Linux入门:计算机组件介绍

日期:2019-10-04编辑作者:娱乐

贾岳杭老师的工作室在北京CBD核心区的一座商住公寓中,两面是玻璃幕墙,视野很开阔,在初春的下午,阳光从西边斜照进屋里暖暖的。屋内陈设简单极了,完全出乎想象,一台个人用的笔记本电脑,旁边是一个画满各种创意、思维导图的白板,一张摆满各种DIY工具的工作台,只是在屋角的格子里有一台高大威猛的工作站比较醒目。贾岳杭老师给我们煮了一杯肯尼亚咖啡,然后就惬意的聊起来。

一、常见小问题

制造终极互动游戏——“人形游戏”

G:您跟我们想象的游戏设计师不太一样,我看到您的工作台上还有一台微型机床,还有很多伺服电机……除了游戏编程,您经常动手做一些好玩的东西?

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贾岳杭的DIY工作台

J:我可不是一个游戏程序设计师,那是码农,应该叫做多媒体交互设计师。现在的游戏大多数是在各种电子平台上运行,什么PC啊、笔记本啊、各种Pad、手机之类的,一般只能在视觉、听觉上与人产生互动。而且人机交互的方式是有限的,无论是键盘、鼠标还是触摸屏,给人感觉就是和机器打交道,任何机器都需要与人打交道,这就是人机交互,普通用户不会满足于总是输入“特殊的指令”,更何况是为了娱乐而玩游戏了。为什么现在很多公司喜欢做人形机器人?比如日本本田公司的阿西莫,它看上去没有什么实际意义,却是一个很强的人机交互实验平台。把机器人设计成有胳膊有腿,这本身就是设计的人性化,让人有亲近感,一台人形机器人,再加上声音、图像、触觉等各种传感器,如果在具备人类语言的识别的反馈能力,走出虚拟世界的“游戏伙伴”就出现了。当然,现在也有一些简单的“机器人”可以与人“做游戏”,像各种Saber机器人玩具,不过那些只能给孩子们玩玩,像我这样的老Geek,还是自己DIY吧。

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贾岳杭和他DIY的“真实游戏”

贾岳杭从抽屉里拿出一块布满芯片电路板:“这就是机器人肚子里的东西——Arduino平台,他可以连接各种传感器和数据接口,比如蓝牙、无线WiFi或者电脑的USB,接受指令后转化成PWM信号输出给马达,做出各种动作。不过Arduino平台只能做到数据的收发和转换,还不具备“大脑”的能力,需要要上位机,就是那台工作站来完成智能分析,发送正确的驱动信号至机器人。

Tips:阿西莫

“阿西莫”(ASIMO)机器人2000年10月31日诞生在日本本田技研工业公司,身高130厘米,体重54公斤,能自如地走动、跳舞、甚至是爬楼梯、踢足球。阿西莫拥有目前人形机器人领域最强的移动能力、利用工具与人的协调能力,以及极高的信息交流能力。它能察觉物体、识别程序化面孔、理解手势,当你向“阿西莫”举起手摆出“停”的姿势时,它会停住。当它遇到“熟悉”的面孔会向人挥手致意。

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畅想未来的Game——体感游戏&云游戏

G:是不是未来的游戏都能够从多种感官调动游戏参与者? J:恩,和人形机器玩游戏,可能还有点科幻,不过目前来看,体感游戏互动和云游戏是近期游戏发展的流行趋势。

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用身体控制游戏

G:我们在您的博客上看到您DIY了一个“三维扫描仪”,这是用来为了开发体感互动游戏用的么?

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贾岳杭DIY的3D扫描仪(图片来自贾岳杭的博客)

J:那个三维扫描仪本来是为了用图形反算的方式,做到物理识别,提高3D建模的效率,比如把一个玩偶放在3D扫描仪下,就像在医院做核磁共振扫描一样,马上在计算机上出现这个物体的三维模型,当然不是透视的,而是表面的。不过现在这台还不太成功,因为我能买到的摄像头分辨率不高,而且帧率也太低了。高性能的摄像头都运用在国家安全领域,高速摄像头扫描一张脸庞,通过小波分析技术,瞬间就能完成面部识别,准确率在95%以上,再到数据库中进行比对,就知道你是谁了。

Tips:小波分析

小波分析是指利用“小波”在时间(空间)频率的局部化进行分析,通过伸缩平移运算对信号(函数)逐步进行多尺度细化,最终达到高频处时间细分,低频处频率细分,能自动适应时频信号分析的要求,从而可聚焦到信号的任意细节。现在应用领域很广:从信号分析、图像处理,到量子力学、理论物理在到音乐与语言的人工合成等,常见的医学成像与诊断也是一种小波。

G:“云游戏”和现在的网络游戏有什么本质区别么?

J:说到云游戏,和传统的Server-Client结构是有本质区别的。“云”其实是运算技术发展的必然产物:硅基计算机所遵循的“摩尔定律”已经接近极限,必须要靠分布式大规模集成运算,来代替越来越变态的终端设备。未来的游戏拼的是电信的基础设施,比如韩国已经普及了光纤入户,基础设施过关的话,就可以把游戏的运算结果实时推送给用户。现在国内对于“云游戏”的概念比较混乱。真正的云游戏,应该能够让用户在本地客户端不用再进行大规模运算,也不需要存储本地数据,将运算和存储完全放在云端,用户在各种客户端打开都是一样的体验,不管你用电脑,还是Pad,还是手机或电视。另外“云”应该还有很强的事务处理能力。比如你要为爱人买一束花,不仅可以在网上花店选择最合适的品种,还可以在网络上了解到这束花的产地、开放日期、保质期等,甚至是和在什么时候用怎样的浪漫方式送给对方,都会有很好的推荐,给人们带来最大的便利。也许未来的游戏世界和真实世界没有明显的界线。

1.x86计算机是什么意思?

