冯诺依曼体系结构
我们的计算机是由硬件构成的，但它们并非杂乱无序的，而是按照一定的组织结构将所有的硬件划分在一起的。
我们常见的计算机，如笔记本。我们不常见的计算机，如服务器，大部分都遵守冯诺依曼体系。
我们的计算机都是按照图中这样的结构进行组织的。
这些硬件都是插在主板上，用各种系统总线IO总线连接起来构成计算机体系结构。
正常情况下我们的计算机一定要要有输入设备如键盘和鼠标、话筒、摄像头、网卡、磁盘等；
输入设备有显示器、磁盘、网卡、打印机等。
这些都叫做外界设备
计算机的核心任务就是进行数据处理，所以要给它数据，也要能给出处理结果，所以就是需要输入和输出设备。
CPU一般是由两部分构成，其实现在的CPU已经非常复杂了，但我们现在将其简化点来说：
CPU=运算器+控制器
运算器主要是用来做计算的，算数运算与逻辑运算。要么判断结果要么判断真假。
控制器主要是帮我们控制CPU去取指令、分析指令、执行指令等。
CPU也叫做中央处理器
存储器到底是什么？
其实就是内存
那磁盘叫什么呢？外存。外部存储。
输入设备、输出设备都是外设，CPU与存储器则是亲兄弟。
输入设备我们需要的是把外设的数据读到内存里，而输出设备需要我们把内存数据输入到外设中。
其中，磁盘和网卡比较特殊。网卡在以后学到网络再提，这里就只先说磁盘。
我们以前在C++学习中进行文件读取的时候，读文件就是把磁盘里的数据读到内存里。写文件就是把内存里的数据写到磁盘里。这种读写的动作，我们称为IO，Input/Output，所以像磁盘这样的设备可能不止是输入或者输出设备，可能既能输入也能输出。而我们现在在谈硬件，所以这个所谓IO是站在谁的角度的输入与输出呢？站在内存角度。
我们站在内存角度，输入设备把数据给我们就是I，我们把数据给输出设备就是O
（为什么学习冯诺依曼体系？是为了解答以下的疑问）
1.软件运行，必须先加载到内存？程序运行之前，在哪里？
没有运行之前是在磁盘。
因为程序就是个文件。它就是一个编译好的在磁盘特定路径下的二进制文件。
为什么软件运行必须先加载到内存？为什么要从磁盘加载到内存呢？
现在我们先不去关注黑色的箭头也就是控制信号，先关心数据信号。
我们会发现，在计算机体系结构里数据的流动只能从输入设备流到内存，然后我们又看到，CPU读写数据（代码也是数据）只能从内存里。
在数据层面，CPU获取、写入只能从内存中进行。
**而是谁在运行我们的软件呢？是CPU执行我们的代码，访问我们的数据。**所以CPU只认内存就必须将程序将外设加载到内存。
因为我们是站在内存的角度，所以我们说的加载，本质就是I，Input。
我们执行printf的时候其实也并没有直接将内容打印到输出设备上。而是把数据放到一个缓冲区里，需要的时候再把这个数据刷新到外设。
数据从一个设备流动到另一个设备，说流动，其实是拷贝。
++所以体系结构的效率由设备的"拷贝"效率决定。++
CPU在数据（代码也是数据）层面，只和内存打交道；同样的，外设也只和内存打交道。
那么，为什么冯诺依曼体系要这样设计呢？
为什么计算机体系结构不能直接这样呢？
（存储分级）
我们计算机里有各种存储设备，最近的有寄存器，主存即内存，再来还有外存比如本地磁盘，再往后可能还有光盘云盘。
在整个计算机世界里，存储这件事如果离CPU越近，存储容量往往越小，但是更快、更贵。离CPU越远存储容量越大也越便宜但是效率低。
所以输入输出设备属于外设，输入输出效率低，假设它们的运算效率都是毫秒级别，cpu的运算速度是纳秒级别的，1s=1000ms，1ms=1000μs，1μs=1000ns。所以毫秒和纳秒级别差距很大，所以当我们cpu快速处理完后交给输出设备但是输出设备很慢就得等，或者cpu已经处理完了但是下一批要处理的数据还没加载过来。
所以如果没有内存而是直接外设和cpu打交道，整个体系的效率就按照外设的效率来定义了。这是木桶原理。
如果要直接用寄存器来构建外设，那就成本非常高。所以为了能平衡成本和效率，就引入了内存。内存效率也可以认为是微秒（或者其实是纳秒）级别的。
有了内存的存在，将来我们的输入设备的数据就可以提前放到内存里，怎么提前由操作系统决定。
内存（存储器）就可以对外设和CPU的速度做一定的适配，这样就可以以较低的成本获得一台效率不错的计算机。
当代计算机是性价比的产物。
芯片技术+摩尔定律（现在有点失效了），随着时代发展计算机就越来越便宜，效率也越来越高。
后来随着时代发展有了操作系统这种东西，操作系统在内存里，加载的时候就在内存里，它用算法可以将外设中的数据提前搬到内存里，就可以让CPU直接去读了。（局部性原理？内存发挥最大效果）
理解数据流动
一对朋友，一个在北京一个在南京，网络聊天，北京的这人发送的字符串是如何显示到朋友的显示器上的？
（网络部分先淡化理解）
本质是两台冯诺依曼体系在进行聊天
登录聊天软件比如QQ的本质是启动一个软件，本质是将其可执行程序加载到内存了。
我们双击的过程就是加载。
现在QQ就在内存里，所以我们通过输入设备也就是键盘将我们的数据交给内存的QQ。数据就从哪输入设备流动到了存储器。
发送数据一方面我们要加密保证数据安全等，
把"你好"交给运算器转化成比如乱码的加密结构，写回内存，再通过QQ将数据打到自己体系结构的输出设备，在这我们的输入设备就是网卡。
网卡未来就会把数据交到网络里，再由网络交给目标机器。
目标机器的输入设备拿到数据，它的输入设备只能是网卡。
然后朋友也要将QQ启动起来加载到内存里，然后将数据从网卡到内存给QQ，交给运算器解密成"你好"，然后再把"你好"写到内存（存储器），再刷新到输出设备也就是显示器。
这就是没有网络知识，纯站在冯诺依曼体系上对这个数据流动的理解。
所以我们的软件本质上都是在处理存储器和CPU之间的关系。我们写的算法、链表、增删查改，就是为了让我们的中央处理器去修改存储器内部相关的代码和数据。就是让它俩打交道。
当然在聊天时我们不仅能把信息发给对面还能在自己的显示器看到，这就是刷新时不仅在网卡刷一份，在自己的显示器也刷一份。
那如果是发送文件，而不是聊天呢？
文件本质也是数据。
文件先在磁盘上，当我们拖拽文件时本质是将磁盘文件拷贝到QQ，也就是搬到内存里。然后再通过运算器进行加密封包等再写回存储器，再把文件数据刷新到网卡。通过网络，对方网卡接收，读到内存，再解包解密写回内存，还能帮我们打开对应的目标文件，然后把数据写到输出设备也就是对方的磁盘。所以这个文件就从我们的磁盘到对方的磁盘。
硬件是软件的骨架。
所以很多软件问题通过转化为冯诺依曼体系结构我们就能将其理解。