认识你的电脑 #

在这一部分，我们将对「电脑」这种神奇的黑箱做一个简要的、整体的介绍。看完这一部分，你将可以找到这些问题的答案：

什么是「CPU」？他们说的「i5」「i7」都是什么？「双核」「四核」又是什么？

为什么说「内存和硬盘不一样」？为什么手机上我们都喊「内存」？电脑特别卡，到底是内存不够还是硬盘不够？

我想玩游戏，选购电脑时应该关注什么方面？

什么是「Windows」？那「Windows 10」又是什么？为什么那些用苹果笔记本的同学电脑界面看起来和我不一样？

也许你曾经打开或看别人打开过家里台式机的机箱，又也许你曾经拆过或请别人拆过自己笔记本电脑的底壳。在几乎「无所不能」的电脑内部，是各种各样的电子电路和元器件，它们是人类智慧的结晶。这些电子电路和元器件构成了一台电脑的「硬件」部分。而在冷冰冰的硬件之上，「软件」为它们赋予了功能——在今天，我们有各种各样的 app 来进行工作、学习和生活。「硬件」好比你的身体，「软件」如同你的思维，它们共同构成了「电脑」这个有机体。

本章将带领大家认识自己的「电脑」——从构成「电脑」的关键硬件开始，逐一简要地介绍它们的功能，并为大家分析它们对「性能」的影响。然后，我们会介绍在硬件之上的一层层「软件」，讲述它们与硬件的统一和配合，让大家对「电脑」有更加清楚的认识。

电脑内部的硬件 #

这一节我们来介绍一台电脑内部的那些关键硬件。也许你并没有亲眼见过这些芯片和设备长什么样，但通过这一节的介绍，你应该能对它们有一个基本的了解。

想象一个场景…… #

我们假设这样一个场景：老师收了一个班的一摞作业，现在需要批改这些作业。

老师将这一摞作业堆在办公桌的一边，腾出办公桌的中央和另一边。
现在，老师取下这一摞作业中的一小叠，放在办公桌中央，开始伏案批改。
老师批改完了这一小叠作业，然后将它们放在办公桌的另一边，摞成新的一沓。
重复步骤 2 和步骤 3，最终老师完成了全部作业的批改，这时批改完的作业全部在办公桌的另一边。

我们会借助这个例子来更好地理解电脑硬件上的各个结构。

处理器 / CPU #

中央处理器，简称「处理器」，英文简写「CPU」，是电脑内部最重要的一枚芯片，可以想象成是电脑的「大脑」。在上面的例子中，「老师」就相当于电脑中的处理器：「老师」的作用是对「作业」进行批改，从而完成教学任务；处理器的作用是进行各种的运算，从而实现电脑不同的功能。

你一定注意到过，电脑会发热——热到需要用一个风扇给它降温，这热量中有很大一部分就是处理器发出来的。如果你有关注过时事和新闻，中美贸易战之中关键的一环，正是处理器芯片。下图中，左边是一枚台式机的 CPU，右边是一枚笔记本电脑的 CPU。

处理器是电脑工作的核心芯片，因此，**处理器的性能就很大程度上决定了电脑的性能，决定了我们使用这台电脑流不流畅、玩游戏卡不卡、工作效率高不高。**在今天，全世界电脑芯片基本上是由两家美国公司设计制造¹的，其中一家叫做「英特尔」（Intel），另一家叫做「AMD」。

英特尔公司现在主要的 CPU 产品线称作「酷睿」（Core），而「酷睿」系列又分成了 4 个档次——「i3」「i5」「i7」和「i9」。如果你现在在用笔记本电脑，不妨瞄一眼键盘下方是否有这样一个蓝色（也有可能是灰色）的贴纸：

AMD 公司现在主要的 CPU 产品线称作「锐龙」（Ryzen），而「锐龙」系列也分成了 3 个档次——「R5」「R7」和「R9」²。如果你现在用笔记本电脑，不妨瞄一眼键盘下方是否有这样一个红色的贴纸：

