计算机组成

计算机组成（Computer Organization）研究如何将 CPU、内存、IO 设备通过总线（Bus）连接成完整的冯·诺依曼系统。核心组件包括：CPU（执行指令）、主存（存储程序和数据）、IO 设备（键盘、显示器、磁盘等）、总线（数据总线、地址总线、控制总线）。指令周期包括取指（Fetch）、译码（Decode）、执行（Execute）、访存（Memory）、写回（Writeback）。中断（Interrupt）机制允许 IO 设备在需要服务时通知 CPU，避免 CPU 轮询等待。DMA（Direct Memory Access）允许 IO 设备直接与内存交换数据，不经过 CPU。

CPU、内存、IO 设备单独存在时无法完成有用的计算。计算机组成将这些独立组件整合为协调工作的系统，实现存储程序（Stored Program）概念：程序和数据以相同方式存储在内存中，CPU 按顺序执行指令。中断机制使 CPU 能够响应外部事件（如键盘输入、网络数据包），而不需要不断轮询。DMA 减轻 CPU 负担，使 IO 操作与计算并行。

程序员通过系统调用（System Call）与 IO 设备交互。操作系统提供设备驱动程序，屏蔽硬件细节。理解计算机组成有助于理解：为什么 IO 操作是异步的（中断驱动）；为什么 DMA 对高性能 IO 至关重要；为什么系统调用比函数调用慢（需要上下文切换到内核态）。嵌入式系统程序员可能需要直接操作 IO 端口和中断控制器。