第二节：重新认识计算机

那怎么才能更好的理解计算机或者说重新认识计算机呢？思来想去，只有人体和人脑更合适。

在1946年冯诺依曼和其他计算机科学家们提出了计算机的具体实现报告，其遵循了图灵机的设计，而且还提出使用电子元件构造计算机，约定了把程序本身当作数据来对待，程序和该程序处理的数据用同样的方式储存。

冯·诺依曼理论的要点是：计算机的数制采用二进制；计算机应该按照程序顺序执行。人们把冯·诺依曼的这个理论称为冯·诺依曼体系结构。还定义计算机基本结构为5个部分，分别是运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。

控制器：控制器是对输入的指令进行分析，并统一控制计算机的各个部件完成一定任务的部件。它一般由指令寄存器、状态寄存器、指令译码器、时序电路和控制电路组成。是协调指挥计算机各部件工作的元件，其功能是从内存中依次取出命令，产生控制信号，向其他部件发出指令，指挥整个运算过程。

运算器：运算器又称算术逻辑单元（ArithmeticLogicUnit简称ALU），是进行算术、逻辑运算的部件。运算器的主要作用是执行各种算术运算和逻辑运算，对数据进行加工处理。控制器、运算器和寄存器等组成硬件系统的核心，也就是俗称的中央处理器（CentralProcessingUnit，简称CPU）。CPU通过总线与存储器进行交互，完成数据和程序的读写处理。

存储器：存储器是计算机记忆或暂存数据的部件。计算机中的全部信息，包括原始的输入数据，经过初步加工的中间数据以及最后处理完成的有用信息都存放在存储器中。而且，指挥计算机运行的各种程序，即规定对输入数据如何进行加工处理的一系列指令也都存放在存储器中。存储器分为内存储器（简称内存或主存）、外存储器（简称外存或辅存，如硬盘）。

内存条

机械硬盘

输入设备：输入设备是是重要的人机接口，用来接受用户输入的原始数据和程序，并将它们变为计算机能识别的二进制存入到内存中。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、光笔等。

输出设备：输出设备是输出计算机处理结果的设备，用于将存入在内存中的由计算机处理的结果转变为人们能接受的形式输出。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。

与之相对应的是人体结构，我们通过类比可以得知：

人体系统

计算机系统

CPU——大脑（控制器+运算器），完成精确的计算和分析，控制我们身体各个部件，完成复杂的动作。

存储器——大脑能够完成相关知识和场景的记忆，像硬盘一样，在需要的时候可以调取出来，看到一个人，能够很快回想起与他在一起时经历的故事。

输入设备——眼睛 耳朵 鼻子 舌头 身体的触觉等等，将外界的信息反馈到大脑中。

输出设备——表情 言语 四肢动作。

另外还有一点相似的是，计算机系统依靠电力驱动，在统一的时钟信号的协调下，完成复杂的运算和控制。而人体是在血液能量的驱动下，由神经系统完成统一的协调控制工作，但神经系统本质上也是一种电信号。一台计算机，负责运算的CPU往往要消耗掉大量的能量，人体在平静状态下，仅仅是大脑就会消耗掉近20%的能量。

在高负荷的情况下，能量消耗更为严重，比如说在1984年的国际象棋世界锦标赛中，由于俄罗斯选手阿那托里·卡尔波夫在此之前的五个月时间里，连续经历数十轮比赛，体重减少了十公斤，看上去太过消瘦憔悴，比赛不得不被突然叫停。据统计这些顶尖选手可以在一天之内消耗的热量多达6000卡路里，而且还是在坐了一整天的情况下。

同理可得，计算机在高负荷的情况下也会出现问题，比如说大家熟知的突然出现严重的噪声，CPU所在的地方严重发热、更严重的直接就宕机。