我们常常说一台电脑是「双核」「四核」的，这里的「双核」「四核」也是处理器中的概念。这些处理器在一片芯片放了多个「核心」，相当于一个个协同起来的独立的小处理器。例如，「双核」意味着在一枚处理器芯片上集成了两个核心，相当于两个大脑协同工作，当我们需要用电脑同时做很多事情的时候就有所裨益。同理，「四核」「八核」就是在一个芯片上集成了四个甚至是八个核心。

需要强调的是，并不是说核心数越多的处理器性能一定越好，更 不是说 i7 处理器就一定比 i5 更好，也 不是说英特尔的处理器就要比 AMD 好。我们应该这样辩证地理解这些概念：每个品牌都会随着时间推移一代代地更新，每一代都有着的不同系列，有的系列高端，有的系列低端；每个系列也都有自己的不同型号，有的型号性能强，有的型号性能弱。CPU 的性能并不与某一个因素呈线性的关系，而是多个因素综合的结果。

内存 / RAM #

紧接着，我们介绍能直接与处理器交流的部件——内存，英文简写「RAM」。上一小节提到，处理器相当于大脑，但与大脑不同的是，处理器只能处理数据，而这些待处理的数据，需要依赖外部的元件来临时存储。内存就是用来临时存储数据的。

内存本质也是一组芯片。生产内存这种芯片和生产处理器那种芯片所用的工艺有一些不同，目前生产内存这种芯片的厂商集中在韩国和中国台湾。一般这些芯片被排在条形的电路板上，这样的整体叫做「内存条」。下图中，上方的内存条是台式电脑使用的，下方的内存条是笔记本电脑使用的。

前文说，内存直接与处理器进行数据交流。与处理器那极快的运算速度相匹配，内存的读取与写入速度也是极快的。但内存有一个特点——断电即丢失数据。也就是说，当你电脑关机，内存中的数据便不复存在，又回到白纸一块。这种特性决定着，内存只能用来在电脑工作时临时存储信息。

回到前面老师批改作业的场景。办公桌的中央区域可以理解为「内存」：老师将作业放在办公桌中央批改，是因为这里改起来最方便；处理器将数据放在内存中处理，是因为这里读取和写入速度最快。办公桌中央不能总是放着东西，不然会弄乱、弄丢；内存中的数据一旦断电就会消失，因此总是临时的。

在 21 世纪初技术不是很发达的时候，内存的容量也不是很大，有 512 MB 已经不得了了。但随着科技发展，现如今大容量内存已经司空见惯。要想让现今的普通电脑基本流畅运行，内存容量应当至少有 4 GB。当然这东西倒是多多益善，就像更大的桌子能摆更多东西一样，**更多的内存意味着更多的空间来让处理器存放数据，也就意味着电脑能同时处理更多的任务，基本意味着电脑更加流畅。**据我们的经验，流畅运行诸如 AutoCAD、Photoshop 之类的专业软件至少需要 8 GB 的内存。整体来说，在目前（2024 年），16 GB 的内存对于绝大多数人都已经够用了。

对应到手机中，内存有时会被手机厂商称为「运行内存」，不过我们不推荐如此称呼。原因请参见「硬盘」一节。

硬盘 #

内存是用来临时存储数据的，而硬盘则是用来长久保存数据的。与内存相比，硬盘的读写速度要慢得多，但存在硬盘中的数据不会因为断电而轻易消失，因此，硬盘是数据的最初的起点和最终的归宿：处理器在一开始，从硬盘中取出数据放入内存，在内存中处理数据，处理完成之后，再将新的数据放回硬盘。

在前面老师批改作业的场景当中，办公桌两侧堆作业的地方可以理解为「硬盘」：大量的作业被堆在那里，整齐摆放，不会弄散、弄丢，但老师总是要把作业取到趁手的地方（办公桌中央）来批改；大量的数据被存在硬盘里，不会因为断电就丢失，但处理器总是要把数据放在快速的地方（内存）来处理。

