计算机系统硬件结构

一、总线

总线：贯穿整个系统的一组电子管道，就是为计算机各部件之间传递信息的通道，以字节为基本的传输单位
依据传递的内容不同分类：

1. 数据总线：数据总线用于传递数据信息；该数据可以是网卡中需要传输的数据，也可以是磁盘中指令代码，也可以是状态或控制信息（如外设送往CPU的状态信息）、数据总线是双向的CPU既可以向其他部件发送数据，也可以接收来自其他部件的数据(例如:对内存的读写，对外设的读写)；数据总线的位数是衡量计算机传输数据能力的一个重要的指标，通常与CPU的位数相对应。
2. 地址总线：地址总线用于传输地址的信息，如要访问外设的内存地址、某个外设的地址等。由于地址通常由CPU提供的，所以地址总线一般是单向传输的；由于地址总线传输内存的地址，所以，地址总线的位数决定了CPU可以直接寻址的内存范围。例如32位CPU的地址总线通常也是32位，可以表示出2^32个不同的内存地址，即可访问的内存容量为4GB（2^2=4294967296）。
3. 控制总线：顾名思义，控制总线用于传送控制信号。例如CPU向内存或输入输出接口电路发出的读写信号；又如，输入输出接口电路向CPU发送的用于同步工作的联络信号等。

二、I/O设备：

I/O设备：输入、输出等I/O设备是与外界交互的通道，一般包括磁盘 、键盘、鼠标、网卡、打印机、显示器等；每个I/O设备都要通过适配器或者控制器与总线连接。
为何外部设备要通过控制器或者适配器与总线连接而不能和主存一样直接与总线连接？

1. 由于CPU只能处理数字信息，而外设的输入输出信息有数字信息，也会有模拟信号，所以需要接口设备进行转换。
2. 由于CPU只能接收/发送并行信息，而外设的信息有些是并行的，有些是串行的，所以有个串并行信息转换的问题，这也需要接口来实现。
3. 外设的工作速度远低于CPU,需要接口在CPU与外设之间起到缓冲和联络作用。

三、主存

主存：主存是一个临时存储设备，在处理器执行程序时，用来存放程序和程序处理的数据，从物理上讲，主存是由一组动态的随机存取器(DRAM)芯片组成；从逻辑上讲，存储器是一个线性的字节数组，每个字节都有其唯一的地址(数组的索引)，这些地址从零开始的；一般来讲，组成程序的每条机器指令都由不同数量的字节构成；主存通常也被称为随机访问存储器(Random Access Memory,RAM)。

四、处理器(CPU)

程序计数器(PC):用于存放下一条指令所在单元的地址的地方,为CPU执行哪条指令提供依据，可以认为是PC决定了程序的运行流向。

寄存器文件：寄存器文件是一个小的存储设备，由一些1字节长的寄存器组成，每个寄存器都有唯一的名字；主要作用是为了缓解从主存读取指令的速度与CPU运算速度不对等的冲突问题。

算术逻辑单元(ALU):计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件；运算器的基本操作包括加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、比较和传送等操作

中央处理单元(CPU) ：简称处理器，是解释（或执行）存储在主存中指令的引擎，处理器从程序计数器（ PC ）指向的存储器处读取指令，解释指令中的位，执行该指令指示的简单操作，然后更新 PC ，使其指向下一条指令，而这条指令并不一定与存储器中刚刚执行的指令相邻。