摘要：计算机这个词指的是一种可以接受输入并产生输出的物体。事实上，人类大脑本身就是一台复杂的计算机，科学家们每年都在更多地了解它是如何工作的。不过，我们最常用的“计算机”一词是用来形容含有微处理器的电子设备。

个人电脑包括笔记本电脑，台式电脑，甚至掌上电脑，如平板电脑和智能手机。

计算机这个词指的是一种可以接受输入并产生输出的物体。事实上，人类大脑本身就是一台复杂的计算机，科学家们每年都在更多地了解它是如何工作的。不过，我们最常用的“计算机”一词是用来形容含有微处理器的电子设备。

微处理器是一种可以在眨眼间处理数据的小型电子设备。你可以在日常使用的许多设备中找到微处理器，比如汽车、冰箱和电视。最常见的带有微处理器的设备是个人计算机，简称PC。事实上，计算机的概念几乎已经成为PC这个术语的同义词。

当你听到个人电脑时，你可能会想到一种带有视频屏幕、键盘和某种类型的指向设备（如鼠标或触摸板）的封闭设备。你也可以设想不同形式的个人电脑，如台式电脑、笔记本电脑和掌上电脑。个人电脑一词一直与某些品牌联系在一起，比如英特尔处理器或微软操作系统。在本文中，我们将PC定义为具有以下特征的更通用的计算设备：

·一次只供一个人使用的

·在用户和微处理器之间运行操作系统

·具有本文中描述的某些通用内部组件，如CPU和RAM

·运行为特定工作或娱乐活动设计的软件应用程序

·允许根据需要添加和删除硬件或软件

最初，计算机是巨大的，占用了很大的房间，带有连接的终端，允许多个用户访问。在20世纪70年代，一个名叫艾德·罗伯茨的人开始销售基于英特尔设计的微处理器芯片的电脑套件。罗伯茨将他的电脑命名为Altair 8800，并以395美元的价格出售了未组装的套件。《大众电子》杂志在1975年1月号上刊登了一篇关于该套件的报道，出乎所有人的意料，该套件立即成为热门产品。于是，个人电脑时代开始了。

虽然Altair 8800是第一台个人电脑，但直到几年后苹果II的发布才标志着个人电脑开始成为受欢迎的家用电器。由发明家史蒂夫·乔布斯和史蒂夫·沃兹尼亚克设计的Apple II证明了家庭和学校对电脑的需求。不久之后，像IBM和德州仪器这样的老牌电脑公司进入了个人电脑市场，像Commodore和Atari这样的新品牌也加入了这个游戏。

核心PC组件

PC组件包括硬盘驱动器（左上）、主板（中）、CPU（主板上方）、RAM（左下）和CPU风扇（右下）。

要了解个人电脑是如何工作的，让我们从组成机器的各个部分开始，也就是计算机硬件。以下是个人电脑常见的组件，按其组装顺序排列：

机箱：如果你用的是笔记本电脑，机箱包括键盘和屏幕。对于台式电脑来说，机箱通常是带有灯、通风口和连接线的盒子。箱子的大小可以从小型桌面单位到高塔不等。更大的机箱并不总是意味着更强大的电脑；内在才是最重要的。PC制造商设计或选择基于类型的主板，应该适合里面的机箱。

主板：PC机内部的主要电路板是主板。所有组件，内部和外部，通过主板以某种方式连接。此页上列出的其他组件是可拆卸的，因此无需更换主板即可更换。不过，有几个重要的组件直接连接到主板上。其中包括互补金属氧化物半导体（CMOS），它在计算机断电时存储一些信息，如系统时钟。主板有不同的尺寸和标准，最常见的是ATX和MicroATX。从那里开始，主板因其设计用于内部处理的可移动组件类型以及可用于连接外部设备的端口而有所不同。对于高级用户，还有E-ATX外形，它有更多的端口和扩展插槽空间，但需要一个大的PC机箱来容纳它。

电源：除了由主板上可更换的CMOS电池供电的CMOS（互补金属氧化物半导体或微芯片）外，PC中的每个组件都依赖其电源。电源连接到某种类型的电源，无论是移动电脑的电池，还是台式电脑的电源插座。在台式电脑中，你可以看到电源安装在机箱内，外部有电源线连接，内部有一些附加电缆。其中一些电缆直接连接到主板，而另一些则连接到驱动器和风扇等其他组件。