简单来说，硬盘现在分为两种，一种叫「机械硬盘」（英文简称「HDD」）如下图左侧所示，一种叫「固态硬盘」（英文简称「SSD」）如下图右侧所示。前者容量大、价格低、速度更慢，后者容量小、价格高、速度较快（但远远没有内存那么快）。前者是利用电磁原理存储数据，后者是芯片存储数据，但这种芯片和内存的那种又不一样——内存那种断电数据就消失了，固态硬盘的芯片断电还能保持数据。不过，不管是哪种硬盘，如果硬盘许久不用（不给它通电），那里面的数据也会慢慢消失，固态硬盘大约是 3 至 5 年，而机械硬盘最多 20 年——所以，对于存了东西但没有装入电脑的备用硬盘，要定期拿出来通电运转一下。

在今天（2024 年），标称容量 1 TB 的固态硬盘大约 500 元，机械硬盘大约 300 元；标称容量 2 TB 的固态硬盘大约 800 元，机械硬盘大约 400 元。因此，如今很多电脑会用一块小容量（比如 512 GB）的固态硬盘，搭配一块大容量（比如 1 TB）的机械硬盘来实现各自功能的互补。但也有许多的电脑会选用一整块更大容量（比如 1 TB 甚至 2 TB）的固态硬盘而不再使用机械硬盘。

一块硬盘的空间可以被划分成不同的「盘」（学名叫「分区」）来更好地利用。打开桌面上的【此电脑】，你看到的所谓「C 盘」「D 盘」，就是各个分区。

硬盘对电脑使用体验的影响，主要是「打开软件的速度」，包括「开机的速度」。这是很容易理解的，因为数据原先都是存在硬盘里的，处理器从硬盘里「拿」数据的速度就直接影响着软件启动或者说加载的时间。

手机中也有类似固态硬盘一样的芯片来存储数据，它有时候被手机厂商称为「存储内存」，但它 完全不是 内存。这是为什么有人会弄混「内存」和「硬盘」的根源之一。大家常说的「手机内存不够」，指的往往是存储空间（可以理解为「手机的硬盘」）不够，而不是真正的「内存」不够。

显卡 / GPU * #

对于喜欢玩游戏的同学来说，「显卡」是他们在选购电脑时会着重考虑的一个因素。

以前，「显卡」就是电脑里面的一个独立的芯片，像内存那样有自己的独立的电路板并插接在主板上。这个芯片的功能是专门进行画面的绘制和图像的处理，因而得名「显卡」。所有显示在屏幕上的画面，都是由显卡进行「绘制」的。因而，**显卡的性能主要是对游戏以及一些图形相关的工作（比如三维制图、视频剪辑）有较大影响。**在 20 年前，电脑显卡长这样：

为什么上面那段要加上「以前」两个字呢？因为随着半导体技术的发展，人们后来发现，显卡可以被「集成」到处理器³中，换言之，就像多核处理器把几个核心放在一个芯片上一样，显卡也可以和处理器放在一个芯片上。容易想到，这样集成到一起之后，显卡就不能做得很大了（受限于芯片整体的大小），也不能做得性能很强了（因为处理器核就在它边上，大家一起发热，一起分享能量），但可以缩小硬件的体积，也能降低功耗。因而，发展到今天，显卡在电脑中的形态有了以下两种：

集成显卡，英特尔称「核芯显卡」。显卡被安排在处理器的同一片芯片上，性能相对较差，能应付大多数工作，但游戏、制图等特定工作就不太行了。集成显卡功耗很低，而且省去了用户单独购买显卡的麻烦。
独立显卡，简称「独显」。显卡芯片仍然是一片独立的芯片，有自己的供电和外围元件。这样的显卡性能比较强，但换来的是更高的功耗、更大的体积（游戏本为什么重）和更多的发热等。

