系统的硬件组成
总线
贯穿整个系统的是一组电子管道，称作
总线，它携带信息字节并负责在各个部件间传递。总线通常被设计成传送定长的字节块，也就是字(word)。字中的字节数(即字长)是一个基本的参数根据具体的系统而定(大部分4字节或者8字节)。解决不同设备之间的通信
总线的分类：
1. 片内总线：芯片内部的总线，寄存器与寄存器之间，寄存器与控制器、运算器之间。高集成度芯片内部的信息传输线
2. 系统总线包含以下几个部分:
数据总线(一般与CPU位数相同(32位，64位))：双向传输各个部件的数据信息、 数据总线的位数(总线宽度) 是数据中线的重要参数地址总线(地址总线位数=n):指定源数据或目的数据在内存中的地址、地址总线的位数与存储单元有关控制总线：用来发出各种控制信号的传输线、由控制总线从一个组件发给另外一个组件、可以监视不同组件之间的状态(就绪/未就绪)
CPU、主内存、IO设备、各组件之间的信息传输线
总线的仲裁：比如主存需要和硬盘或者IO设备交换数据，那么总线应该是由硬盘使用还是IO设备使用还是主存使用，为了解决不同设备使用的优先权的问题。
仲裁的方式：
链式查询：电路复杂低，仲裁方式简单；优先级低的设备难以获得总线使用权；对电路故障比较敏感
计时器定时查询：仲裁控制器会对设备编号并使用计数器累计计数；接受到仲裁信号后，往所有设备发出计数值；计数值与设备编号一致则获得总线使用权
独立请求：每个设备均有总线独立连接仲裁器；设备可单独向仲裁器发送请求和接受请求；当同时收到多个请求信号，仲裁器有权按优先级分配使用权；响应速度快，有线顺序可动态改变；设备连线多，总线控制复杂。
I/O设备
系统与外部世界的联系通道。上图中有4个I/O设备：鼠标、键盘、显示器、长期存储数据和程序的磁盘驱动器(磁盘)。每个I/O设备都通过一个控制器或适配器与I/O总线相连。控制器和适配器之间的区别主要在于它们的封装方式。控制器是I/O设备本身或者系统的主印制电路板(主板)上的芯片组。而适配器则是一块插在主板插槽上的卡。
CPU与I/O设备的通信：
程序中断：当外围I/O设备就绪时，向CPU发出中断信号；CPU有专门的电路响应中断信号；提供低速设备通知CPU的一种异步方式；CPU可以高速运转同时兼顾低速设备的响应
DMA(直接存储器访问)：
存储器
为什么计算机断电，内存数据丢失？磁盘数据不会丢失？
主存储器：是一个临时存储设备，在处理器执行程序时，用来存放程序和程序处理的数据。从物理上说，主存是由一组动态随机存取存储器(DRAM)芯片组成的。从逻辑上说，存储器是一个线程的字节数组，每个字节都有其唯一的地址(数组索引)，这些地址是从零开始的。 内存：RAM(随机存取存储器：Random Access Memory)；通过电容存储数据，必须隔一段时间刷新一次；如果断电，那么一段时间后将丢失所有数据
辅存储器磁盘
处理器
CPU简称处理器，核心是一个大小为一个字的存储设备(或寄存器)，称为程序计数器(PC)，任何时候PC都指向主存中某条机器语言指令。
处理器从程序计数器指向的内存处读取指令，解释指令中的位，执行该指令的简单操作，然后更新pc(程序计数器)，使其指向下一条指令，而这条指令并不一定和主内存中刚刚执行的指令相邻。
寄存器文件是一个小的存储设备，由一些单个字长的的寄存器组成，每个寄存器都有唯一的名字。
ALU(算数/逻辑单元)计算新的数据和地址值。
下面使一些简单的例子，CPU在指令的要求下可能会执行这些操作：
加载：从主存中复制一个字节或者一个字到寄存器，以覆盖寄存器原来的内容。存储：从寄存器复制一个字节或者一个字到主存中的某个位置，覆盖这个位置上原来的内容。操作：把两个寄存器的内存复制到ALU，进行算数运算，并将结果放到一个寄存器中，覆盖原来的值。跳转：从指令本身中抽取一个字，并将这个字复制到程序计数器(PC)中，以覆盖PC中原来的值
执行一个可运行程序的过程
我们在键盘上输入字符串，程序将字符逐一读入寄存器，在把它放到内存中。
可以直接使用存储器存储(DMA)技术，数据可以不通过处理器而直接从磁盘到主存
一旦文件中的代码和数据被加载到主存中，处理器就开始执行程序。这些指令产生的结果从内存复制到寄存器文件，在从寄存文件中复制到显示设备，最终显示。
高速缓存工作原理
字：是指存放在一个存储单元中的二进制代码组合字块：存储在连续的存储单元中而被看作是一个单元的一组字
高速缓存的替换策略：
随机算法先进先出算法(FIFO)：把高速缓存看做是一个先进先出的队列；优先替换最先进入队列的字块最不经常使用算法(LFU)：优先淘汰最不经常使用的字块；需要额外的空间记录使用频率最近最少使用算法(LRU): 优先淘汰一段时间内没有使用的字段；一般使用双向链表；把当前访问节点置于链表前面(保证链表头部节点是最近使用的)