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。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是最大的个人电脑CPU制造商，不过你也可以在市场上找到其他厂商。两种常见的CPU体系结构是32位和64位，您会发现某些软件依赖于这种体系结构的区别。现代CPU设计通常包含四个或更多的核心，以使它们能够一次高效地完成多个任务。

随机存取存储器（RAM）：即使是最快的处理器在处理信息时也需要一个缓冲区来存储信息。RAM之于CPU，就像台面之于厨师：它是一个地方，在你需要拿起和使用时，你正在使用的食材和工具就在这里等待。一个快速的CPU和足够的内存对于一个快速的PC来说是必要的。每台PC都有它可以处理的最大RAM数量，主板上的插槽指示PC所需的RAM类型。DDR-4是目前大多数主板支持的RAM芯片dd类型，但一些系统也正在升级到更新更快的DDR-5标准。

驱动器：驱动器是用于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，将在后面详细介绍。在许多系统中，还存在安装额外驱动器以扩展存储的空间。该类别还包括用于读写CD、DVD和蓝光媒体的光驱。驱动器连接到主板取决于它使用的驱动器控制器技术类型，包括较旧的IDE标准和较新的SATA标准。目前的笔记本电脑和迷你电脑可能使用紧凑型NVME固态硬盘，通过直接安装在主板上的M.2连接器引脚连接。

冷却设备：电脑处理得越多，它产生的热量就越多。CPU和其他组件可以处理一定的热量。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。风扇是最常用的冷却电脑的设备。此外，CPU还被一个称为散热器的金属块覆盖，该金属块可以从CPU中散热。一些严肃的电脑用户，比如游戏玩家，有时会有更昂贵的热管理解决方案，比如水冷系统，用来处理更强烈的冷却需求。

电缆：到目前为止，我们提到的所有组件都是通过电缆的某种组合连接起来的。这些电缆被设计用来传输数据、电力或两者兼而有之。PC的构造应使电缆整齐地折叠在机箱内，并且不阻塞空气流过机箱。

一台PC通常比这些核心组件要重要得多。接下来，将介绍让您与计算机交互的端口和外设，以及如何使用扩展插槽添加更多组件。

端口、外设和扩展插槽

端口是电脑外部可以插线的地方。

到目前为止，我们所看到的核心组件构成了PC的中央处理能力。不过，个人电脑需要额外的组件才能与人类用户和其他电脑进行交互。以下是实现这一目标的PC部件：

图形组件：虽然一些主板有板载图形，但其他主板包括所谓的扩展插槽，您可以在其中插入单独的视频卡，也称为GPU（图形处理单元）。在这两种情况下，PC中的视频组件都会处理一些进入屏幕的复杂图形数据，从而减轻CPU的负担。主板接受基于特定接口的视频卡，例如较旧的AGP标准或较新的PCI标准之一。现代显卡可以占用大量的空间在电脑机箱内，因为它们需要专门的视频RAM和额外的冷却风扇，以提供高性能。

端口：端口这个词通常用来描述你的PC机外面可以插电缆的地方。根据端口的用途描述端口，如USB端口或以太网端口。（请注意，端口这个词也用于描述两个硬件试图通信时的软件连接。）许多端口直接贴在主板上。你会发现PC上的一些端口包括以下内容：

·USB接口

·网络端口，通常是以太网

·视频端口，通常是VGA、DVI、HDMI或DisplayPort的组合

·音频端口，通常是一些迷你模拟音频插孔或光学音频的组合。除了视频，HDMI和DisplayPort标准还支持数字音频输出。

·遗留端口或遵循现代计算机中很少使用的旧标准的端口，例如用于键盘和鼠标的并行打印机端口和PS2端口

外设：任何没有安装在电脑机箱内的硬件都被称为外设。这包括你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。任何可以插入PC端口的东西都是PC的外围设备之一。笔记本电脑不需要必要的外围设备（比如显示器），它们是内置的。