今天，全世界生产 独立显卡 的厂商主要有两家，一家叫「英伟达」（Nvidia），它生产的显卡俗称「N 卡」；另一家是前文提到过造处理器的「AMD」，它生产的显卡俗称「A 卡」。如果你有涉足过硬件交流圈，玩家所说的「RTX 3060」「GTX 1080 Ti」等都是英伟达显卡的型号，「RX 6800 XT」「RX 580」等都是 AMD 显卡的型号。上图是目前英伟达的顶级游戏显卡 RTX 4090。

是不是有人会问，那生产 集成显卡 的厂商有哪些呢？这个问题这里不回答，因为这不构成一个问题。

一般来说，对于笔记本，轻薄本都没有独立显卡而是使用集成显卡，游戏本都装配有独立显卡。显然，这是由它们的使用场景和目标人群不同所决定的。值得注意的是，近些年来，随着人工智能（AI）技术的发展，显卡的功能已经不再局限于「打游戏」「制图」等图形工作上了——在 AI 模型的训练和推理过程中，显卡的并行计算能力能提供比处理器更好的性能。如果你了解过 AI 绘画或 AI 作曲等技术，在它们的说明文档中，你一定会看到对显卡的需求。如果你对这方面有兴趣，那么显卡的性能就成了你选购电脑时的重要考虑因素。

与我们「打交道」的软件 #

软件与操作系统 #

下面我们简单介绍「软件」和「操作系统」的概念。

由处理器、内存、硬盘以及各种各样的外围电子元件，共同构成了一台电脑的「硬件」部分。「硬件」就是电脑中电子电路的部分。而在「硬件」之上，硬件的具体工作任务是由「软件」来决定的。

我们用大家更熟悉的手机来做一个解释。手机上大家自己装的「QQ」「微信」「网易云音乐」，以及不是自己装的「电话」「短信」等 app 就属于「软件」。「QQ」「微信」指导硬件去利用网络收发信息，利用屏幕展示数据，「网易云音乐」指导硬件去播放声音，同时在屏幕上展示评论，「电话」「短信」指导硬件利用无线电模块发送和接收信号……同样一部手机，硬件还是那个硬件，但能通过不同的软件行使不同的具体功能。

而在「QQ」「微信」「电话」等 app 之下，在纯粹的硬件之上，有 一个更大，而且更「底层」的大软件，这个软件叫「操作系统」。简单地说，操作系统「夹」在各个 app 和硬件之间，为 app 具体行使功能提供了一系列方便的「接口」。有了操作系统，网易云音乐的开发者不再需要真正地去学习「怎么让喇叭发声」，而只需要学习「怎么告诉操作系统让喇叭发声」。「让喇叭发声」是一个带一些物理复杂知识的过程，但「告诉操作系统让喇叭发声」则相对简单得多。

由于上层的软件（也就是 app）需要依赖操作系统来实现功能，而每个操作系统留给 app 的接口细节上也有所不同，因此，针对不同操作系统开发的软件是 不能直接 通用的。App 厂商一般会为不同的操作系统开发同一款 app，这样就能照顾到使用不同系统的用户。

今天主流的手机操作系统有「安卓」（Android）、「iOS」以及国产的「鸿蒙」（Harmony OS）。Android 系统被各个手机厂商广泛使用，而 iOS 只能用在 Apple 的设备上，鸿蒙目前则只能用在华为的设备上。

而到了电脑上，「Windows」「Linux」及「macOS」是最常见的三种操作系统。Windows 最为常见，几乎所有的个人电脑都运行着 Windows 系统；Linux 则是一种开源的操作系统，主要在服务器上使用，一些专业人士也会在日常使用；macOS 则是苹果公司的操作系统，只能用在苹果的设备上。下图从左到右分别是 Windows 11、Linux（使用 KDE Plasma 桌面环境）和 macOS Monterey 的桌面界面。

