大家熟悉的计算机系统是由软件和硬件组合而成，可以按照功能换分为多级层次结构。

硬件通常指一切可以看得见，摸的着的设备实体。原始的冯诺依曼（VonNeumann）计算机在结构上是以运算器为中心，现今转向以存储为中心了。如下图最基本的计算机结构图：

计算机各个部件之间的合作关系

• 控制器：是分析和执行指令的部件，也是统一指挥并控制计算机各个部件协调工作的中心部件，所依据的是机器指令。控制器组成包含如下：

  程序计数器PC：存储下一条要执行指令的地址；

  指令寄存器IR：存储即将执行的指令；

  指令译码器ID：对指令中的操作码字段进行分析解释；

  时序部件：提供时序控制信号。

• 运算器：也称为算数逻辑单元，主要功能是在控制器的控制下完成各种算数运算和逻辑运算。运算器的组成如下：

  算数逻辑单元ALU：数据的算数运算和逻辑运算；

  累加寄存器AC：通用寄存器，为ALU提供一个工作区，用于暂存数据；

  数据缓冲寄存器DR：写内存时，暂存指令或数据；

  状态条件寄存器PSW：存状态标志和控制标志。

• 主存储器：也称内存存储，用于存储现场操作的信息与中间结果，包括机器指令和数据。

• 辅助存储器：也称为外存储器。用于存储需要长时间保存的各种信息。

• 输入设备：把人们编好的程序和原始数据送到计算机中去，并且将它们转换为计算机内部能够识别和接受的信息方式。按输入信息的形态可以分为字符输入、图形输入、图像输入和语音输入等。目前，常见的输入设备有鼠标、键盘、扫描仪等。

• 输出设备：将计算机的处理结果以人或者其他设备所能接受的形式送出计算机。目前，最常见的输出设备有显示器和打印机。有些设备既可以是输入设备，也可以是输出设备，如自动控制、辅助存储器和检测系统中使用的数模转换装置等。

复杂指令集系统CISC和精简指令集系统RISC

在计算机系统结构发展过程中，指令系统的优化设计有着两个截然相反的反向，一个是（Complex Instruction Set Computer,CISC）增强指令功能，设置一些功能复杂的指令，把一些由软件实现的、常用的功能改用硬件的指令系统来实现；另一个是（Reduced Instruction Set Computer,RISS）尽量简化指令功能，只保留那些功能简单，能在一个节拍内完成的指令，较复杂的功能用一段子程序来实现。

CISC指令系统特点：

1. 指令数量众多，指令系统拥有大量指令，通常100~250条；
   

2. 指令的使用频率相差悬殊。最常使用的指令是一些比较简单的指令，仅占指令总数的20%，但在程序中使用的频率是80%，而大部分复杂的指令却很少使用；

3. 支持多种寻址方式，支持的寻址方式通常有5~20种；

4. 变长的指令，指令的长度不固定，变长的指令增加指令译码电路的复杂性；

5. 指令可以对主存单元中的数据进行处理，其执行速度较慢；

6. 以微程序控制为主，CISC的指令系统很复杂，难以用硬布线逻辑（组合逻辑）电路实现控制器，通常采用微程序控制。

RISC指令系统特点：

1. 指令数量少。优先选用使用频率最高的一些简单指令和一些常用指令。避免使用复杂指令。只提供了从存储器中读数（LOAD）和把数据写入存储器（STORE）两条指令对存储器进行操作，其余所有操作都在CPU的寄存器之间进行；

2. 指令的寻址方式少。通常只支持寄存器寻址、立即数寻址和相对寻址方式；、

3. 指令长度固定，指令格式种类少；

4. 以硬布线逻辑控制为主。提高操作的执行速度；

5. 单周期指令执行，采用流水线技术；

6. CPU中的通用寄存器数量多，一般32个以上，有的上千个。

大多数RISC采用Cache方案，使用Cache来提高读取指令的速度。

总线

是一组能为多个部件分时共享的公共信息传送线路。共享是指总线上可以接挂多个部件，各个部件之间相互交换信息都可以通过这组公共线路传送；分时是指同一时刻只允许有一个部件向总线发送信息，如果出现两个或两个以上部件同时向总线发送信息，就会导致信号冲突。当然，允许多个部件同时从总线上接受相同的信息。

按总线功能划分：地址总线，数据总线，控制总线三类。

• 地址总线：用来传输地址信息；

• 数据总线：用来传输数据信息；
  

• 控制总线：用来控制传送各种控制信号。