计算机的基本是由什么组成？（上）

软件行业非常迅速，以前流行C,C++java,spring，现在springcloud,docker,微服务，k8s云原生等概念火热，还有各种各样的新技术在不断的涌现出来。但是计算机底层原理 这几十年一直并没有太大的变化，与其不断去尝试新技术，不如耐住性子，深入学习底层的知识，好好修炼“内功”。

计算机的软硬件概念

计算机系统由"软件"和"硬件"2大部分组成

其中软件如果按应用范围分类，一般分为系统软件和应用软件：

1. 系统软件是各类操作系统，如windows、Linux、UNIX等，还包括操作系统的补丁程序及硬件驱动程序，都是系统软件类。
2. 应用软件可以细分的种类就更多了，如工具软件、游戏软件、管理软件等都属于应用软件类。

其中计算机硬件经过发展历程：

1. 电子管时代，速度每秒几千次~几万次
2. 晶体管时代，速度每秒几万次~几十万次
3. 中小规模集成电路时代，速度每秒几十万次~几百万次
4. 大规模、超大规模集成电路时代，速度每秒上千万次~万亿次

冯·诺依曼体系结构

1946年，第一台计算机ENIAC诞生，人类进入计算机时代，冯诺依曼和其他计算机科学家们 提出了计算机"存储程序"的计算机设计理念，即将计算机指令进行编码后存储在计算机的存储器中，需要的时候可以顺序地执行程序代码，从而控制计算机运行。还定义计算机基本结构为 5 个部分，分别是运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备，这就是冯.诺依曼计算机。

实线箭头表示 数据线，虚线箭头表示 控制线和反馈线

冯·诺依曼计算机特点：

1. 计算机由 运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备 五大部件组成， 侧重于硬件抽象
2. 将计算机的计算和记忆分开，负责计算的部分由运算器和控制器组成，负责记忆的部分称为存储器
3. 指令和数据均用 二进制数 表示
4. 指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可 按地址寻访
5. 指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置
6. 指令在存储器内按顺序存放。通常，指令是顺序执行的，在特定条件下，可根据运算结果

或根据设定的条件改变执行顺序

7. 以运算器为中心

现代计算机系统与冯·诺依曼计算机差别不大，最大的区别冯·诺依曼计算机 是 以运算器为中心的 ，而现代计算机 以储存器为中心：

接下来，我们分别介绍一下这几个重要组成部分

1. 存储器

存储器是用来存放数据和程序。存储器 包含主存和辅存

• 主存：直接与CPU交换信息，就是我们熟悉的内存
• 辅存：辅存可作为主存的后备存储器，不直接与CPU交换信息，容量比主存大，但速度比主存慢。比如机械硬盘、固态硬盘等

2. 运算器

运算器也叫算数逻辑单元，是进行算数运算和逻辑运算的部件，在控制器的控制下，对取自内存储器的数据进行算术运算或逻辑运算，并将运算的结果送到内存储器。

3. 控制器

控制器用来控制、指挥程序和数据的输人、运行以及处理运算结果。计算机在工作时，控制器首先从内存储器中按顺序取出一条指令，并对该指令进行译码分析，根据指令的功能向相关部件发出操作命令，使这些部件执行该命令所规定的任务，执行之后再取出第二条指令进行分析执行。如此反复，直到所有指令都执行完成。

4. 输入设备

输入设备用来将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式，常见的有键盘、鼠标等

5. 输出设备

输出设备可将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式，如打印机输出、显示器输出等。

6. 中央处理器(CPU)

由于运算器和控制器在逻辑关系和电路结构上联系十分精密，特别是大型集成电路时代的到来，所以往往会将运算器和控制器集成到同一个芯片上，统称 在中央处理器(CPU)，其功能是从内存储器中取出指令、解释指令并执行指令。

7. CPU中 还有一个常见的组件，寄存器

寄存器是CPU内部用来存放数据的一些小型的存储区域，用来暂时存放参与运算的数据以及运算结果。寄存器由电子线路组成，存取速度非常快，与CPU的速度相当，寄存器的成本较高，因而数量较少。CPU内部的寄存器类型有指令寄存器、程序计数器、数据寄存器、地址寄存器以及状态寄存器等。

总线

总线是贯穿整个系统的是一组电子管道，称作总线，它携带信息字节并负责在各个计算机部件间传递。通常总线被设计成传送定长的字节块，也就是字（word）。字中的字节数（即字长）是一个基本的系统参数，各个系统中都不尽相同。现在的大多数机器字长要么是4个字节（32位），要么是8个字节（64位）。本文我们不对字长做任何固定的假设

另外计算机最小的存储单位是 字节（ byte ） ，1 字节等于 8 位（1Byte=8bit），而 位/比特（bit） 是计算机最小的数据传输单位。1 字节等于 8 位(1Byte=8bit）这个换算规则大家需要牢记

我们顺便把内存相关的知识串起来：计算机将8个bit归为一组，为字节，每一个字节都对应一个内存地址。内存的地址是从 0 开始编号的，然后自增排列，最后一个地址为内存总字节数 - 1。CPU只需要知道某个数据类型的地址, 就可以直接去到对应的内存位置去提取数据了。

总线可分为 3 种：

• 地址总线 ，一般用于指定 CPU 将要操作的内存地址；
• 数据总线 ，一般用于读写内存的数据；
• 控制总线 ，一般用于发送和接收信号，比如中断、设备复位等信号，CPU 收到信号后，通过控制总线进行响应；