扩展插槽：有时候，你会想在电脑主板上没有指定插槽的地方添加组件。这就是为什么主板将包括一系列的扩展插槽。可移动的部件被设计成适合于扩展槽被称为卡，可能是因为它们的扁平，卡状结构。使用扩展插槽，您可以添加额外的视频卡，网卡，打印机端口，电视接收器和许多其他自定义添加。卡必须匹配扩展插槽类型，无论是传统的ISA/EISA类型，更常见的PCI， PCI- x或PCI Express类型，还是较新的M.2标准。

现在我们已经看了电脑的各个部分，让我们按下电源按钮，看看是什么使它启动。

启动PC

当你第一次启动电脑时，电脑在准备好供你使用之前要经历几个内部过程。这被称为引导过程或引导PC。Boot是bootstrap的缩写，引用了一句古老的谚语，“Pull yourself up by the bootstrap”，意思是从头开始做某事。引导过程由PC机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PC机中，BIOS嵌入在主板上。偶尔，PC制造商会发布BIOS的更新，您可以仔细地按照说明使用更新的软件“刷新BIOS”。

除了控制启动过程外，BIOS还为PC机的硬件组件提供基本配置接口。在该界面中，您可以配置在引导期间读取驱动器的顺序以及允许处理器运行的速度。检查您的PC的文档，找出如何进入其BIOS界面。当你第一次启动电脑时，也会显示这个信息，比如“按DEL键进入设置菜单”。

以下是PC机启动过程的总结：

1.电源按钮激活PC中的电源，将电源发送到主板和其他组件。

2.PC进行上电自检（POST）。POST是BIOS中的一个小计算机程序，用于检查硬件故障。POST之后的一个哔哔声表示一切正常。其他哔哔声序列表示硬件故障，PC维修专家将这些序列与图表进行比较，以确定是哪个部件发生了故障。

3.PC在附带的监视器上显示信息，显示有关启动过程的详细信息。这些包括BIOS制造商和版本、处理器规格、安装的RAM数量以及检测到的驱动器。许多个人电脑已经用显示制造商标志的启动屏幕取代了显示这些信息。如果你想看到文字，你可以在BIOS设置中关闭启动屏幕。

4.BIOS尝试访问指定为启动盘的驱动器的第一个扇区。如果从第一个可用的存储地址开始顺序读取驱动器，那么第一个扇区就是磁盘的前千字节。引导盘通常是包含操作系统的同一块硬盘或固态驱动器。您可以通过配置BIOS或使用密钥顺序中断引导过程（通常在引导屏幕上显示）来更改引导磁盘。

5.BIOS确认在引导磁盘的第一个扇区中存在引导加载程序，并将该引导加载程序加载到内存（RAM）中。引导加载程序是一个小程序，用于查找和启动PC的操作系统。

6.一旦引导加载程序进入内存，BIOS就把它的工作交给引导加载程序，然后引导加载程序开始将操作系统加载到内存中。

7.当引导加载程序完成它的任务时，它把对PC的控制转交给操作系统。然后，操作系统就可以进行用户交互了。

现在我们都通电了，下一步是什么？个人电脑的工作方式在很大程度上取决于你使用的操作系统。

PC操作系统

微软Windows仍然是世界上最流行的操作系统。

PC启动后，您可以通过操作系统（简称OS）对其进行控制。大多数非苹果个人电脑都在运行微软Windows或Linux发行版。这些操作系统是为在各种PC硬件上运行而设计的，而Mac OS X主要是为苹果硬件设计的。

操作系统负责几个任务。这些任务可分为以下大类：

·处理器管理将处理器的工作分解为可管理的块，并在将它们发送到CPU之前对它们进行优先级排序。

·内存管理协调进出RAM的数据流，并决定何时使用硬盘上的虚拟内存来补充不足的RAM。

·设备管理在计算机内部组件和连接到计算机的每个设备之间提供基于软件的接口。示例包括解释键盘或鼠标输入或将图形数据调整为正确的屏幕分辨率。网络接口（包括管理Internet连接）也属于设备管理范畴。

·存储管理指导数据应该永久存储在硬盘驱动器，固态驱动器，USB驱动器和其他形式的存储中。例如，存储管理任务有助于创建、读取、编辑、移动、复制和删除文档。

·应用程序接口提供软件程序与PC机之间的数据交换。必须对应用程序进行编程，使其与您正在使用的操作系统的应用程序接口一起工作。应用程序通常也是为特定版本的操作系统设计的。你会在应用程序的需求中看到类似“Windows 10或更高版本”或“仅适用于64位操作系统”这样的短语。

