计算机的基本硬件组成

CPU相当于人的大脑，总指挥人体的各项功能；内存、硬盘相当于大脑中的记忆板块，记录、存储信息的，主板相当于人的神经系统，将人体各部分链接起来；显卡相当于人的眼睛，心脏则是计算机的电源，开通电源才能发起一切活动。

CPU

CPU 的全称是 Central Processing Unit，它是你的电脑中最硬核的组件，这种说法一点不为过。CPU 是能够让你的计算机叫计算机的核心组件，但是它却不能代表你的电脑，CPU 与计算机的关系就相当于大脑和人的关系。CPU 的核心是从程序或应用程序获取指令并执行计算。此过程可以分为三个关键阶段：提取，解码和执行。CPU从系统的主存中提取指令，然后解码该指令的实际内容，然后再由 CPU 的相关部分执行该指令。

内存

内存（Memory）是计算机中最重要的部件之一，它是程序与CPU进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的，因此内存对计算机的影响非常大，内存又被称为主存，其作用是存放 CPU 中的运算数据，以及与硬盘等外部存储设备交换的数据。只要计算机在运行中，CPU 就会把需要运算的数据调到主存中进行运算，当运算完成后CPU再将结果传送出来，主存的运行也决定了计算机的稳定运行。

主板

主板上集成了各种电子元件、插槽和接口等，为CPU、内存和各种功能卡，如声卡、网卡等提供了安装插槽，为各种多媒体和通信设备提供了接口。如下图所示为主板的结构图。


下面将对主板的各元件、插槽和接口分别进行介绍。
北桥芯片：北桥芯片是主板芯片组中最重要的一块芯片。电脑中的CPU、内存和显卡都是由北桥芯片控制，因此北桥芯片的优劣在一定程度上决定了主板的性能。由于北桥芯片处理的数据较多，为降低其工作时散发出的热量，一般情况下还会在其上方安装散热片。
北桥芯片


南桥芯片：南桥芯片是主板的第二大芯片（第一大芯片是北桥芯片）。南桥芯片控制了输入/输出设备和外部设备，如USB设备、IDE设备、SATA设备、音频控制器、键盘控制器、实时时钟控制器和高级电源管理等设备。
南桥芯片
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主板是一个有着各种各样，有时候多达数十乃至上百个插槽的配件。我们的 CPU 要插在主板上，内存也要插在主板上。主板的芯片组（Chipset）和总线（Bus）解决了 CPU 和内存之间如何通信的问题。芯片组控制了数据传输的流转，也就是数据从哪里到哪里的问题。总线则是实际数据传输的高速公路。因此，总线速度（Bus Speed）决定了数据能传输得多快。

系统总线和IO总线
一般主机板芯片组有分北桥与南桥， 北桥的系统总线称为系统总线，因为是CPU、内存、显卡传输的主要通道，所以速度较快。南桥就是所谓的输入输出(I/O)总线，主要在联系硬盘、USB、网络卡等周边设备，最常见的是PCI总线。这两条总线之间用桥接的芯片或者说电路连接起来。
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举个形象的例子，就好比一个城市里，有两条主干道，一条属于行政区，一条属于商业区，中间有个环岛，将两条主干道连接到了一起，系统总线就好比行政区里的主干道，而I/O总线就好比商业区的主干道。系统总线和I/O总线的带宽的单位都是以Gbyte来记，但是显而易见的是，行政区的主干道和商业区的主干道相比的话，前者肯定更“核心”，更宽，更顺畅，设计的要求也高
CPU总线的功能
CPU总线，又称为FSB（前端总线，Front Side Bus），是PC系统中最快的总线，也是芯片组与主板的核心
通常，总线可分为三类：数据总线，地址总线，控制总线，当然这也适合于CPU总线。在微型机中，CPU作为总线主控，通过控制总线，向各个部件发送控制信号，通过地址总线用地址信号指定其需要访问的部件，如存储器，数据总线上传送数据信息，数据总线是双向的，即，数据信息可由CPU至其它部件（写），也可由其它部件至CPU（读）。CPU总线处于芯片组与CPU之间，负责CPU与外界所有部件的通信，因为CPU是通过芯片组联系各个部件的。此外，CPU总线还负责CPU与Cache之间的通信。正如前面所说，CPU总线像一条主干道，数据和信号从这主干道上流到各个部件和外部设备，也从各个部件流回CPU（主要是数据）。

