简单的计算机组成原理及层次结构学习教程
作者：威斯布鲁克.猩猩
从软硬件角度划分计算机
从物理构成角度理解计算机(9层)
第1层：Physics（物理层）
第2层：Devices（器件层）
第3层：Analog Circuits（模拟电路层）
第4层：Digital Circuits（数字电路层）
第5层：Logic（逻辑层）
第6层：Micro-architecture（微结构层）
第7层：Architecture（体系结构)：将逻辑组件组合在一起以实现体系结构中定义的指令。
第8层：Operating Systems（操作系统）
第9层：Application Software（应用软件）
计算机系统的层次结构
现代计算机硬件框图
冯诺依曼体系机构六大特点
冯诺依曼结构：计算机时存储机构计算机，数字与程序都是以二进制的方式存储在计算机中。
1）计算机由五大部件组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。
2）指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址访问。
3）指令和数据用二进制表示
4）指令由操作码和地址码组成
5）存储程序
6）以运算器为中心
计算机硬件的主要技术指标
1）机器字长：CPU一次能处理数据的位数(与CPU的寄存器位数有关)。
2）运算速度
3）存储容量(存放二进制信息的总位数)
A.主存容量（内存）
B.辅存容量 （外存：硬盘、U盘、光盘等）
CPU的结构及功能
1）控制器
2）运算器
实现算术运算和逻辑运算
计算机存储设备的理解
1）存储金字塔
2）缓存
为什么会出现缓存？
CPU和主存的速度存在差异；在CPU同时处理很多数据，而又不能同时进行所有数据的传输的情况，把优先级低的数据暂时放入缓存中，等优先级高的数据处理完毕后再把他们从缓存中拿出来进行处理，而不是访问速度较慢的内存，当然，如需要的数据在Cache中没有，CPU会再去读取内存中的数据；避免了CPU"空等"的现象。
缓存的改进：增加缓存的级数
3）主存(内存)
主存就是内存；是直接与CPU交换信息的存储器，指CPU能够通过指令中的地址码直接访问的存储器，
1）ROM
即只读存储器，是一种之恶能读出实现所存数据的固态半导体存储器；ROM所存数据稳定，断电后所存数据也不会改变。重要特性：在一次性写入后，只能读出，不能再写入。
对于ROM来说，是不是就是硬盘呢？不是说ROM只可以读吗？必须明确一点，RAM和ROM都是内存，而硬盘是外存，所以ROM不等于硬盘。
2）RAM
即随机存储器，是与CPU直接交换数据的内部存储器；断电时将丢失器存储内容，故主要用于存储短时间使用的程序。它可以随时读写，而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储媒介。RAM和ROM相比，两者最大区别是RAM在断电以后保存在上面的数据会自动消失，而ROM不会自动消失，可以长时间断电保存。重要特性：可以随时读写，速度快。
3）ROM、RAM和硬盘比较
ROM是只读存储器，相对的RAM是随机存储器，他们都是内存储器。而硬盘(HDD)是外存储器的一种。他们完全不是一个概念。
内存和外存的最大区别有两个：
- 一、内存需要供电才能存储数据，一旦断电则会造成数据丢失，而外存存储则不需要供电；
- 二、内存的读写速度要远高于外存。ROM之所以被称为只读存储器，是因为通过一般的方法是无法写入或修改数据的，只能读出；而RAM则可以实现随机存取。
4）辅存 (外存)
特点：不直接与CPU交换信息
5）速度比较
CPU > 缓存(Cache) > 主存 > 辅存
4）总结
CPU不和外设打交道，直接与内存打交道
外设不和CPU打交道，直接和内存打交道
内存是计算机数据的核心。
但是我们发现控制器可以直接和外设，内存打交道。
冯诺依曼结构，从硬件上就决定了，外设数据必须先经过内存在到CPU，CPU数据必须经过内存再到外设。为以后计算机的发展打下基础。操作系统就是通过这一性质搭载到计算计算机硬件上的。
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