Windows 操作系统 #

我们的大多数人使用的都是 Windows 操作系统。所谓「Windows XP」「Windows 7」和「Windows 10」则是 Windows 操作系统的不同版本。

Windows 由美国的微软公司（Microsoft）所开发，诞生于 1985 年。到今天（2024 年），Windows 已经经历了数个大版本的更新⁴。目前最新的 Windows 版本是「Windows 11」（发布于 2021 年 10 月 5 日），而大部分用户则使用着「Windows 10」。在有些地方，一些稍旧的计算机运行着「Windows 7」。更老的 Windows 版本，例如「Windows XP」，除去一些特定的老旧设备需要它们，日常已经鲜有使用。不同版本 Windows 系统之间会有操作细节、使用体验上的不同，不过往往最直观的不同是它们的「外观」。

Windows 可以使用在英特尔或者 AMD 处理器的电脑上——事实上，今天除了 Apple 以外几乎所有品牌的个人电脑都运行着 Windows 系统。

通过右键桌面上的【此电脑】并点选【属性】，你可以看到自己电脑 Windows 系统的版本。

本教程假定读者使用的系统是 Windows 10 或者 Windows 11，其中所有的操作都是基于 Windows 10 或者 Windows 11 简体中文版系统来描述的。如果你使用的是 Windows 7、Windows 8 或者 Windows 8.1，其中大多数操作也都能正常使用。一些明确仅能用于 Windows 10 和 / 或 Windows 11 的操作和技巧一般会特别标注。

练习 #

在之前打开的【此电脑】→【属性】，你除了能看到自己电脑的 Windows 版本之外，也能找到自己电脑的处理器型号和内存容量信息。尝试去查找这个信息，并自行上网搜索你的处理器型号，辨认它的品牌、系列，判断它是几核处理器，「主频」有多高。（「主频」是描述 CPU 性能的一个指标。）
你使用的是游戏本还是轻薄本？亦或是介于二者之间的所谓「全能本」？尝试翻到笔记本的底面，上网搜索它底面所写的型号，了解关于你自己机器的更多信息。
在 Windows 10 / 11 中，打开【任务管理器】，切换到【性能】选项卡，可以看到一个更详细的硬件运行状态，其中【硬盘】相关栏目展示了你设备的硬盘数量和类型（机械硬盘 HDD、固态硬盘 SSD）。尝试查看你电脑的硬盘容量和类型。

你可以通过按 Ctrl + Shift + Esc 来打开「任务管理器」。也可以右击【开始按钮】，选择【任务管理器】来打开它。
你对「电路」的认知有多少？你是否好奇 CPU 是怎么运作的？从开关、导线、电池、灯泡组成的最简单「电路」到几乎无所不能「电脑」之间到底发生了什么奇妙的变化？但限于《你缺计课》篇幅，我们是没法告诉你这些的。但是，你若有兴趣，可以去学习「电路电子技术」「数字电路与数字逻辑」「计算机体系结构」等相关内容。近年来，国际形势风云变幻，我国在芯片领域仍然存在许多短板。我们希望越来越多的有志青年能投身于包括但不限于体系结构、硬件组成、数字电路乃至微电子、半导体材料等领域，为我国芯片行业「补上短板」贡献自己的力量。

注释 #

事实上，芯片的「设计」和「制造」两件事是不一样的，就像能设计出房屋的建筑师不一定会到工地上去砌墙。英特尔能够自行完成从设计到制造整条流水线，而 AMD 只能完成设计，它的处理器是由专门负责制造芯片的厂商（例如台积电）生产的。
其实还有 R3，但是很少在消费市场见到。
一开始，集成显卡并不是集成到处理器中的，而是集成在主板上的一个芯片之中（称为「北桥」），后来才集成到了处理器里面。
关于 Windows 的一点点更新历史，可以参见蓝屏与解决蓝屏一章。