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冯诺伊曼模型
运算器
控制器
存储器（内存）
输入设备
输出设备
运算器和控制器是在CPU里面的
存储器就是常见的内存
输入输出设备是连接计算机的外设，例如键盘就是输入设备，显示器就是输出设备
内存
程序和数据都是存储在内存中的，存储的区域是线性的
在计算机存储中，存储数据的基础单位是字节 byte
一字节等于八位 bit
每一个字节都对应一个内存地址
内存的地址都是从0开始编号的，然后地址自增排列，最后一个地址位内存总字节数-1
这样的结构就类似于数组，所以内存读写任何一个数据的速度是一样的
CPU-中央处理器
中央处理器也就是我们常说的 CPU，32 位和 64 位 CPU 最主要区别在于一次能计算多少字节数据：
- 32 位 CPU 一次可以计算 4 个字节
- 64 位 CPU 一次可以计算 8 个字节
这里的 32 位和 64 位，通常称为 CPU 的位宽，代表的是 CPU 一次可以计算（运算）的数据量
之所以 CPU 要这样设计，是为了能计算更大的数值，如果是 8 位的 CPU，那么一次只能计算 1 个字节 0~255 范围内的数值，这样就无法一次完成计算 10000 * 500 ，于是为了能一次计算大数的运算，CPU 需要支持多个 byte 一起计算，所以 CPU 位宽越大，可以计算的数值就越大，比如说 32 位 CPU 能计算的最大整数是 4294967295
CPU 内部还有一些组件，常见的有寄存器、控制单元和逻辑运算单元等
控制单元负责控制 CPU 工作
逻辑运算单元负责计算
而寄存器可以分为多种种类，每种寄存器的功能又不尽相同
CPU 中的寄存器主要作用是存储计算时的数据，你可能好奇为什么有了内存还需要寄存器？
原因很简单
因为内存离 CPU 太远了，而寄存器就在 CPU 里
寄存器还紧挨着控制单元和逻辑运算单元，自然计算时速度会很快
常见的寄存器种类：
- 通用寄存器，用来存放需要进行运算的数据，比如需要进行加和运算的两个数据。
- 程序计数器，用来存储 CPU 要执行下一条指令「所在的内存地址」，注意不是存储了下一条要执行的指令，此时指令还在内存中，程序计数器只是存储了下一条指令「的地址」。
- 指令寄存器，用来存放当前正在执行的指令，也就是指令本身，指令被执行完成之前，指令都存储在这里。
总线
总线是用于 CPU 和内存以及其他设备之间的通信，总线可分为 3 种：
- 地址总线：用于指定 CPU 将要操作的内存地址
- 控制总线：用于发送和接收信号，比如中断、设备复位等信号，CPU 收到信号后自然进行响应，这时也需要控制总线
- 数据总线：用于CPU和内存之间传输数据
CPU读写内存时总线传输流程：
- 首先要通过「地址总线」来指定内存的地址；
- 然后通过「控制总线」控制是读或写命令；
- 最后通过「数据总线」来传输数据；
输入输出设备
流程：输入设备向计算机输入数据，计算机经过计算后，把数据输出给输出设备
期间，如果输入设备是键盘，按下按键时是需要和 CPU 进行交互的，这时就需要用到控制总线了
线路位宽与CPU位宽
数据是如何通过线路传输的呢？
其实是通过操作电压
低电压表示 0
高压电压表示 1
如果构造了高低高这样的信号，其实就是 101 二进制数据，十进制则表示 5，如果只有一条线路，就意味着每次只能传递 1bit 的数据，即 0 或 1
那么传输 101 这个数据，就需要 3 次才能传输完成，这样的效率非常低
传输方式分为串行和并行
串行：只有一条线路，下一个 bit 必须等待上一个 bit 传输完成才能进行传输
并行：多条线路传输数据
线路位宽
为了避免低效率的串行传输的方式，线路的位宽最好一次就能访问到所有的内存地址
CPU 想要操作「内存地址」就需要「地址总线」：
- 如果地址总线只有 1 条，那每次只能表示「0 或 1」这两种地址，所以 CPU 能操作的内存地址最大数量为 2（2^1）个（注意，不要理解成同时能操作 2 个内存地址）；
- 如果地址总线有 2 条，那么能表示 00、01、10、11 这四种地址，所以 CPU 能操作的内存地址最大数量为 4（2^2）个
那么，想要 CPU 操作 4G 大的内存，那么就需要 32 条地址总线，因为 2^32 = 4G
CPU位宽
CPU 的位宽最好不要小于线路位宽
比如 32 位 CPU 控制 40 位宽的地址总线和数据总线的话，工作起来就会非常复杂且麻烦
所以 32 位的 CPU 最好和 32 位宽的线路搭配
因为 32 位 CPU 一次最多只能操作 32 位宽的地址总线和数据总线
