大家好。
每天我们都在使用电脑。
打开浏览器。
观看视频。
发送消息。
玩游戏。
使用人工智能。
但是你有没有想过一个问题：
计算机到底是如何工作的？
为什么一块小小的芯片，能够完成如此复杂的任务？
今天，我们就从最底层开始，一步一步揭开计算机的秘密。
第一部分：计算之旅
请看这张图。
从最底层的电流开始。
到晶体管。
到逻辑门。
到电路。
到 CPU 和内存。
到操作系统。
再到应用程序。
最后形成我们每天使用的数字世界。
这就是整部视频的主线。
接下来，我们沿着这条路线向前探索。
第二部分：电流
一切都从电流开始。
在计算机内部。
有数十亿个微小的电子开关。
这些开关只有两种状态。
开。
或者关。
有电。
或者没电。
为了表示这两种状态。
计算机使用两个数字。
0 和 1。
OFF 代表 0。
ON 代表 1。
这就是数字世界最基础的语言。
看起来很简单。
但正是无数个 0 和 1。
构成了整个现代计算机。
第三部分：二进制
既然计算机只有 0 和 1。
那么它如何表示数字呢？
答案就是二进制。
例如：
十进制的 0。
对应二进制的 0000。
十进制的 1。
对应二进制的 0001。
十进制的 2。
对应二进制的 0010。
十进制的 3。
对应二进制的 0011。
所有数字。
最终都可以转换成由 0 和 1 组成的序列。
对于计算机来说。
没有文字。
没有图片。
没有音乐。
只有数字。
而所有数字最终都是二进制。
第四部分：晶体管
那么。
是谁在控制这些 0 和 1 呢？
答案是晶体管。
晶体管可以理解成一个极其微小的电子开关。
输入一个信号。
它决定是否允许电流通过。
当开关打开。
输出为 1。
当开关关闭。
输出为 0。
现代 CPU 内部。
拥有数十亿个这样的晶体管。
单独一个晶体管并不强大。
但当数十亿个晶体管协同工作时。
奇迹便出现了。
第五部分：逻辑门
多个晶体管连接在一起。
形成逻辑门。
逻辑门是计算机做决策的基础。
最常见的逻辑门有三种。
AND 门。
OR 门。
NOT 门。
AND 门要求所有输入都为 1。
输出才是 1。
OR 门只要有一个输入为 1。
输出就是 1。
NOT 门则负责反转信号。
1 变成 0。
0 变成 1。
看起来这些规则非常简单。
但正是这些简单规则。
构成了整个数字世界。
第六部分：从逻辑门到 CPU
接下来是非常关键的一步。
很多人认为 CPU 很神秘。
事实上并不是。
CPU 并不是魔法。
CPU 是一层一层构建出来的。
晶体管组成逻辑门。
逻辑门组成加法器。
多个加法器组成 ALU。
也就是算术逻辑单元。
而多个 ALU、寄存器和控制单元。
最终组成 CPU。
所以。
第七部分：内存
计算机不仅需要计算。
还需要存储数据。
这就是内存存在的原因。
RAM 用来保存当前正在使用的数据。
当你打开浏览器。
浏览器程序会被加载到 RAM 中。
RAM 非常快。
但它是临时的。
断电之后。
里面的数据会全部消失。
而 SSD 或硬盘则不同。
它们能够长期保存数据。
即使关机也不会丢失。
你可以把 RAM 想象成办公桌。
把 SSD 想象成文件柜。
办公桌更快。
文件柜容量更大。
第八部分：CPU
现在我们来到计算机的大脑。
CPU。
CPU 的任务非常简单。
执行指令。
每个程序都是由无数指令组成的。
CPU 不断重复一个循环。
取指。
译码。
执行。
首先从内存读取指令。
然后分析指令的含义。
最后执行指令。
例如计算：
2 加 3。
CPU 会读取加法指令。
识别这是一条加法操作。
然后完成计算。
最终得到结果 5。
这个过程每秒钟会发生数十亿次。
第九部分：时钟
那么问题来了。
CPU 怎么知道什么时候执行下一步呢？
答案是时钟。
计算机中的时钟并不是显示时间的钟表。
而是一个不断发出脉冲的同步器。
就像乐队里的指挥。
每一次脉冲。
都告诉 CPU 前进一步。
取指。
下一拍。
译码。
下一拍。
执行。
下一拍。
继续循环。
CPU 速度通常用 GHz 表示。
4GHz 的意思是。
每秒大约 40 亿次时钟脉冲。
这也是为什么现代 CPU 能够如此快速。
第十部分：软件如何控制硬件
现在我们已经有了。
晶体管。
逻辑门。
CPU。
内存。
那么应用程序如何使用它们呢？
答案是操作系统。
浏览器想读取文件。
游戏想使用显卡。
音乐播放器想播放声音。
它们并不会直接控制硬件。
而是向操作系统提出请求。
操作系统负责协调所有资源。
并保证各个程序不会互相干扰。
没有操作系统。
现代计算机几乎无法正常工作。
第十一部分：Linux、Windows 和 macOS 的位置
Windows。
macOS。
都属于操作系统。
它们位于应用程序和硬件之间。
应用程序提出请求。
操作系统负责管理。
因此。
操作系统实际上是整个计算机系统的管理者。
它负责分配资源。
管理硬件。
提供服务。
保证系统稳定运行。
第十二部分：点击图标之后发生了什么
让我们看一个简单例子。
你点击浏览器图标。
CPU 开始执行浏览器代码。
浏览器请求访问网络。
操作系统把请求交给网络驱动。
数据从互联网传输回来。
CPU 对数据进行处理。
显卡负责绘制网页。
最终。
网页出现在你的屏幕上。
整个过程可能只用了不到一秒钟。
但背后已经发生了数百万甚至数十亿次运算。
总结
那么。
计算机到底是如何工作的？
最底层是电流。
电流形成二进制信号。
二进制信号控制晶体管。
晶体管组成逻辑门。
逻辑门组成电路。
电路构成 CPU 和内存。
CPU 执行指令。
操作系统管理资源。
应用程序使用操作系统提供的服务。
所有这些层层叠加。
最终形成了今天的数字世界。
你访问的每一个网站。
观看的每一个视频。
发送的每一条消息。
归根结底。
都来自数十亿个微小开关的不断开与关。
这就是计算机工作的故事。
感谢观看。
在下一期视频中。
我们将深入探索计算机中最重要的组件之一：
CPU 到底是如何工作的。