并发编程从操作系统底层工作整体认识开始( 二 ) 作者公众号：一角钱技术（o

程序于数据一样存贮，按程序编排的顺序，一步一步地取出指令，自动地完成指令规定的操作是计算机最基本的工作模型。这一原理最初是由美籍匈牙利数学家冯.诺依曼于1945年提出来的，故称为冯.诺依曼计算机模型。
冯·诺依曼结构是怎样的？

有主存，用来存放程序和数据
一个自动逐条取出指令的部件
具体执行指令（即运算）的部件
程序由指令构成
指令描述如何对数据进行处理
将程序和原始数据输入计算机的部件
将运算结果输出计算机的部件

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冯·诺依曼结构的主要思想

计算机应由计算器(运算器)、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个基本部件组成。
各基本部件的功能是：控制器(Control)：是整个计算机的中枢神经，其功能是对程序规定的控制信息进行解释，根据其要求进行控制，调度程序、数据、地址，协调计算机各部分工作及内存与外设的访问等。运算器(Datapath)：运算器的功能是对数据进行各种算术运算和逻辑运算，即对数据进行加工处理。存储器(Memory)：存储器的功能是存储程序、数据和各种信号、命令等信息，并在需要时提供这些信息。输入(Input system)：输入设备是计算机的重要组成部分，输入设备与输出设备合并为外部设备，简称外设，输入设备的作用是将程序、原始数据、文字、字符、控制命令或现场采集的数据等信息输入到计算机。常见的输入设备有键盘、鼠标器、光电输入机、磁带机、磁盘机、光盘机等。输出(Output system)：输出设备与输入设备同样是计算机的重要组成部分，它把外算机的中间结果或最后结果、机内的各种数据符号及文字或各种控制信号等信息输出出来。微机常用的输出设备有显示终端CRT、打印机、激光印字机、绘图仪及磁带、光盘机等。
内部以二进制表示指令和数据。每条指令由操作码和地址码两部分组成。操作码指出操作类型，地址码指出操作数的地址。由一串指令组成程序。
采用“存储程序”工作方式。

现代计算机结构模型基于冯·诺依曼计算机理论的抽象简化模型，它的具体应用就是现代计算机当中的硬件结构设计：

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在上图硬件结构当中，配件很多，但最核心的只有两部分：CPU、内存。所以我们重点学习的也是这两部分。
CPU：中央处理器；PC：程序计数器； MAR：存储器地址寄存器 ALU：算术逻辑部件； IR：指令寄存器；MDR：存储器数据寄存器 GPRs：通用寄存器组（由若干通用寄存器组成，早期就是累加器）
CPU指令结构CPU内部结构

控制单元
运算单元
数据单元

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控制单元控制单元是整个CPU的指挥控制中心，由指令寄存器IR（Instruction Register）、指令译码器ID（Instruction Decoder）和操作控制器OC（Operation Controller）等组成，对协调整个电脑有序工作极为重要。它根据用户预先编好的程序，依次从存储器中取出各条指令，放在指令寄存器IR中，通过指令译码（分析）确定应该进行什么操作，然后通过操作控制器OC ，按确定的时序，向相应的部件发出微操作控制信号。操作控制器OC中主要包括：节拍脉冲发生器、控制矩阵、时钟脉冲发生器、复位电路和启停电路等控制逻辑。
运算单元运算单元是运算器的核心。可以执行算术运算（包括加减乘数等基本运算及其附加运算）和逻辑运算（包括移位、逻辑测试或两个值比较）。相对控制单元而言，运算器接受控制单元的命令而进行动作，即运算单元所进行的全部操作都是由控制单元发出的控制信号来指挥的，所以它是执行部件。
存储单元存储单元包括 CPU 片内缓存Cache和寄存器组，是 CPU 中暂时存放数据的地方，里面保存着那些等待处理的数据，或已经处理过的数据， CPU 访问寄存器所用的时间要比访问内存的时间短。寄存器是CPU内部的元件，寄存器拥有非常高的读写速度，所以在寄存器之间的数据传送非常快。采用寄存器，可以减少 CPU 访问内存的次数，从而提高了 CPU 的工作速度。寄存器组可分为专用寄存器和通用寄存器。专用寄存器的作用是固定的，分别寄存相应的数据；而通用寄存器用途广泛并可由程序员规定其用途。