如果用 32 位 CPU 去加和两个 64 位大小的数字，就需要把这2个64位的数字分成2个低位32位数字和 2 个高位 32 位数字来计算
先加个两个低位的 32 位数字算出进位
然后加和两个高位的 32 位数字，最后再加上进位就能算出结果了
可以发现 32 位 CPU 并不能一次性计算出加和两个 64 位数字的结果
对于 64 位 CPU 就可以一次性算出加和两个 64 位数字的结果，因为 64 位 CPU 可以一次读入 64 位的数字，并且 64 位 CPU 内部的逻辑运算单元也支持 64 位数字的计算。
但是并不代表 64 位 CPU 性能比 32 位 CPU 高很多，很少应用需要算超过 32 位的数字，所以如果计算的数额不超过 32 位数字的情况下，32 位和 64 位 CPU 之间没什么区别的，只有当计算超过 32 位数字的情况下，64 位的优势才能体现出来。
32 位 CPU 最大只能操作 4GB 内存，就算你装了 8 GB 内存条，也没用
而 64 位 CPU 寻址范围则很大，理论最大的寻址空间为 2^64
程序执行的基本过程
程序实质上是一条一条指令，所以程序运行的过程就是将指令一步一步执行，CPU是负责执行指令的
那 CPU 执行程序的过程如下：
- 第一步，CPU 读取「程序计数器」的值，这个值是指令的内存地址，然后 CPU 的「控制单元」操作「地址总线」指定需要访问的内存地址，接着通知内存设备准备数据，数据准备好后通过「数据总线」将指令数据传给 CPU，CPU 收到内存传来的数据后，将这个指令数据存入到「指令寄存器」。
- 第二步，「程序计数器」的值自增，表示指向下一条指令。这个自增的大小，由 CPU 的位宽决定，比如 32 位的 CPU，指令是 4 个字节，需要 4 个内存地址存放，因此「程序计数器」的值会自增 4；
- 第三步，CPU 分析「指令寄存器」中的指令，确定指令的类型和参数，如果是计算类型的指令，就把指令交给「逻辑运算单元」运算；如果是存储类型的指令，则交由「控制单元」执行；
简单总结：一个程序执行的时候，CPU 会根据程序计数器里的内存地址，从内存里面把需要执行的指令读取到指令寄存器里面执行，然后根据指令长度自增 开始顺序读取下一条指令
CPU 的指令周期：CPU 从程序计数器读取指令、到执行、再到下一条指令，这个过程会不断循环，直到程序执行结束
快速复习
冯诺伊曼模型：运算器，控制器，存储器（内存），输入设备，输出设备
内存：线性存储的存储单元，基础单位是字节 byte，一字节等于8bit，内存读写任何一个数据的速度是一样的
CPU-中央处理器：
- CPU内部有寄存器，控制单元，存储单元
- CPU的位宽越大，可计算的值就越大
- 32位的CPU一次性可计算4个字节，64位的CPU一次性可计算8个字节
- CPU的寄存器用来存储运算时数据，因为内存离 CPU 太远了，而寄存器就在 CPU 里，寄存器紧挨着控制单元和逻辑运算单元，计算时速度会很快
- 寄存器分类：通用寄存器，程序计数器，指令寄存器
总线：
总线用于CPU与内存等其他设备之间的通信
三类总线：控制总线，地址总线，数据总线
CPU读写内存时总线传输流程：
- 通过「地址总线」来指定内存的地址；
- 通过「控制总线」控制是读或写命令；
- 通过「数据总线」来传输数据；
输入输出流程：输入设备向计算机输入数据，计算机经过计算后，把数据输出给输出设备
线路位宽与CPU位宽
数据通过操作电压来进行线路传输，低电压表示0，高电压表示1
CPU 想要操作「内存地址」就需要「地址总线」：
- 如果地址总线只有 1 条，那每次只能表示「0 或 1」这两种地址，所以 CPU 能操作的内存地址最大数量为 2（2^1）个（注意，不要理解成同时能操作 2 个内存地址）；
- 如果地址总线有 2 条，那么能表示 00、01、10、11 这四种地址，所以 CPU 能操作的内存地址最大数量为 4（2^2）个
CPU 的位宽最好不要小于线路位宽
因为 32 位 CPU 一次最多只能操作 32 位宽的地址总线和数据总线
32 位 CPU 最大只能操作 4GB 内存，就算你装了 8 GB 内存条，也没用
程序执行基本过程：
程序运行的过程就是将指令一步一步执行
而CPU是负责执行指令的
一个程序执行的时候，CPU 会根据程序计数器里的内存地址，从内存里面把需要执行的指令读取到指令寄存器里面执行，然后根据指令长度自增 开始顺序读取下一条指令
CPU 的指令周期：CPU 从程序计数器读取指令、到执行、再到下一条指令，这个过程会不断循环，直到程序执行结束