计算机CPU、内存、硬盘及指令之间关系初涉

首先，我们先思考下人类为何要发明计算机，以及现代计算机的软硬件已经发展到什么地步了？

在计算机的发展长河中，首先人类发明计算机用来实现巨大规模的计算功能。1946年的美国宾夕法尼亚大学诞生了世界上第一台电子计算机ENIAC，美国国防部用它来进行弹道计算。。它是一个庞然大物，用了18000个电子管，占地170平方米，重达30吨，耗电功率约150千瓦，每秒钟可进行5000次运算。虽然现在看来，这样的速度微不足道，但是其具有里程碑意义。到现在过去了70年，计算机已经经历了电子管计算机、晶体管计算机、中小规模集成电路计算机时代，此刻微型计算机在社会上的应用范围进一步扩大，几乎所有领域都能看到计算机的“身影”。而人类希望未来的某一天，计算机能够指具有人工智能，它具有推理、联想、判断、决策、学习等功能。

图灵测试与图灵机

所谓图灵测试，是计算机科学之父艾伦·图灵(Alan Turing)所提出的，即远处的人类测试者在一段规定的时间内，根据两个实体对他提出的各种问题的反应来判断是人类还是电脑。通过一系列这样的测试，从电脑被误判断为人的几率就可以测出电脑智能的成功程度。图灵预言，在20世纪末，一定会有电脑通过“图灵测试”。2014年6月7日在英国皇家学会举行的“2014图灵测试”大会上，举办方英国雷丁大学发布新闻稿，宣称俄罗斯人弗拉基米尔·维西罗夫（Vladimir Veselov）创立的人工智能软件尤金·古斯特曼（Eugene Goostman）通过了图灵测试。除此之外，图灵认为这样的一台机器就能模拟人类所能进行的任何计算过程，这个著名的图灵机模型为现代计算机的逻辑工作方式奠定了基础。

冯·诺伊曼结构

正如Java语言中的接口和实现类的关系，冯·诺依曼结构中计算机实现了上述的图灵机。其硬件系统由运算器、控制器（前两者组成CPU）、存储器（内存）、输入设备、输出设备5个硬件系统构成。运算器。计算机中进行算术运算和逻辑运算的主要部件，是计算机的主体。在控制器的控制下，运算器接收待运算的数据，完成程序指令指定的基于二进制数的算术运算或逻辑运算。数据和指令以二进制形式，不加区别的存放在存储器中。

计算机各个部件是怎么连接起来的？如图：

CPU的运算速度远比内存读写、硬盘读写及互联网传输速度快的多

那如何解决这CPU的速度快，但内存、硬盘却在拖后腿个问题呢？有两个解决方案：1.1. 提升硬盘等设备的速度，和CPU匹配，但现阶段不可能。2. 承认局限， 但充分压榨CPU的能力， 让CPU“忙死”

  A.同步 -> 异步 

  B.顺序-> 并发

  C.增加中间层,及缓存。

上帝的规则：局部性原理

时间局部性：是指如果程序中的某条指令一旦执行，则不久之后该指令可能再次被执行； 如果某数据被访问，则不久之后该数据可能再次被访问。

空间局部性： 是指一旦程序访问了某个存储单元，则不久之后。其附近的存储单元也将被访问。当CPU要读取一个数据时，首先从CPU缓存中查找，找到就立即读取并送给CPU处理；没有找到，就从速率相对较慢的内存中读取并送给CPU处理，同时把这个数据所在的数据块调入缓存中，可以使得以后对整块数据的读取都从缓存中进行，不必再调用内存