计算机组成原理
简介
计算机一般分为几个部分：存储系统，计算系统以及输入输出设备。
存储系统
对于存储器而言，分层概念非常重要，因为速度较快的存储往往价格比较昂贵，而且容量较小，而容量较大的存储虽然价格便宜，但是往往速度较慢。
基于上述原因，存储器一般分为高速缓存，主存以及辅存等层次。
高速缓存主要是解决CPU和主存之间速度不匹配的问题，通过大量典型程序分析发现CPU在从主存取指令或者数据时，在一定时间内只是对主存局部地址区域的访问，即指令和数据在主存的位置不是随机的而是相对的簇聚，使得CPU在访问时具有相对的局部性。也就是程序访问的局部性原理。所以CPU可以将主存的数据提前加载到高速缓存中，进行计算，可以有效提高CPU计算的吞吐速度。高速缓存虽然属于存储系统，但是一般集成在CPU内部。
辅存解决的是容量问题，Linux系统下的虚拟内存空间可以提供比物理内存大的多的内存空间。
运算器
ALU（算数逻辑单元）通常是指一个组合电路，使用寄存器保存参与计算的结果。
控制器
控制器的功能是解释并且执行指令。
PC，程序计数器寄存器保存了当前指令的地址，进行读取指令，PC有计数功能。
IR，指令寄存器存放了当前要执行的指令，将操作码放入CU进行分析。
CU，控制单元，发出控制信号，控制对应的部分进行指令执行。
输入输出系统
在计算机早期阶段：I/O设备较少，与主存交换信息都必须通过CPU。程序查询方式是由CPU通过程序不断查询IO设备是否已经做好准备，从而控制IO设备与主机交换信息。即只要CPU启动IO设备，便停止执行原有程序，转入执行查询程序，不断查询IO设备是否已经做好准备。若查得IO设备未准备就绪，就继续查询，若查得IO设备准备就绪就将数据从IO接口送至CPU，再由CPU送至主存。这样一个一个字节传送，直至这个数据块的内容全部传送完毕，CPU又重新回到原有程序执行。这种工作方式CPU和IO设备处于串行工作状态，CPU效率不高。
中断方式可以释放CPU的轮训压力，提升效率，CPU在启动IO设备后，不查询设备是否已经准备就绪，继续执行自身程序，只是当IO设备准备就绪并向CPU发送中断指令后才予以响应。响应后执行中断处理程序，处理完之后返回原程序断点继续执行。这就是程序中断方式。可以大大提高CPU执行效率。
DMA方式（直接存储器存取方式）