系统的硬件组成

总线

总线贯穿整个计算机系统，负责在各个部件之间传递数据。通常总线被设计成传送定长的字节块，也就是字（word）。字中的字节数是一个基本的系统参数，现在大多数机器都是8个字节（64）位的了，4个字节（32）位的机器已经很少见了。

I/O设备

I/O(输入/输出)设备是系统和外部连接的通道。下图包括四个I/O设备。分别是

• 作为用户输入的键盘
• 作为用户输入的鼠标
• 作为用户输出的显示器
• 存储数据和程序的磁盘
  最开始，可执行程序就是存储在磁盘上面的。

每个I/O设备都通过适配器或者控制器和I/O总线相连。控制器和适配器的区别主要在于封装方式上面。控制器是I/O设备本身或者系统的主印制电路板（通常称作主板）上的芯片组。而适配器是一块插在主板插槽上的卡。

主存

主存是一个临时存储设备，在处理器执行程序时，用来存放数据。

从物理上来说，主存是一组动态随机存储器（DRAM）芯片组成的。从逻辑上来说，存储器是一个线性的字节数组，每个字节都有其唯一的地址，这些地址是从零开始的。

处理器

中央处理单元（CPU），简称处理器。是解释或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，称为程序计数器（PC）。在任何时刻，PC都指向主存中的某条指令。

从电脑开机开始，PC就指向一条指令，执行指令后执行下一条指令，不断运行。

这样的简单操作不多，都围绕着主存，寄存器文件和算术/逻辑运算单元（ALU）进行。下面是一些简单操作的例子。

• 加载：从主存复制一个字节到寄存器。
• 存储：从寄存器复制一个字节到主存。以覆盖原来的值。
• 操作：把两个寄存器的内容复制到ALU做运算，将结果存在一个寄存器中。
• 跳转：从指令本身中抽取一个字，并将这个字复制到程序计数器（PC）中，覆盖PC原来的值。

运行hello程序

程序通过shell进行执行。

./hello

这个时候系统把这个字符通过键盘逐一读入寄存器，然后再放入主存。

当我们按下回车，这个时候系统开始执行hello的内容，把hello world从磁盘读入主存。利用直接存储器存取技术（DMA），可以直接从磁盘读入主存，而不需要经过寄存器。

把程序内容读入主存后，开始执行main函数的内容，把hello world从主存复制到寄存器，最后显示在屏幕上面。

高速缓存

这个运行过程说明程序多次在主存和寄存器之间复制移动代码。这些重复操作如果能变得更快，那么整个程序就能变得更快。这就是高速缓存的作用。

根据机械原理，较大的设备比较小的设备速度慢，而快速设备的造价也远高于低速设备。比如，磁盘的容量可以比主存大1000倍，但是主存的速度可能比磁盘大1000万倍。同样的，寄存器比主存的速度也要更快。

针对这些速度的差异，系统的设计者采用了高速缓存设备，作为暂时的集结区域，存放处理器近期可能会需要的信息。系统有L1,L2,L3三级缓存。L1最快最小，L3最慢最大，