量如果太小，数据快取就不

足～影响效能相当大啊！尤其针对 Linux 作为服务器的环境下！这点要特别记忆喔！

综合上面所说的，我们会知道其实计算机是由几个单元所组成的，包括输入单元、 输出单元、CPU 内
部的控制单元、算数逻辑单元与主存储器五大部分。 这几个东西的相关性如下所示：

图0.1.2、计算机的五大单元(注4)

上面图标中的『系统单元』其实指的就是计算机机壳内的主要组件，而重点在于 CPU 与主存储器。
特别要看的是实线部分的传输方向，基本上数据都是流经过主存储器再转出去的！ 至于数据会流进/
流出内存则是 CPU 所发布的控制命令！而 CPU 实际要处理的资料则完全来自于主存储器 (不管是
程序还是一般文件数据)！这是个很重要的概念喔！ 这也是为什么当你的内存不足时，系统的效能就
很糟糕！也是为什么现在人们买智能型手机时，对于可用内存的要求都很高的原因！

而由上面的图示我们也能知道，所有的单元都是由 CPU 内部的控制单元来负责协调的，因此 CPU
是整个计算机系统的最重要部分！ 那么目前世界上有哪些主流的 CPU 呢？是否刚刚我们谈到的硬
件内全部都是相同的 CPU 架构呢？底下我们就来谈一谈。

0.1.2 一切设计的起点： CPU 的架构

如前面说过的，CPU 其实内部已经含有一些微指令，我们所使用的软件都要经过 CPU 内部的微指
令集来达成才行。 那这些指令集的设计主要又被分为两种设计理念，这就是目前世界上常见到的两
种主要 CPU 架构， 分别是：精简指令集 (RISC) 与复杂指令集 (CISC) 系统。底下我们就来谈谈
这两种不同 CPU 架构的差异啰！


精简指令集 (Reduced Instruction Set Computer, RISC)：(注5)

这种 CPU 的设计中，微指令集较为精简，每个指令的运行时间都很短，完成的动作也很单纯，指令
的执行效能较佳； 但是若要做复杂的事情，就要由多个指令来完成。常见的 RISC 微指令集 CPU 主
要例如甲骨文 (Oracle) 公司的 SPARC 系列、 IBM 公司的 Power Architecture (包括 PowerPC) 系
列、与安谋公司 (ARM Holdings) 的 ARM CPU 系列等。

在应用方面，SPARC CPU 的计算机常用于学术领域的大型工作站中，包括银行金融体系的主服务器
也都有这类的计算机架构； 至于PowerPC 架构的应用上，例如新力(Sony)公司出产的Play Station
3(PS3)就是使用PowerPC 架构的Cell 处理器； 那安谋的 ARM 呢？你常使用的各厂牌手机、PDA、
导航系统、网络设备(交换器、路由器等)等，几乎都是使用 ARM 架构的 CPU 喔...