想成为多媒体交互设计师,得有“金刚钻”

G:要想成为向您这样的多媒体交互设计师,要具备那些本领?

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游戏开发利器——ThinkStation D20工作站

J:除了有动手能力,能自己DIY一些小东西,交互游戏设计师还得会点数学。因为我们天天打交道的就是点乘和叉乘运算、确定法线、构建多边形、计算Cosθ以确定是否碰撞……这些都是最基本的向量运算。与擅长通用计算的CPU相比,GPU也就是显卡核心更加擅长,GPU是由硬件实现的一组图形函数的集合,这些函数主要用于绘制各种图形所需要的运算。这些和像素,光影处理,3D 坐标变换等相关的运算由GPU硬件加速来实现。图形运算的特点是大量同类型数据的密集运算——像上面说的那些向量运算,GPU的微架构就是面向适合于系数矩阵类型的数值计算而设计的,大量重复设计的计算单元,使同一公式采用不同系数同时间段进行多次运算——大量数值运算的线程。像我用的这台联想ThinkStation D20工作站,显卡是NVIDIA Quadro 600,是一种入门级的专业3D显卡,拥有96个CUDA并行处理器核心。虽然他的CPU同样强悍——两颗Intel至强5600,但一共也只有12个核心,而且是串行运算,在点乘和叉乘执行效率方面都不能和GPU相比。

G:除了这些,想成为多媒体交互设计师,还要有哪些特殊装备么?

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记录各种“小聪明”的白板

J:恩,还需要一个白板,纸、笔,随时写写画画,把瞬间的灵感和思路记录下来。游戏设计最大的魅力就是要有“小聪明”,手段要新颖,想法要简单。

 

个人计算机被称为X86架构的计算机,因为Intel最早开发的CPU架构为8086,后来80286,80386;因此统称为X86架构;

 

2.为什么买回家500G的硬盘实际只有465G?

 

因为我们是按照2进制算的,即500G = 500 * 1024 * 1024 * 1024 B;

而他们1024是按照1000算的,因此是500*彩世界, 1000 * 1000 * 1000 / ( 1024 * 1024 * 1024) = 465 G; 

 

二、计算机的分类

 

计算机根据运算能力来说,分为:
(1)超级计算机(Super Computer):最快的计算机, 应用于模拟,比如国防军事领域的模拟,需要摆在空调房间里;

上海超级计算机中心的“曙光5000A":

  • 内存: 95TB;

  • 硬盘: 500 TB;

  • CPU:AMD 8347HE 64bit 4核低功耗1.9GHz;

(2)大型计算机(Mainframe Computer):处理大量数据与复杂运算,应用于处理证券交易所的大量数据,需要摆在空调间里;

IBM zEnterprise 114:

  • 内存:120GB;

  • CPU:3.8GHz;

(3)迷你计算机(Minicomputer):用于科学研究,不需要放空调间里;

HP 9000 rp3440-4:

  • 内存:24GB;

  • CPU:1GHz;

(4)工作站(Workstation):性价比较高,用于学术研究,追求稳定;

联想ThinkStation E30:

  • 内存:16GB;

  • CPU:3.2GHz;

  • 硬盘:500GB;

(5)微电脑(Microcomputer):个人计算机;

 

三、计算机的组成

 

1.大致介绍

 

计算机的三大组件:输入/输出单元、CPU、内存;

 

CPU

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内存

 

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硬盘

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显卡

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网卡

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计算机主机中最重要的是主板,因为CPU、显卡、内存、网卡、声卡都是插在主板上的(当然如果主板已经集成了显卡、声卡、网卡就不用再插这些设备了)。

主板上面还有CMOS和BIOS;

CMOS芯片:负责存储硬件的配置参数,例如网卡是否开启等;

BIOS(Basic Input Output System)是一个软件,但是死装在主板上,开机时按[delete]键即可进入,负责读取和写入硬件的参数;

CPU的上面一般都会按一个风扇,因为CPU任务多,且热量大;

北桥:负责内存、CPU、显卡的速度较快设备的通信;

南桥:负责硬盘、USB等速度较慢的设备的通信;

 

Tips:

 

显卡(又称VGA,Video Graphics Array):一般的规格有PCI/AGP/PCI-Express;

显卡需要有显卡内存,此显卡内存大小决定了分辨率的大小;

GPU:嵌入于显卡中,专门用来处理3D加速的芯片。

 

四、CPU介绍

 

1.CPU功能

 

CPU(Central Processing Unit)有两大组成部分:(1)算术逻辑单元(2控制单元;

算术逻辑单元负责运算功能,控制单元负责协调各单元的工作;

CPU只能从内存中读取数据,计算完的数据也只能放入内存;

而CPU与内存的数据传输也是不快的,因为需要经过北桥,所以CPU内部存在一个Cache(SRAM),将一些常用的数据放在Cache中;

 

2.CPU指令

 

CPU是一个芯片,内含指令集;

20%的指令完成80%的功能;

CPU根据内部的指令集设计理念可分为:
(1)RISC(Reduced Instruction Set  computer ):每条指令短且长度相同,并且指令集较小;

Sun公司的SPARC:用于大型工作站;

ARM:用于手机等;

IBM PowerPC;

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