計算機系統的硬件組成

  在《深刻理解計算機系統》中，第一章主要講的就是hello程序代碼如何在計算機中執行，確定離不開計算機的硬件支持，這裏寫下計算機系統中的硬件組成，主要就是下面四個大的方面。

一、總線
貫穿整個系統的是一組電子管道，稱做總線，它攜帶信息字節並負責在各個部件間傳遞。一般總線被設計成傳送定長的字節塊，也就是字（word）。字中的字節數（即字長）是一個基本的系統參數，各個系統都不盡相同。如今的大多數機器字長要麼是是4個字節（32位），要麼是8個字節（64位）。
二、I/O設備
I/O（輸入/輸出）設備是系統與外部世界的聯繫通道。咱們的示例系統中包括四個I/O設備：做爲用戶輸入的鍵盤和鼠標，做爲用戶輸出的顯示器，以及用於長期存儲數據和程序的磁盤驅動器（簡單來講就是磁盤）。最開始，可執行的程序hello就存放在磁盤上。
每一個I/O設備都經過一個控制器或適配器與I/O總線相連。控制器和適配器之間的區別主要在於它們的封裝方式。控制器是I/O設備自己或者系統的主印製電路板（一般稱做主板）上的芯片組。而適配器則是一塊插在主板插槽上的卡槽。不管如何，它們的功能都是在I/O總線和I/O設備之間傳遞信息。
三、主存
主存是一個臨時存儲設備，在處理器臨時執行程序時，用來存放程序和程序處理的數據。從物理來講，主存是由一組動態的隨機存取存儲器（DRAM）西片組成的。從邏輯上來講，存儲器是一個線性的字節數組，每一個字節都有其惟一的地址（數組索引），這些地址是從零開始的。通常來講，組成程序的每條機器指令都由不一樣數量的字節構成。
四、處理器
中央處理單元（CPU）,簡稱處理器。是解釋（或執行）存儲在主存中的指令的引擎。處理器的核心是一個大小爲一個字的存儲設備（或寄存器），稱爲程序計數器（PC）。在任什麼時候刻，PC都是指向主存中的某條機器語言指令（即含有該條指令的地址）。
從系統通電開始，直到系統斷電，處理器一直在不斷地執行程序計數器指向的指令，再更新程序計數器，使其指向下一條指令。處理器看上去是按照一個很是簡單的指令執行模型來操做的，這個模型是由指令集架構決定的。在這個模型中，指令按照嚴格的順序執行，而執行一條指令包括執行一系列的步驟。處理器從程序計數器指向的內存處讀取指令，解釋指令中的位，執行該指令的簡單操做，而後更新PC，使其指向下一條指令，而這條指令並不必定是和內存中剛剛執行的指令相鄰。
這樣的簡單操做並很少，他們圍繞着主存、寄存器文件和算術/邏輯單元（ALU）進行。寄存器文件是一個小的存儲設備，由一些單個字節的寄存器組成，每一個寄存器都有惟一的名字。ALU計算新的數據和地址值。下面是一些簡單操做的例子。CPU在指令的要求下可能會執行這些操做。
（1）加載：從主存複製一個字節或者一個字到寄存器，以覆蓋寄存器原來的內容。
（2）存儲：從寄存器複製一個字節或者一個字到主存的某個位置，以覆蓋這個位置上原來的內容。
（3）操做：把兩個寄存器的內容複製到ALU，ALU對這兩個字作算術運算，並將結果存放到一個寄存器中，以覆蓋該寄存器中原來的內容。
（4）跳轉：從指令自己中抽取一個字，並將這個字複製到程序計數器（PC）中，以覆蓋PC中原來的值。