一台简单的计算机可以抽象成下图的模型。CPU、内存、I/O设备等都由一条系统总线连接起来，通过该总线互相通信。
1.3.1 处理器
1、CPU：计算机的“大脑”。
2、CPU内部一些通用寄存器：用于保存变量和临时结果。
3、CPU内部对程序员可见的一些专门寄存器：
程序计数器：保存将要取出的下一条指令的地址，指令取出后更新以便指向后继的指令。
- 堆栈指针：指向内存中当前栈的顶端，该堆栈框架保存了有关的输入参数、局部变量以及没有保存在寄存器中的临时变量。
- 程序状态字（Program Status Word， PSW）：包含了条件码位、CPU优先级、内核态/用户态等控制位。
4、为了提高效率，许多现代CPU具有同时取出多条指令的机制
通过内部的取指单元、解码单元、执行单元三部分完成。当CPU执行指令n时，可以对指令n+1解码，并读取指令n+2，这样，当执行完指令n后，无需等待，就可以直接执行n+1，然后n+2，这样的机制，称为流水线（pipeline）
4、每个CPU都有其一套可执行的专门指令集
Intel公司的X86处理器不能执行sun公司的SPARC程序，SPARC也不能执行X86的程序。
5、摩尔（Moore）定律
芯片中晶体管的数量每18个月翻一番。
6、多线程在操作系统中的意义和缺陷
（1）意义：每个线程在操作系统看来就像是单个的CPU，考虑一个实际有两个CPU的系统，每个CPU有两个线程，这样在操作系统看来就有4个CPU。
（2）缺陷：在某个时间的特定点上，只能维持2个CPU忙碌的工作量，那么在同一个CPU上调度2个线程，而让另一个CPU完全空转，这样的效率远远不如在每个CPU上运行一个线程的效率高。
1.3.2 存储器
存储系统的顶层是CPU中的寄存器，它用和CPU一样的材料制成，和CPU一样快，访问没有时延。其典型的存储容量：32位CPU为32x32位，在64位CPU中为64x64位
下一层次为高速缓存，CPU读取数据时，如果数据在高速缓存行中，则成为高速缓存命中。提升高速缓存命中有利于提升效率。
1.3.3 磁盘（硬盘）
磁盘同RAM相比，每个二进制位的成本低两个数量级以上，所以容量大且便宜，但是读取速度低。
磁盘中有一个或多个金属盘片以不同速度旋转，信息写在磁盘上的一系列同心圆上。边缘开始有一个机械悬横在盘面上，在任意一个给定臂的位置，每个磁头可以读取一段环形区域，称为磁道（track）。把一个给定臂的位置上的所有磁道合并起来，组成了柱面（cylinder）。
每个磁道划分为若干扇区，扇区的典型值为512字节。
每个盘面都有读写头用来读写数据。机械臂从一个柱面移动到相邻的柱面大约需要1ms，而随机移动到某一个柱面的典型时间为5-10ms。
1.3.4 磁带
存储器体系的最后一层，这种介质经常用于磁盘的备份，并且可以保存非常大量的数据集。
1.3.5 I/O设备
1、概念
输入输出设备，比如键盘、鼠标、打印机、硬盘灯。I/O设备一般包含两部分：设备控制器和i/o设备本身。控制器是插在电路板上的一块或一组芯片。
2、设备驱动程序（device driver）
每一类设备控制器都是不同的，需要不同的软件进行控制，专门与控制器对话，发出命令并接收响应的软件，叫做设备驱动程序（device driver）.
3、实现输入输出有三种方式
（1）用户程序发出一个系统调用，然后就执行I/O过程，CPU一直等待I/O的数据，直到得到数据后处理，处理完以后返回结果，CPU才继续处理其他事情。这种方式称为忙等待。
（2）通过中断机制，需要I/O时，先让I/O设备执行对应操作，这个时候CPU不需要等待，继续做其他事情，如果I/O执行完，拿到数据了，这个时候由中断控制器对CPU发起一个中断，处理这个I/O得到的数据。大白话就是先让CPU处理其他事情，当得到I/O数据后，告诉CPU，你先停一下现在手头上的事儿，你刚刚要的数据准备好了，现在给你，你处理下。
（3）使用直接存储器访问芯片(DMA,Direct Memory Access)，直接控制位流，DMA得到数据时，也会对CPU发起中断。
1.3.6 总线
**通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）**是用来将所有慢速I/O设备，如键盘和鼠标，与计算机连接。所有的USB设备共享一个USB设备驱动器，就不需要为新的USB设备安装新设备驱动器了，即无须重启就可以给计算机添加USB设备。
1.3.7 启动计算机
Pentium的简要启动过程
（1）每个Pentium上有一块双亲板，上面有着被称为 基本输入输出系统（Basic Input Output System, BIOS） 的程序。BIOS内有底层I/O软件，包括读键盘、写屏幕、进行I/O以及其他进程。
（2）BIOS开始运行，检查RAM数量，各个I/O设备是否已经安装并正常响应。接着开始扫描ISA和PCI总线并找出连在上面的所有设备（不管是遗留设备还是即插即用设备）。如果现有设备和上次启动时的设备不同，则配置新的设备。
（3）然后BIOS通过尝试存储在CMOS存储器中得设备清单决定启动设备。此时用户可以在系统刚启动之时进入一个BIOS配置程序，对设备清单进行修改。
（4）操作系统询问BIOS，以获得配置信息。一旦有了全部的设备驱动程序，操作系统就将它们调入内核。然后初始化有关表格，创建需要的任何背景进程，并在每个终端上启动登录程序或GUI。
