01 | 冯·诺依曼体系结构:计算机组成的金字塔
学习计算机组成原理,到底是在学些什么呢?这个事儿,一两句话还真说不清楚。不过没关系,我们先从“装电脑”这个看起来没有什么技术含量的事情说起,来弄清楚计算机到底是由什么组成的。
不知道你有没有自己搞过“装机”这回事儿。在 2019 年的今天,大部分人用的计算机,应该都已经是组装好的“品牌机”。如果我们把时钟拨回到上世纪八九十年代,不少早期的电脑爱好者,都是自己采购各种电脑配件,来装一台自己的计算机的。
计算机的基本硬件组成
早年,要自己组装一台计算机,要先有三大件,CPU、内存和主板。
在这三大件中,我们首先要说的是 CPU,它是计算机最重要的核心配件,全名你肯定知道,叫中央处理器(Central Processing Unit)。为什么说 CPU 是“最重要”的呢?因为计算机的所有“计算”都是由 CPU 来进行的。自然,CPU 也是整台计算机中造价最昂贵的部分之一。

第二个重要的配件,就是内存(Memory)。你撰写的程序、打开的浏览器、运行的游戏,都要加载到内存里才能运行。程序读取的数据、计算得到的结果,也都要放在内存里。内存越大,能加载的东西自然也就越多。

存放在内存里的程序和数据,需要被 CPU 读取,CPU 计算完之后,还要把数据写回到内存。然而 CPU 不能直接插到内存上,反之亦然。于是,就带来了最后一个大件——主板(Motherboard)。
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。