计算机是如何组成的？

继上一篇外甥问我计算机问题之后，外甥女就显得格外勤奋了，竟然也对计算机感兴趣了

生活中有一类人特别让人害怕，就是突然 对某件事非常感兴趣

也不知道是真的感兴趣了，还是觉得我对他弟偏心了，哈哈

不管咋说，这姐弟俩是非常优秀的，碾压我姐弟俩一大截，是真的后浪

上次发文章之后，外甥女晚上发消息问我 计算机是如何组成的p>

本篇文章就来唠唠这个问题

因为外甥女是医学类专业，对计算机了解犹如我对女孩子的了解一般生疏

所以先说点简单的问题和一些专业名词介绍

什么是计算机

说一个小故事，看下有没有相同经历

接触计算机是因为计算器的经历

此时他会载着 我的一时才华和绵绵爱意，驶向那个从来不敢正视的女神

女神收到计算器的一瞬间嘴角上扬，而我的心 也随之欣喜若狂，世界此时都在微笑

言归正传哈，女孩到是没有的事，不过从此我对计算机有了概念了，产生兴趣了

计算机，俗称电脑 ，是一种高速计算的电子计算机器，可以进行数值计算、逻辑计算还具有存储记忆功能

看来我冒然的把计算器称为计算机也不算太离谱，起码都具有计算功能

一些名词解释

CPU：中央处理器是计算机系统的运算和控制核心模块，分为运算器和控制器

下面这图是CPU的工作原理

在拆本的那个时候，只有光驱、风扇我能命名，其他的都统称为芯片和集成电路，无法对他们准确命名

要是以一名工程师的身份去拆这个电脑，那这个被拆的电脑透出的价值可能会更大一些

而在那时候，他只不过是一个被我拆过的众多机中满足我好奇心的其中一个罢了

在拆完这个本之后，很长一段时间我认为计算机就是一堆集成电路和芯片组成的

但是在大多数人士看来，一台计算机由主机、显示器、键盘、鼠标和音箱等部件所组成

这种说法当然也没错，只是站在不同的角度来说

今天、站在一名专业的工程师(程序员，oh no 打工人)的角度说说计算机是如何组成的

首先计算机是由计算机硬件和计算机软件两部分组成

硬件部分包括中央处理器、存储器、输入输出设备

软件部门包括操作系统、驱动软件、编译器软件、应用软件等

冯·诺依曼除了在计算机领域有杰出贡献，在数学领域、量子理论、原子弹等等领域都有杰出贡献

介绍了 冯·诺依曼 结构再来说说哈佛结构

冯·诺依曼结构是由五部分组成的，哈佛结构的计算机分为三大部件：

（1）CPU；（2）程序存储器；（3）数据存储器。

哈佛结构把程序和数据进行了分离，分别独立为程序存储器和数据存储器，程序存储器和数据存储器采用不同的总线

两个存储器采用不同的总线意味着可以同时读取两个存储器的内容，这点大大提高了程序运行时的访存效率

冯·诺依曼和哈佛结构对比

首先 冯·诺依曼 结构的特点是：

• 单处理机结构，机器以运算器为核心
• 采用程序存储的思想
• 指令和数据都可以参与运算
• 数据以二进制表示
• 软件和硬件完全分离
• 指令由操作码和操作数组成
• 顺序执行

冯·诺依曼结构的缺点：

• 指令和数据存储在同一个存储器中，形成系统对存储器的过分依赖，计算的效率受到存储设备的影响

• 指令在存储器中按其执行顺序存放，由指令计数器PC指明要执行的指令所在的单元地址。 然后取出指令执行操作任务。所以指令的执行是串行，影响了系统执行的速度。

• 存储器是按地址访问的线性编址，按顺序排列的地址访问，利于存储和执行的机器语言指令，适用于作数值计算。但是高级语言表示的存储器则是一组有名字的变量，按名字调用变量，不按地址访问。机器语言同高级语言在语义上存在很大的间隔， 称之为冯·诺依曼语 义间隔。

• 冯·诺依曼体系结构计算机是为算术和逻辑运算而诞生的，目前在数值处理方面已经到达较高的速度和精度，而非数值处理应用领域发展缓慢，需要在体系结构方面有重大的突破。

哈佛结构的优点:

• 使用两个独立的存储器模块，分别存储指令和数据，每个存储模块都不允许指令和数据并存
• 使用独立的两条总线，分别作为CPU与每个存储器之间的专用通信路径，而这两条总线之间毫无关联

哈佛结构的缺点：

独立两个存储器导致结构复杂，一个电脑得装两个内存条和两个磁盘

各自都有优缺点，现在主流电脑都使用 冯·诺依曼结构 ，嵌入式设备基本采用的ARM体系结构

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我是龙叔，一个半吊子架构师，我们下期见

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