·用户界面（UI）提供了一种与计算机交互的方式。例如，图形用户界面（GUI）允许用户通过图标或音频而不是文本命令与计算机或手持设备进行交互。苹果是第一个使用这个的，但现在所有的操作系统都这样做。/ \ r \ n /

现在让我们来看看PC的整体未来，以及PC制造商如何克服移动计算的便携性挑战。

个人电脑的未来

自从第一台个人电脑上市以来，更新更好的机型在投产几个月内就淘汰了旧机型。像SATA这样的驱动技术取代了IDE， PCI扩展插槽取代了ISA和EISA。不过，衡量个人电脑技术进步的最重要标准是它的CPU和CPU内的微处理器。

自20世纪50年代以来，硅微处理器一直是计算机世界的核心。在此期间，微处理器制造商在微处理器上植入了更多的晶体管和增强功能。1965年，英特尔创始人戈登·摩尔预测，微处理器的复杂性将每两年翻一番。从那以后，这种复杂性每18个月翻一番，业内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，摩尔定律将很快结束。

尽管如此，处理器的晶体管容量仍在继续上升。这是因为芯片制造商不断寻找新的方法将晶体管蚀刻到硅上。现在，这种微型晶体管的测量单位是纳米，也就是十亿分之一米。原子本身大约是0.5 nm。晶体管越小，一个CPU就能容纳越多的晶体管，从而提高了相对的处理能力。2023年，英特尔推出了第13代猛禽湖（Raptor Lake） CPU架构，该架构使用了厚度为10纳米的晶体管。此外，IBM还制造了带有两纳米晶体管的原型芯片。它只有四个原子大小，但消费者应用至少还需要几年的时间。

那么当我们达到摩尔定律的极限时会发生什么呢？一种新的数据处理方法可以确保继续取得进展。潜在的继任者是那些被证明是执行处理器基本计算功能的更强大的方法。50多年来，硅微处理器一直依赖于传统的双态晶体管，但量子计算机等发明正在改变这一局面。

量子计算机并不局限于1或0这两种状态。它们将信息编码为量子比特或量子位。量子位可以是1或0，也可以同时存在于1和0或介于两者之间的叠加态中。量子位代表一起工作的原子，既充当计算机存储器，又充当微处理器。因为量子计算机可以同时包含这些多个状态，它有可能比当今最强大的超级计算机强大数百万倍。

目前的量子计算机技术还很年轻，而且大多只存在于实验室环境中。然而，IBM目前正在维护量子机器，大学和研究公司可以通过云接口访问量子机器，以解决复杂的方程或运行物理模拟。

时间会告诉我们，量子计算机的能力是否会普及到普通个人电脑上。与此同时，多亏了移动PC，你仍然可以随身携带大量的处理能力。

便携式个人电脑

甚至在个人电脑出现之前，电脑制造商就已经在构思便携式电脑了。1986年，5公斤重的IBM PC Convertible将笔记本电脑概念带入生产。从那以后，笔记本电脑变得更小更轻，处理能力也和台式电脑一样得到了提升。

今天，计算机行业认可了其他类型的移动计算机。笔记本电脑几乎成为了便携式电脑的代名词。这个词最初是用来指比笔记本电脑更小、更轻的同类产品。另一类是上网本，它比笔记本电脑更小，价格也更便宜，功能也更弱。这种分类可能是根据它的目标受众来命名的：那些想要一个非常基本的接口来使用Internet的人。

移动计算比笔记本和上网本走得更远。许多智能手机和平板电脑的处理能力与笔记本电脑一样强，但封装更小。主要区别包括更小的屏幕尺寸和分辨率，更少的外部接口，移动电话功能和触摸屏技术，除了键盘或取代键盘。由于空间有限，手机通常也配备了较少的内存。

在软件方面，个人电脑操作系统也在提高可移植性。例如，谷歌Chrome OS通过访问web应用程序和云存储，将对硬盘空间的需求降至最低。这意味着一台只有64gb固态硬盘的上网本有可能和一台500gb硬盘的笔记本电脑一样好用。当然，不支持网络的大型应用程序是这种节省空间优势的例外。

来源：julie20098