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你知道每天使用的电脑是怎么运行工作的吗?科技在线为您解答

我们先从CPU开始介绍电脑,这个就是CPU它就是计算机的大脑。CPU的顶部是金属的封装盖,它为芯片起到保护的作用,在它下面还有一个较小的金属保护盖,它保护的就是CPU的芯片。芯片被焊接在下面的电路板上,电路板的背面分布着1200个金属触点,它们与主板上的1200个针脚相对应,半导体芯片被分为几个部分,但最有名的就是运行程序的10个核心。每个核心都相当复杂,里面包括指令单元,运算单元集成显卡和显卡缓存等等。
电脑运行原理

让我们把它放大到更大的比例,里面可以看到晶体管的样子。这些晶体管非常小,只有几纳米宽,而在这个芯片中,大约有100亿个这样的晶体管。在晶体管的顶部是多层金属线,层与层之间有垂直的金属通孔,这些晶体管和电线一起,组成一个庞大的高速公路网,使计算机每秒可以执行数十亿次的操作。多核芯片的每个核心之间,是共享的三级缓存,中间是环形互联导线,它的右边就是集成显卡的显卡芯片,左上角是内存控制器,负责向内存条读取数据和发送数据。芯片的左边是通信芯片,它负责管理,主板中的各个组件之间的数据交流。
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既然说到主板我们就来看看主板,主板是一块庞大的PCB电路板,它内部集成了数千根金属导线,上面焊接了各种微芯片插座,插槽端口和电线接口。主板右下角的散热片下面是主板的核心,他就是主板的芯片组。他有专门一组线路直接与CPU连接,需要说明的是这里展示的是最新Intel12代构架的主板。主板上位于CPU旁边的元件是稳压器模块,又称为VRM模块,它的作用是将电源送进来的电压降到1.32伏给CPU使用。并且这些组件的使用率高达80%至90%,因此需要配备散热器为它们散热。这颗CPU的峰值功率有120多瓦,迅速产生的高温,需要一个强劲的散热器来帮他降温。
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水冷的散热器是液体,通过金属管子进入散热器通道,再把高温的液体带到散热翅片被风扇散发到空气中去,循环流动的冷却液体。由散热器内置的水泵驱动组成水泵的分别是PCB板控制芯片转子,隔板定子和叶轮,定子和转子之间没有机械连接,因此不用担心冷却液会泄露的问题。为整台电脑供电的是他的电源,这个主变压器的作用是降低电压并调节了整个计算机中使用的初级测高压和次级低压之间的隔离边界,这是确保电压稳定输出的PCB控制板。以及还有许多用于过滤电流的小组件,经过电源后,输出的电压就是各个硬件所需的电压值,他给每个部件提供不同的功率,比如SSD固态硬盘消耗的功率只有几瓦,然而游戏显卡的功耗却能达到几百瓦,它往往需要12伏接口的额外供电,显卡的大脑同样是一颗,极其复杂的芯片它叫做GPU芯片。
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拿掉巨大的散热片,下面就是一颗硕大的GPU芯片,芯片四周是他的显存,侧面则是电源稳压模块,他们都被巨大的散热片压在下面。显卡的挡板一侧是各种显示器的接口,它的下方是PCA插口,而另一侧的则是额外供电的电源接口。现在我们打开显卡芯片看看它的结构。它的底部同样有1,000多个触点,连接到PCB板,打开封装盖我们发现它与CPU的结构完全不同,这里有大约118亿个晶体管。他们被分成6个图形处理集群,总共有28个图形处理器,每个图形处理器由128个核心组成,总共有3,584个核心。每个核心分为运算的部分和用于管理的部分,因此它比CPU的结构要简单的多。
电脑运行原理

芯片上的6个图形处理集群之间,各有一个共享二级缓存芯片,周围是与显存交换数据的内存控制器,以及一个PCA接口的控制器。现在我们把它放大到纳米级别的比例,里面排列的是与CPU有相似结构的晶体管,晶体管上面同样是多层金属导线,这是用经原厂的10纳米光刻机生产的。就制造工艺而言GPU和CPU在很多方面都很相似,但是GPU有数千个核心,这些内核只要简单的基本运算,而CPU只有少数几个核心就可以执行更复杂的操作。此外CPU的结构也更复杂,它具备运算单元分析单元代码执行单元等等。
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CPU是通过主板上的内存通道直接与内存条交换数据,内存条的8个芯片中,每一个芯片内部都有一个庞大的存储阵列,它有32个内存库组成,每个库的宽8,192列高65,536行,数据最终存储在几十纳米大小的存储器里面。但是内存只能暂时存储16G的数据,并在断电后数据不会保存。如果要永久保存数据,则需要存储在SSD固态硬盘当中。另一种存储设备,就是我们熟悉的机械硬盘,它通过磁头在磁盘上移动来访问50万个磁道中的单个磁道。写入数据是磁头改变轨道中的磁极方向来实现的,而读取数据则是磁头来感应磁盘上,不同方向的磁场,来获得二进制的数据,机械硬盘的读写速度更慢,但是它的容量更大成本更低。

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