1 基本硬體組成
一臺計算機組成至少如下：
- CPU（Central Processing Unit）
中央處理器，計算機的所有計算由CPU執行， - 記憶體（Memory）
撰寫的程式、打開的瀏覽器、運行的游戲，都要加載到記憶體里才能運行，
程式讀取的資料、計算得到的結果，也都要放在記憶體里，記憶體越大，能加載的東西自然也就越多，
存放在記憶體里的程式和資料，需要被CPU讀取，CPU計算完之后，還要把資料寫回到記憶體，然而CPU不能直接插到記憶體上，反之亦然， - 主板（Motherboard）
一個有著各種各樣，有時候多達數十乃至上百個插槽的配件，CPU、記憶體都要插在主板，
主板的芯片組（Chipset）和總線（Bus）解決了CPU和記憶體之間如何通信的問題，- 芯片組
控制資料流轉 - 總線
實際資料傳輸的高速公路，總線速度（Bus Speed）決定資料傳輸速度
- 芯片組
輸入（Input）/輸出（Output）設備，即I/O設備，
顯示幕這所謂的輸出設備，
滑鼠和鍵盤所謂的輸入設備，
硬碟，資料持久化，
顯示幕、滑鼠、鍵盤和硬碟這些東西并不是一臺計算機必須的部分，
其實只需要有I/O設備，能讓我們從計算機里輸入和輸出資訊即可，云服務器，只要讓計算機能通過網路，SSH遠程登陸訪問就好了，因此沒必要配顯示幕、滑鼠、鍵盤，
顯卡（Graphics Card），使用圖形界面作業系統的計算機必不可少，
有人可能要說了，我裝機的時候沒有買顯卡，計算機一樣可以正常跑起來啊！那是因為，現在的主板都帶了內置的顯卡，
如果玩游戲，做圖形渲染或者跑深度學習應用，就需要買一張單獨顯卡，因為顯卡里有GPU（Graphics Processing Unit，圖形處理器），GPU一樣可以做各種“計算”的作業，
滑鼠、鍵盤以及硬碟都是插在主板，作為外部I/O設備，它們通過主板上的南橋（SouthBridge）芯片組，來控制和CPU之間的通信的，
“南橋”芯片
- 它在主板上的位置，通常在主板的“南面”
- 它的作用就是作為“橋”，來連接滑鼠、鍵盤以及硬碟這些外部設備和CPU之間的通信，
以前的主板上通常也有“北橋”芯片，用來作為“橋”，連接CPU和記憶體、顯卡之間的通信，不過現在的主板上的“北橋”芯片的作業，已經被移到了CPU內部，
2 馮·諾依曼體系結構
手機制造商們把CPU、記憶體、網路通信，乃至攝像頭芯片，都封裝到一個芯片，然后再嵌入到手機主板上，即SoC，System on a Chip（系統芯片），
但無論是PC/服務器/手機都遵循馮·諾依曼體系結構（Von Neumann architecture），也叫存盤程式計算機，意味著“可編程”、“存盤”計算機，
計算機由各種門電路組成完成計算程式，一旦需要修改功能，就要重新組裝電路，這樣的話，計算機就是“不可編程”的，因為程式在計算機硬體層面是“寫死”的，最常見的就是老式計算器，電路板設好了加減乘除，做不了任何計算邏輯固定之外的事情，
再看“存盤”計算機，程式存盤在計算機記憶體，可通過加載不同程式解決不同問題，
- 不能存盤程式的計算機
早年“Plugboard”這種插線板計算機，在板子上不同的插頭或者介面的位置插入線路實作不同功能，這樣的計算機“可編程”，但撰寫好的程式不能存盤下來供下一次加載使用，不得不每次要用到和當前不同的“程式”的時候，重新插板子，重新“編程”，
為了效率，有了“存盤程式計算機”，馮基于在秘密開發的EDVAC寫了一篇報告First Draft of a Report on the EDVAC，描述了一臺計算機什么樣，
包含處理器單元（Processing Unit）：
- 算術邏輯單元（Arithmetic Logic Unit，ALU）
- 處理器暫存器（Processor Register）
完成各種算術和邏輯運算，
因為它能夠完成各種資料的處理或者計算作業，因此也有人把這個叫作資料通路（Datapath）或者運算器，
包含控制器單元（Control Unit/CU）：
- 指令暫存器（Instruction Reigster）
- 程式計數器（Program Counter）
控制程式的流程，通常就是不同條件下的分支和跳轉，
算術邏輯單元和控制器單元組成CPU，
存盤器
存盤資料（Data）和指令（Instruction）的記憶體，以及更大容量的外部存盤，在過去，可能是磁帶、磁鼓這樣的設備，現在通常就是硬碟，
分類
存盤介質
半 導體存盤器：
記憶體、U盤、固態硬碟
磁存盤器：
磁帶、磁盤
存取方式
隨機存取存盤器RAM（Random Access Memory），通過電容存盤資料，必須隔一段時間重繪一次，如果掉電，那么一段時間后將丟失所有資料，
隨機讀取、與位置無關
串行存盤器：
與位置有關、按順序查找
只讀存盤器(ROM)：
只讀不寫
層次結構
原理
快取-主存層次
區域性原理，即在CPU與主存之間增加一層速度快(容量小)的Cache，以解決主存速度不足問題，
主存-輔存層次
區域性原理，在主存之外增加輔助存盤器(磁盤、SD卡、 U盤等)，以解決主存容量不足的問題，
輸入和輸出設備
無論是使用什么樣的計算機，都是和輸入輸出設備打交道，
- 個人電腦的滑鼠鍵盤是輸入設備，顯示幕是輸出設備
- 我們用的智能手機，觸摸屏既是輸入設備，又是輸出設備
- 跑在各種云上的服務器，則是通過網路來進行輸入和輸出，這個時候，網卡既是輸入設備又是輸出設備
任何一臺計算機的任何一個部件都可以歸到運算器、控制器、存盤器、輸入設備和輸出設備中，而所有的現代計算機也都是基于這個基礎架構來設計開發的
而所有的計算機程式，也都可以抽象為從輸入設備讀取輸入資訊，通過運算器和控制器來執行存盤在存盤器里的程式，最終把結果輸出到輸出設備中，而我們所有撰寫的無論高級還是低級語言的程式，也都是基于這樣一個抽象框架來進行運作的，
通用設計
資料線
I/O設備與主機之間進行資料交換的傳送線，
分為：
- 單向傳輸資料線
- 雙向傳輸資料線
狀態線
I/O設備狀態向主機報告的信號線
查詢設備是否已經正常連接并就緒
查詢設備是否已經被占用
命令線
- CPU向設備發送命令的信號線
- 發送讀寫信號
- 發送啟動停止信號
設備選擇線
主機選擇I/O設備進行操作的信號線
對連在總線上的設備進行選擇
CPU與IO設備的通信
程式中斷
當外圍IO設備就緒時，向CPU發出中斷信號，CPU有專門的電路回應中斷信號，
提供低速設備通知CPU的一種異步的方式，CPU可以高速運轉同時兼顧低速設備的回應，
- 程式中斷的一個簡單流程
不過頻繁切換 CPU 也會降低性能，所以又有如下方式
DMA (直接存盤器訪問)
DMA直接連接主存與I/O設備
- 當主存與I/O設備交換資訊時，無需中斷CPU，可提高 CPU 利用率
CPU速度與I/O設備速度不一致，
硬碟與外接顯卡里都有，
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