I/O 设备

有了三大件，只要配上电源供电，计算机差不多就可以跑起来了。但是现在还缺少各类输入（Input）/ 输出（Output）设备，也就是我们常说的I/O 设备。如果你用的是自己的个人电脑，那显示器肯定必不可少，只有有了显示器我们才能看到计算机输出的各种图像、文字，这也就是所谓的输出设备。
同样的，鼠标和键盘也都是必不可少的配件。这样我才能输入文本，写下这篇文章。它们也就是所谓的输入设备。

显卡

还有一个很特殊的设备，就是显卡（Graphics Card）。现在，使用图形界面操作系统的计算机，无论是 Windows、Mac OS 还是 Linux，显卡都是必不可少的。有人可能要说了，我装机的时候没有买显卡，计算机一样可以正常跑起来啊！那是因为，现在的主板都带了内置的显卡。如果你用计算机玩游戏，做图形渲染或者跑深度学习应用，你多半就需要买一张单独的显卡，插在主板上。显卡之所以特殊，是因为显卡里有除了 CPU 之外的另一个“处理器”，也就是GPU（Graphics Processing Unit，图形处理器），GPU 一样可以做各种“计算”的工作。

冯若依曼和哈佛

冯·诺依曼体系结构概述

数学家冯·诺依曼提出了计算机制造的三个基本原则（采用二进制、程序存储、顺序执行），以及计算机的五个组成部分（运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备），这套理论被称为冯·诺依曼体系结构，根据这一原理制造的计算机被称为冯·诺依曼结构计算机。
冯·诺依曼最先提出程序存储的思想，并成功将其运用在计算机的设计之中。冯·诺伊曼体系结构是现代计算机的基础，现在大多计算机仍是冯·诺伊曼计算机的组织结构，因此冯·诺依曼又被称为“现代计算机之父”。


冯·诺依曼体系结构特点：
（1）计算机处理的数据和指令一律用二进制数表示。
（2）指令和数据不加区别混合存储在同一个 存储器 中（硬盘）
（3）顺序执行程序的每一条指令。(重点是“顺序”)
冯·诺依曼体系结构的计算机必须具备功能：
（1）把需要的程序和数据送至计算机中（复制）
（2）必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力（硬盘）
（3）能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力（ALU）
（4）能够根据需要控制程序的走向，并能根据指令控制机器的各部件协调操作。
（5）能够按照要求将处理的结果输出给用户。

冯·诺依曼体系工作原理（CPU工作原理）

程序的执行过程实际上是不断地取出指令、分析指令、执行指令的过程。冯·诺依曼型计算机从本质上讲是采用串行顺序处理的工作机制，即使有关数据已经准备好了，也必须逐条执行指令序列，如下图所示：


具体过程：
（1）预先把指挥计算机如何进行操作的指令序列（就是程序）和原始数据输入到计算机内存中（拷贝），每条指令中明确规定了计算机从哪个地址取数，进行什么操作，然后送到什么地方去等步骤。
（2）计算机在执行时，先从内存中取出第一条指令，通过控制器的译码器接收指令的要求，再从存储器中取出数据进行指定的运算和逻辑操作等，然后再按地址把结果送到内存中，如果需要向硬盘等存储设备存储数据，还需要将内存中的该数据存储到硬盘中。接下来取出第2条指令，在控制器的指挥下完成规定操作，依次进行下去，直到遇到停止指令。
（3）计算机中基本上有两股信息在流动，一种是数据，即各种原始数据、中间结果和程序等，另一种信息是控制信息，它控制机器的各种部件执行指令规定的各种操作。

哈佛结构

哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构，它的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问，目的是为了减轻程序运行时的访存瓶颈。

哈佛结构和冯诺依曼结构区别

哈佛结构和冯诺依曼结构主要区别在是否区分指令与数据。实际上在内存里，指令和数据是在一起的。而在CPU内的缓存中，还是会区分指令缓存和数据缓存，最终执行的时候，指令和数据是从两个不同的地方出来的。在CPU外部，采用的是冯诺依曼模型，而在CPU内部用的是哈佛结构。大部分的DSP都没有缓存，因而直接就是哈佛结构。哈佛结构设计复杂，但效率高。冯诺依曼结构则比较简单，但也比较慢。CPU厂商为了提高处理速度，在CPU内增加了高速缓存。也基于同样的目的，区分了指令缓存和数据缓存。

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