计算机组成概述

1. 计算机组成和计算机结构的概念区分

计算机结构：指的是能被程序员所看到的已经实现的计算机属性（或者称之为功能）。如乘法指令功能。
计算机组成：指的是如何实现计算机结构中的所体现的属性。如乘法指令的具体实现，比如累加的方式。

2 计算机组成研究的3个问题

1. 计算机需要实现什么功能？处理输入，产生输出，存储和执行程序以处理复杂的问题。
2. 计算机的组成模块？即计算机应该需要哪些部件，每个部件之间如何协同合作。
3. 信息的表示？首先用什么来表示信息，冯诺伊曼模型的答案是二进制数据。进一步又可以细分出2个问题，如何把现实中的模型转化为二进制数据来表示？二进制数据应该以何种方式存储在现实的硬件设备中？

3. 冯诺伊曼计算机模型三要素

1. 信息以二进制数据的方式表示。（依赖于物理技术的发展，电的高低电平表示1 0，确定了数据模型和硬件设备的连接方式）
2. 采用存储执行程序的方式。（计算机可以独立于人自动运行）
3. 计算机由5个部件组成。（确定了计算机的功能边界和架构）

4. 计算机系统硬件结构

CPU，IO，总线，存储器，接口（输入输出设备通常都没有集成到总线中，但是计算机通常会预留多个接口，使得输入输出设备可以通过接口连接到总线。和软件中的接口是同一种模型？）。

各硬件之间的连接关系

PS：该结构是个简化的模型，现代的计算机系统硬件结构有更多的优化。比如，由于CPU处理的速度远快于通过总线获取主存的数据，因此增加了多级缓存，一次从主存中获取大块的数据，缓存在Cache中。磁盘网卡等IO设备的数据读写比较慢，并且不需要CPU的参与，因此增加DMA设备，负责将IO设备中的数据读取到内存中。

5. 计算机的发展史

1. 电子管制造的巨型计算机（1946-1957，共11年），主要用于科学计算。
2. 晶体管制造的大型计算机（1958-1964，共6年），可用于数据处理。
3. 中小规模集成电路制造的小型计算机（1965-1971，共6年）。
4. 大规模，超大规模集成电路制造的微型计算机（1971-至今），计算机开始走入寻常百姓家。
   问题：计算机是从1946年开始，1971年才走入寻常百姓家，那么之前的电子设备，如电影，电报，电话，磁带都是以何种方式进行数据存储？

6. 其它相关设备的发展史

相机：以胶片相机为例，信息存储在胶片上，胶片中的化学物质在曝光时会产生化学反应，通过洗底片的方式把化学物质固定，如果需要照片则把化学物质上的信息复制出来即可。（简而言之，用化学物质来存储图片信息）
电影：在相机的基础上，进一步把多张图片组合成连续的动作。（本质都是把光信息存储在化学物质或者物理介质上，然后重映出来）
磁带：把声音振动的能量转化为强弱跟随声音变化的电信号（注意这里是连续的电信号）。电话同理，将声波信号转为电信号，存储或者传输电信号，然后再将电信号转为声波信号。
电报：图像信息转成电流信息，电流信息再转成电磁波，通过电磁波来传输，收到电磁波后再转为电流信息。
PS：上述的设备都是先于计算机产生，用不同的方式去存储和传输信息，但是并没有计算功能。
PSS：电子管的作用：放大电信号，使得电信号可以传播和接收。电话和电报是其早期的一种应用，为计算机的发明奠定了物质基础（计算机的物质基础是如何存储和传播电信号）。

7. 操作系统和语言的发展史

操作系统	起始时间
Windows	1985年
Linux	1991年
MacOs	1984年
Unix	1970年

编程语言	起始时间
C	1972年
C++	1983年
Python	1991年
Java	1990年
C#	2000年
Go	2009年

8. 多处理器架构

参考文章：多处理器架构
8.1 超线程技术：CPU在调度执行线程时，通常不会占用芯片全部的硬件，比如浮点运算和整数运算占用的是芯片中的不同部分，因此可以并行计算。对于单个物理CPU，模拟成2个CPU核心，并增加不能共享的硬件部分，如上下文缓存，然后共享同一个物理CPU。（其本质是因为CPU处理有大量的硬件冗余，通过增加其它硬件设备来利用这部分冗余）。
8.2 SMP（Sysmmetric Multi-Processor）。CPU之间存在数据竞争，因此无法很好的做动态扩展，可同时存在的CPU数量比较有限。

SMP架构

8.3 NUMA（Non-Uniform Memory Access）。将内存划成等份每份称之为一个节点，分给各个CPU，CPU会优先从最近的的Memory节点中读写内存。（这里会有个问题，对于多线程的进程，其会运行在多个CPU中，其内存也必然会被分配到多个Memory节点中，因此必然会出现跨节点的情况。操作系统需要对NUMA架构进行优化，减少跨节点访问数据，跨节点访问时，极限情况下会退化成SMP）。

NUMA

总结

1. 计算机的发展依赖于通用的信息表示。信息用01表示具有极高的通用性，在这个通用的模型下，把现实中的绝大部分信息都可以转成数字信息。
2. 计算机的发展是由下而上来驱动，操作系统依赖于计算机硬件性能的提升，因此需要更优的操作系统来发挥计算机的硬件性能。编程语言依赖于互联网的普及，需要更加符合当下需求的语言来编码。如今计算机硬件的发展逐渐停滞，那么软件的上限是否也会因此而被制约呢？当然，如今软件这一块仍大有可为，云就是从软件层面来整合硬件的。