系统架构设计师教程（清华第2版）＜第2章 计算机系统基础知识＞解读

2.1 计算机系统概述

    计算机系统 (Computer System) 是指用于数据管理的计算机硬件、软件及网络组成的系统。它是按人的要求接收和存储信息，自动进行数据处理和计算，并输出结果信息的机器系统。它包括中央处理器（CPU）、内存、存储设备（如硬盘和固态硬盘）、输入设备（如键盘和鼠标）、输出设备（如显示器和打印机）以及操作系统和应用程序。
    计算机系统的基本功能包括输入数据、处理数据、存储数据和输出数据。输入设备将用户输入的数据发送给计算机系统，中央处理器对数据进行处理并执行相应的指令，数据经过处理后存储在内存中，最终通过输出设备显示结果给用户。
    操作系统是计算机系统的核心组件，负责管理计算机硬件资源、为用户提供界面、调度任务和保护系统安全等功能。应用程序则是用户通过计算机系统来完成各种任务的工具。
    总的来说，计算机系统是一个复杂的系统，通过硬件和软件的协同工作实现数据处理和任务执行。它在各行各业中得到广泛应用，为人类的生产生活带来了巨大的便利和效率提升。

2.2 计算机硬件

2.2.1 计算机硬件组成

    计算机的硬件结构是计算机系统的物理组成部分，它定义了计算机如何执行指令、处理数据、存储信息和与外界交互。现代计算机硬件结构的设计基于冯·诺依曼架构，尽管有许多现代设计已经超越了这一架构的某些方面，但其核心原理仍然是计算机硬件设计的基础。
冯·诺伊曼将计算机划分为五个部分：
    (1)运算器 (Arithmetic Logic Unit, ALU)：用于执行算术和逻辑运算。
    (2)控制器 (Control Unit, CU)：用于控制指令的执行顺序和操作。
    (3)存储器 (Memory Unit)：用于存储数据和指令。
    (4)输入设备 (Input Unit)：用于输入数据和指令。
    (5)输出设备 (Output Unit)：用于输出结果和信息。

    现实的计算机硬件通常包括以下几个组成部分：
    (1)中央处理器（CPU）：负责执行计算机程序中的指令，并控制整个系统的运行。它包括算术逻辑单元(ALU)进行数学和逻辑运算，控制单元(CU)解析指令并控制数据流，以及寄存器，提供高速的数据存取。
    (2)主存储器(RAM)：用于临时存储正在运行的程序和数据，以便CPU能够快速访问和处理。
    (3)存储设备：包括硬盘驱动器、固态硬盘和光盘驱动器等，用于永久存储数据和程序。
    (4)输入设备：例如键盘、鼠标、触摸屏等，用于向计算机输入数据和指令。
    (5)输出设备：例如显示器、打印机、音箱等，用于向用户输出计算机处理后的结果。
    (6)总线系统(体现在硬件上就是主板)：将各种硬件组件连接在一起，并提供与CPU和其他设备通信的接口。包括数据总线、地址总线和控制总线。
    (7)显卡: 专门处理计算机图形和图像处理任务，它释放了CPU的负担，提高了处理速度和效率。
    (8)电源：为计算机提供电力供应。

    运算器和控制器归到处理器里，输入设备和输出设备则经常被设计者集成为一体(I/O)，按照传输过程被划分为总线、接口和外部设备。
    ([运算器+控制器]<>处理器)+存储器+([输入+输出设备]<>[总线+接口+外部设备])

2.2.2 处理器

    处理器，也称为中央处理器（CPU），是计算机系统中的核心组件，负责执行计算机程序中的指令。处理器是计算机的大脑，决定了计算机的性能和速度。它包含许多小的电子元件，组成了一个逻辑单元、控制单元和寄存器。

    处理器的主要功能包括解释、执行和控制计算机程序中的指令，以及处理数据和进行算术运算。它还负责管理计算机的各种组件，如内存、输入输出设备和外部存储设备之间的数据传输。

2.2.2.1 控制单元(CU)

    也称为控制器。CPU控制单元（Control Unit，简称C