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对于程序员来说除了需要学习软件编程开发技术以外，对于计算机硬件结构也应该有一定的了解，下面我们就通过案例分析来了解一下，计算机硬件包含哪些结构。

总线

贯穿这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进行传递。通常总线被设计成传送定长的字节块，也就是字。字中的字节数(即字长)是一个基本的系统参数，各个系统中都不尽相同。现在大多数机器字长要么是4个字节(32位)，要么是8个字节(64位)。

我们常说从磁盘加载进内存，那么磁盘和内存是如何交换信息的呢，就是通过I/O总线。

I/O设备

I/O(输入/输出)设备是系统与外部与世界的联系通道，是主存和外部设备(例如磁盘驱动器、终端和网络)之间复制数据的过程。输入操作是从I/O设备复制数据到主存，而输出操作是从主存复制到I/O设备。I/O是一种抽象的概念，网络从某种意义上来说，只是另一种I/O设备，是数据源和数据接收方。

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设备本身或者系统主板上的芯片组。而适配器则是一块插在主板插槽上的卡。无论如何，它们的功能都是在I/O总线与I/O设备之间传递信息。

处理器

中央处理单元(CPU)，简称处理器，是执行存储在主存中指令的引擎。处理器的核心是一个大小为一个字的存储设备(或寄存器)，或称为程序计数器(PC)。在任何时刻，PC都指向主存中的某条机器语言指令(即含有该条指令的地址)。

从系统通电开始，直到系统断电，处理器一直在不断地执行程序计数器指向的指令，再更新程序程序计数器，使其指向下一条指令。处理器看上去是按照一个非常简单的指令执行模型来操作的，这个模型是由指令集架构决定的。

什么是指令集架构?粗略的说这个就是我们所说的机器语言，但是要讲清楚指令集体系架构是什么并不容易，这不是本篇的主题，需要结合CPU去讲，会专门再开一门博客去讲。

在这个模型中，指令按照严格的顺序执行，而执行一条指令包含一系列的步骤。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，执行该指令指示的简单操作，然后更新PC，使其指向下一条指令，这条并不一定和内存中刚刚执行的指令相邻。

这样的简单操作并不多，它们围绕着主存、寄存器文件(registerfile)和算术/逻辑单元(ALU)进行。寄存器文件时一个小的存储设备，由一些单个字长的寄存器租场，每个寄存器都有的名字。ALU计算新的数据和地址值。下面是一些简单操作的例子,CPU在指令的要求下可能会执行这些操作。

加载:从主存复制一个字节或者到一个字到寄存器，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的某个位置，以覆盖掉这个位置原来的内容

操作:把两个寄存器的内容复制到ALU，ALU对这两个字做算术运算，并将结果存放到一个寄存器中，以覆盖这个位置上原来的内容。

跳转:从指令本身中抽取一个字，并将这个字复制到PC中，以覆盖PC中原来的值。

顺便提一下USB也是总线:通用串行总线。

主存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。从物理上来说，主存是由一组动态随机存储器(DRAM)芯片组成的。从逻辑上来说，存储器上是一个线性的字节数组，每个字节都有的地址(数组索引)，这些地址是从零开始的，突然想起了C语言的指针。

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