计算机组成概述
肉眼所见，计算机是由 CPU、内存、显示器这些设备组成的硬件，但是，大部分人毕业后从事各种软件开发工作。显然，在硬件和软件之间需要一座桥梁，，而“计算机组成原理”就扮演了这样一个角色，它既隔离了软件和硬件，也提供了让软件无需关心硬件，就能直接操作硬件的接口。
在计算机的组成原理之下，你可以深入学习数字电路相关的知识；之上，你可以学习编译原理，操作系统，计算机网络这些核心课程，再之上，你可以编写Web和手机APP这些应用层代码。
计算机基本硬件组成
计算最核心的硬件组成分为三大件： CPU、内存和主板。
CPU：它是计算机最重要的核心配件，全名叫中央处理器，计算机的所有“计算”都是由 CPU 来进行的。
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。
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。
有了三大件，只要配上电源供电，计算机差不多就可以跑起来了。但是现在还缺少各类输入（Input）/ 输出（Output）设备，也就是我们常说的I/O 设备。如果你用的是自己的个人电脑，那显示器肯定必不可少，只有有了显示器我们才能看到计算机输出的各种图像、文字，这也就是所谓的输出设备。
同样的，鼠标和键盘也都是必不可少的配件。这样我才能输入文本，写下这篇文章。它们也就是所谓的输入设备。
最后，你自己配的个人计算机，还要配上一个硬盘。这样各种数据才能持久地保存下来。绝大部分人都会给自己的机器装上一个机箱，配上风扇，解决灰尘和散热的问题。
还有一个很特殊的设备，就是显卡（Graphics Card）。现在，使用图形界面操作系统的计算机，无论是 Windows、Mac OS 还是 Linux，显卡都是必不可少的。如果你用计算机玩游戏，做图形渲染或者跑深度学习应用，你多半就需要买一张单独的显卡，插在主板上。显卡之所以特殊，是因为显卡里有除了 CPU 之外的另一个“处理器”，也就是GPU（Graphics Processing Unit，图形处理器）， GPU 一样可以做各种“计算”的工作。
冯·诺依曼体系结构
任何一台计算机的任何一个部件都可以归到运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备中，而所有的现代计算机也都是基于这个基础架构来设计开发的。
而所有的计算机程序，也都可以抽象为从输入设备读取输入信息，通过运算器和控制器来执行存储在存储器里的程序，最终把结果输出到输出设备中。而我们所有撰写的无论高级还是低级语言的程序，也都是基于这样一个抽象框架来进行运作的。
性能
计算机的性能，其实和我们干体力劳动很像，好比是我们要搬东西。对于计算机的性能，我们需要有个标准来衡量。这个标准中主要有两个指标。
- 响应时间或者叫执行时间（Execution time）：可以理解为让计算机“跑得更快”
- 吞吐率（Throughput）或者带宽（Bandwidth）：可以理解为让计算机“搬得更多”
计算机的计时单位：CPU时钟
程序的CPU执行时间 = CPU时钟周期数 × 时钟周期时间
什么是时钟周期时间？你在买电脑的时候，一定关注过 CPU 的主频。比如我手头的这台电脑就是 Intel(R) Core(TM) i7-8700 3.2GHz，这里的 3.2GHz 就是电脑的主频（Frequency/Clock Rate）。这个 3.2GHz，我们可以先粗浅地认为，CPU 在 1 秒时间内，可以执行的简单指令的数量是 3.2G 条。
在我这个 3.2GHz 的 CPU 上，这个时钟周期时间，就是 1/3.2G。我们的 CPU，是按照这个“时钟”提示的时间来进行自己的操作。主频越高，意味着这个表走得越快，我们的 CPU 也就“被逼”着走得越快。
CPU 时钟周期数，我们可以再做一个分解，把它变成“指令数 × 每条指令的平均时钟周期数（Cycles Per Instruction，简称 CPI）”。不同的指令需要的 Cycles 是不同的，加法和乘法都对应着一条 CPU 指令，但是乘法需要的 Cycles 就比加法要多，自然也就慢。
程序的 CPU 执行时间 = 指令数 × CPI × Clock Cycle Time
因此，如果我们想要解决性能问题，其实就是要优化这三者。
- 时钟周期时间，就是计算机主频，这个取决于计算机硬件。
- 每条指令的平均时钟周期数 CPI，就是一条指令到底需要多少 CPU Cycle。对于 CPI 的优化，是计算机组成和体系结构中的重要一环。
- 指令数，代表执行我们的程序到底需要多少条指令、用哪些指令。这个很多时候就把挑战交给了编译器。同样的代码，编译成计算机指令时候，就有各种不同的表示方式。
