组件
计算机是一种数据处理设备，它由CPU和内存以及外部设备组成。CPU担任数据处理，内存担任存储，外部设备担任数据的输入和输出，它们之间经过总线衔接在一起。CPU内部主要由操控器、运算器和寄存器组成。操控器担任指令的读取和调度，运算器担任指令的运算履行，寄存器担任数据的存储，它们之间经过CPU内的总线衔接在一起。每个外部设备（例如：显示器、硬盘、键盘、鼠标、网卡等等）则是由外设操控器、I/O端口、和输入输出硬件组成。外设操控器担任设备的操控和操作，I/O端口担任数据的暂时存储，输入输出硬件则担任详细的输入输出，它们间也经过外部设备内的总线衔接在一起。
组件化的硬件体系
上面的计算机体系结构图中咱们可以看出 硬件体系的这种组件化的规划思路总是遵循到各个环节。在这套规划思维（冯。诺依曼体系架构）里边，总是有一部分担任操控、一部分担任履行、一部分则担任存储，它之间进行交互以及接口通讯则总是经过总线来完结。这种规划思路相同的可以应用在咱们的软件规划体系里边：组件和组件之间通讯经过工作的方法来进行解耦处理，而一个组件内部相同也需求清晰好各个部分的责任（一部分担任调度操控、一部分担任履行完结、一部分担任数据存储）。
缓存
一个完好的CPU体系里边有操控部件、运算部件还有寄存器部件。中寄存器部件的效果便是进行数据的暂时存储。已然有内存作为数据存储的场所，那么为什么还要有寄存器呢？答案便是速度和本钱。咱们知道CPU的运算速度是十分快的，假如把运算的数据都放到内存里边的话那将大大下降整个体系的功能。处理的方法是在CPU内部拓荒一小块暂时存储区域，并在进行运算时先将数据从内存复制到这一小块暂时存储区域中，运算时就在这一小快暂时存储区域内进行。咱们称这一小块暂时存储区域为寄存器。由于寄存器和运算器以及操控器是十分严密的联络在一起的，它们的频率共同，所以运算时就不会由于数据的来回传输以及各设备之间的频率差异导致体系功能的全体下降。你或许又会问为什么不把整个内存都集成进CPU中去呢？答案其实仍是本钱问题！
由于CPU速度很快，相应的寄存器也需求存取很快，二者速度上要匹配，所以这些寄存器的制作难度大，选材精，并且是集成到芯片内部，所价格高。而内存的本钱则相对低价，并且从工艺上来说，咱们不或许在CPU内部集成许多的存储单元。
运算的问题经过寄存器处理了，可是还存在一个问题：咱们知道程序在运转时是要将一切可履行的二进制指令代码都装载到内存里边去，CPU每履行一条指令前都需求从内存中将指令读取到CPU内并履行。假如按这样每次都从内存读取一条指令来顺次履行的话，那仍是存在着CPU和内存之间的处理瓶颈问题，然后形成全体功能的下降。这个问题怎样处理呢？答案便是高速缓存。其实在CPU内部不只需为处理运算问题而规划的寄存器，还集成了一个部分高速缓存存储区域。高度缓存的制作本钱要比寄存器低，可是比内存的制作本钱高，容量要比寄存器大，可是比内存的容量小许多。尽管没有寄存器和运算器之间的间隔那么严密，可是要比内存到运算器之间的间隔要近许多。一般情况下CPU内的高速缓存或许只需几KB或许几十KB那么大。正是经过高速缓存的引进，当程序在运转时，就可以预先将部分在内存中要履行的指令代码以及数据复制到高速缓存中去，而CPU则不再每次都从内存中读取指令而是直接从高速缓存顺次读取指令来履行，然后加快了全体的速度。当然要预读取哪块内存区域的指令和数据到缓存上以及怎样去读取这些作业都交给操作体系去调度完结，这儿边的算法和逻辑也十分的杂乱，咱们可以经过学习操作体系相关的课程去了解，这儿就不再展开了。可以看出高速缓存的效果处理了不同速度设备之间的数据传递问题。在实践中CPU内部或许不止设有一级高速缓存，有或许会装备两级到三级的高速缓存，越高档的高速缓存速度越快，容量越低，而越初级的高度缓存则速度越慢，可是容量越大。比方iPhoneX上的搭载的arm处理器A11里边除了固有的37个通用寄存器外，L1级缓存的容量是64KB， L2级缓存的容量达到了8M（这么大的二级缓存，都有或许在你的程序代码少时可以一次性将代码读到缓存中去运转）， 没有装备三级缓存。
存储的层次结构
咱们知道在软件规划上有一个所谓的空间换时刻的概念，便是当两个目标之间进行交互时由于二者处理速度并不共同时，咱们就需求引进缓存来处理读写不共同的问题。比方文件读写或许socket通讯时，由于IO设备的处理速度很慢，所以在进行文件读写以及socket通讯时总是要将读出或许写入的部分数据先保存到一个缓存中，然后再一致的履行读出和写入操作。
可以看出无论是在硬件层面上仍是在软件层面上，当两个组件之间由于速度问题不能进行同步交互时，就可以凭借缓存技能来补偿这种不平衡的情况
指令中的寄存器
CPU履行的每条指令都由操作码和操作数组成，简略了解便是要对谁（操作数）做什么（操作码）。在CPU内部要运算的数据总是放在寄存器中，而实践的数据则有或许是放在内存或许是IO端口中。因而咱们的程序其实大部分时刻便是做了如下三件工作：
把内存或许I/O端口的数据读取到寄存器中
将寄存器中的数据进行运算（运算只能在寄存器中进行）
将寄存器的内容回写到内存或许I/O端口中
这三件工作都是跟寄存器有关，寄存器便是数据存储的中转站，十分的要害，因而在CPU所供给的指令中，假如操作数有两个时至少要有一个是寄存器。
;下面部分是arm64指令示例：
mov x0， #0x100 ;将常数0x100赋值给寄存器x0
mov x1， x0 ;将寄存器x0的值赋值给寄存器x1
ldr x3， ［sp， #0x8］ ;将栈顶加0x8处的内存值赋值给x3寄存器
add x0， x1， x2 ;x0 = x1 + x2 可以看出运算的指令有必要放在寄存器中
sub x0， x1， x2 ;r0 = x1 – x2
str x1， ［sp， #0x08］ ;将寄存器x1中的值保存到栈顶加0x8处的内存处。
;下面部分是x64指令示例（AT&T汇编）：
mov $0x100， %rax ;将常数0x100赋值给寄存器rax
mov %rax， %rbx ;将寄存器rax的值赋值给rbx寄存器
movq 8（%rax）， %rbx ;将寄存器rax中的值+8并将所指向内存中的数据赋值给rbx寄存器
所以不要将机器言语或许汇编言语当成是很杂乱或许难以了解的言语，假如你仔细观察一段汇编言语代码时，你就会发现简直大部分代码都是做的上面的三件工作。咱们在高档言语里边看到的仅仅变量，可是在初级言语里边看到的便是内存地址和寄存器，你可以将内存地址和寄存器也了解为界说的变量，带着这样的思路去阅览汇编代码时你就会发现其实汇编言语也不是那么的困难。在高档言语中咱们可以依据本身的需求界说出许多有特别含义的变量，可是初级言语中由于寄存器就那么几个，它有必要要被复用和重复使用，因而汇编言语中就会呈现许多的将寄存器的内容保存到内存中的指令代码以及从内存中读取到寄存器中的指令代码。这些代码中有许多都有共性，只需在你实践中多去阅览，然后习惯一下就很快可以很快乐的去看汇编代码了，游刃有余吗。
