引言
- 小知识，大挑战！本文正在参与“程序员必备小知识”创作活动。
现代计算机都是基于冯诺依曼体系结构建设的，包括
：PC和服务器，这类体系结构组成的计算机由5大部分组成，分别是运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备、其中最主要的要属处理器和内存了，内存主要是用来存储数据和指令的，而处理器也就是我们的cpu，用来从内存中取指令执行的，常见的指令有：读写、运算等。
本篇文章作为一个小小的总结，以x86为例简要地梳理一下它们之间的关系。
内存与地址
生活当中我们都会遇到存取物品的情况，这里以蜂巢为例：快递员把物品放入箱体，然后会出一个码，你输入对应的码就能找到你存储物品的箱体，进而找到自己的物品。
内存也与此类似，内存会有多个存储单元对应我们的箱体，每个存储单元都会有一个地址对应箱体的码，箱体里的物品对内存而言，可能是数据或指令，不过一个地址所对应的存储单元不能是很多东西，而且只能存储一个字节，像
int这样的数据保存要占多个地址，那以起始地址作为这个数据的地址。
内存地址是从0开始编号的整数，地址多大取决于cpu的最大地址空间，如果是32位的那就是从0x0000 0000到0xffff ffff。
cpu
cpu至始至终只做一件事：取指令，然后解释执行，接着再取一条，再执行。
cpu主要包含以下功能单元:
- 寄存器（
Register）：寄存器类似于内存，只不过比内存的访问速度更快，也叫高速存储器，x86的寄存器有如eax、eip、ebp等，不同的寄存器有不同的用途。 - 程序计数器（
PC）：保存着cpu取指令的地址，cpu先从程序计数器中读取地址，然后拿着地址找到内存中的对应的指令，然后程序计数器的地址会自动加上该指令的长度，指向内存中的下一个指令地址。x86的程序计数器是特殊寄存器eip，地址是32位的，位数也是32位的，处理器的位数也叫字长。 - 指令解码器（
Instruction Decoder）：指令解码器负责指令的解释执行，cpu拿到命令之后，解码器就开始进行命令的解析，因为命令也是由若干个字节构成，解码器看看哪些位表示内存地址，哪些位表示寄存器编号，哪些位表示读写运算操作，然后找到相应的执行单元进而执行它。 - 算术逻辑单元（
ALU，Arithmetic and Logic Unit）：解码器解析出来的指令一看，操作是运算，ok，那就调动算数逻辑单元进行运算，运算结果可能保存在寄存器中，也可能保存到内存中。 - 地址和数据总线（
Bus）：这可不是我们坐的公交车，不过要这么理解也对，cpu和内存之间要想互联互通，怎么也得有条路线吧，这个路线在计算机的世界里有三条：地址总线、数据总线和控制线，32位处理器对应32位的地址总线和数据总线，路通了，得发送信号了，这个信号在计算机内部是由0和1组成，然后每条线都可以是0或1，这样就有2的32次方可能，就用这个信号进行通信。
比如一个cpu向内存取数据的过程如下：
- 准备线路：
cpu把寄存器的数据总线和传输数据总线对应好，等待接收数据 - 发送数据所在地址和控制：
cpu将内存地址通过地址总线发送给内存，然后通过控制线发送了一个读请求。 - 内存处理：内存接收到地址和请求后，将对应的存储单元对应到传输数据总线的一端，然后存储单元的每一位就通过传输数据线到达了寄存器上。
设备
与计算机相关的设备有输入设备、输出设备、还有运行存储设备，拿输入设备为例，你在键盘输入一个字，这个字就显示在屏幕上，如果没有cpu的参与是不可能成功的，那设备是如何和cpu打交道的呢？
从CPU的角度来看，访问设备只有内存映射I/O和端口I/O两种，要么像内存一样访问，要么用一种专用的指令访问。由于计算机的设备五花八门，各种设备的性能要求都不一样，于是出现了各种适应不同要求的设备总线，比如PCI、AGP、USB、1394、SATA等等，这些设备总线并不直接和CPU相连，CPU通过内存映射I/O或端口I/O访问相应的总线控制器，通过它再去访问挂在总线上的设备。
我们写的程序是存储在硬盘上的，但在x86平台上，硬盘是ATA、SATA或SCSI总线上的设备，不和cpu直接相连，因此操作系统就会先将其拷到内存上，然后被cpu取指令执行，这个过程我们也称为加载（Load）。程序加载到内存之后，操作系统就把这些需要调度执行的任务进行分片，每个片都会被cpu执行一段时间，这个片就称为进程（Process），由于cpu执行速度非常快，所以在肉眼看起来就是多任务同时执行。
访问设备还有一点与内存不同，就是内存是被动的等待cpu的访问，但设备不同，设备是主动产生数据和动作的，比如你用输入了一个字母，你希望cpu赶快响应，然后设备主动通知cpu完成这个字符的响应，这一机制称为中断。我们Linux也提供了一些类似中断的指令：比如常见的中断命令的指令Ctrl+C，中断键盘输入的指令Ctrl+D等等。
由于各种设备的用途各不相同，设备寄存器中每个位的定义和操作方法也各不相同，所以每种设备都需要专门的设备驱动程序（Device Driver），一个操作系统为了支持广泛的设备就需要有大量的设备驱动程序，事实上，Linux内核源代码中绝大部分是设备驱动程序。设备驱动程序通常是操作系统内核里的一组函数，主要是通过对设备寄存器的读写实现对设备的初始化、读、写等操作。
