开个新系列记录计组学习的知识点。
主要参考教材：网课南京大学袁春风老师的MOOC，书籍《深入理解计算机系统》
袁春风老师的MOOC在b站有完整版：https://www.bilibili.com/video/av69563153?from=search&seid=18216428773595388164
1.计算机系统的抽象层次
首先给出一张计算机系统的抽象层次。最终用户处在最上端，是使用者，也是问题的直接提出者。ISA指令集体系结构是软件和硬件的交界层。
计算机越向上层走越抽象，越向下层走越具体。记住一句话：上层是对下层的抽象，使用下层，底层是对上层的实现，为上层提供支撑环境。
2.冯诺依曼体系结构
最早的计算机是上世纪40年代，美国出于军事目的（计算导弹的轨道）设计出来的。其中，冯诺依曼设计的计算机体系成为经典的计算机体系一直沿用至今。
冯诺依曼结构的关键是存储程序。
设计的理念是，程序应该事先被存储起来，想要做某项计算工作时，只要输入数据，就会自动调用程序，程序自动一步步完成计算，最后输出结果。
所谓程序就是指令的集合。
按照上面的理念，存储程序就需要存储器，输入输出程序就需要输入输出的设备（I/O设备），完成自动化的过程需要控制器，完成计算的过程需要运算器。即如下：
上图是高度的抽象，稍微具体一点设计如下图：
运算器会以算数逻辑电路为基础构成，存储器可以分为主存储器（主存）和许多寄存器，程序计数器（Program Counter）顺序调用程序。为了区分各项数据和程序，它们都会标有自己的地址存放在数据寄存器中，控制电路会输出控制信号来完成自动化的操作。
3.现代计算机体系结构
现代计算机的结构模型基于冯诺依曼体系，变化不大：
控制器、程序计数器PC、数据和地址寄存器（MAR和MDR）、通用寄存器组（GPRs）、算数逻辑单元（ALU）、标志寄存器构成了CPU（中央处理单元）。
上世纪早期的计算机设计中，各组件是分散设计的，而现代计算机使用了总线技术设计，地址、数据和控制信号通过三条总线传输，分别为地址总线、控制总线和数据总线。
输入输出设备很好理解，键盘和鼠标就是典型输入设备，显示屏就是输出设备。
CSAPP给出的图：
程序存放在磁盘上。对外的设备都会有其配套的控制器或适配器，控制器是IO设备本身或者计算机的主印刷电路板（主板）上的芯片组，适配器就是主板上的插槽上的卡，作用都是传输数据到IO总线。
上面说的主存实际就是通常说的“内存”，会以内存条的形式插在电脑主机里面。主存是临时存储设备，用动态随机存储器（DRAM）芯片组成。主存中会存放需要执行的机器指令。
CPU就是通常说的“处理器”，是解释和执行指令的引擎，核心是程序计数器PC。从上电到下电为止，PC都会不断更新，指向某条指令的地址。
4.存储器层次结构
CPU直接从磁盘中读数据，比从主存中读慢好几个数量级，而直接从主存中读数据，又比从寄存器中读慢上几乎两个数量级。
所以现代存储的理念是，一步步从下往上读数据，正在运行的程序会通过主存（即内存）存数据，并发展出了高速缓存存储器（Cache）技术。
访问Cache的速度比访问内存快很多，Cache会存放可能经常访问的数据。
一个典型的存储器层次结构：
上层会保存来自下层的数据，越往上访问速度越快。
5.指令的执行过程
如PPT，袁老师拿做菜比喻。
指令简单说，包括操作数和操作码（及地址），操作数是要处理的数据，操作码描述了怎么处理。指令会以0和1的二进制字段来表示。
6.一个程序的生成过程
以Linux环境下用gcc编译器为例，假如写了个程序叫hello.c，打印“Hello”。
首先，想要执行编译的过程，本身就会调用系统的一个程序，叫编译驱动程序，也叫Unix Shell。也就是平时看到的那个命令行窗口。
输入
gcc -o hello hello.c
就会编译当前所在目录下的名为hello.c的程序，然后最后生成名为“hello.o”的可执行文件。
编译过程如下：
hello.c就是个用ASCII字符表示的文本文件。预处理器会根据 # 后面跟的代码执行一些操作（比如包含头文件等），然后生成修改后的文本文件，再经过编译器生成机器级语言（汇编）表示的文本文件，该文本文件再通过会汇编器翻译成机器可以理解的二进制文件。因为hello调用了printf函数来自另一个程序，所以另一个程序也会经过相同的编译过程，最后链接到一起，生成可执行文件。
7.程序开发需要的支撑环境
现在的IDE也就是所谓的语言处理程序，把中间的编辑器和一套翻译转换程序都集成好了，比如Virtual Studio，CodeBlock，Pycharm这样的。
操作系统简单来说就是个大软件，是对下层硬件的抽象，为操作硬件提供许多的基本指令。