冯·诺依曼体系结构
“存储程序”的计算机金字塔
早期的计算机组成
- 早期的基本硬件组成：CPU、内存和主板。
- 存放在内存中的程序和数据，需要被CPU读取，CPU 计算完之后，还要把数据写回到内存
- 主板是一个有着各种各样，有时候多达数十乃至上百个插槽的配件。我们的 CPU 要插在主板上，内存也要插在主板上。主板的芯片组（Chipset）和总线（Bus）解决了 CPU 和内存之间如何通信的问题。芯片组控制了数据传输的流转，也就是数据从哪里到哪里的问题。总线则是实际数据传输的高速公路。因此，总线速度（Bus Speed）决定了数据能传输得多快。
- 有了以上三件，只要配上电源，计算机差不多就可以跑起来了，现在还缺少的是各类输入（Input）/ 输出（Output）设备，也就是 *I/O 设备*。最后，还可以配上一个硬盘。这样各种数据才能持久地保存下来。
- 另外，显卡（Graphics Card）对于使用图形界面操作系统的计算机，无论是 Windows、Mac OS 还是 Linux，都是必不可少的。显卡之所以特殊，是因为显卡里有除了 CPU 之外的另一个“处理器”，也就是 GPU（Graphics Processing Unit，图形处理器），GPU 一样可以做各种“计算”的工作。
主板
鼠标、键盘以及硬盘，这些都是插在主板上的。作为外部 I/O 设备，它们是通过主板上的南桥（SouthBridge）芯片组，来控制和 CPU 之间的通信的。“南桥”芯片的名字很直观，一方面，它在主板上的位置，通常在主板的“南面”。另一方面，它的作用就是作为“桥”，来连接鼠标、键盘以及硬盘这些外部设备和 CPU 之间的通信。
有了南桥，自然对应着也有“北桥”。是的，以前的主板上通常也有“北桥”芯片，用来作为“桥”，连接 CPU 和内存、显卡之间的通信。不过，随着时间的变迁，现在的主板上的“北桥”芯片的工作，已经被移到了 CPU 的内部，所以你在主板上，已经看不到北桥芯片了。
冯·诺依曼体系结构
类似的手机也有这样的组成。我们手机里只有 SD 卡（Secure Digital Memory Card）这样类似硬盘功能的存储卡插槽，并没有内存插槽、CPU 插槽这些东西。这是由于尺寸的原因，手机制造商们选择把 CPU、内存、网络通信，乃至摄像头芯片，都封装到一个芯片，然后再嵌入到手机主板上。这种方式叫 SoC，也就是 System on a Chip（系统芯片）。
无论是个人电脑、服务器、智能手机，还是 Raspberry Pi 这样的微型卡片机，都遵循着同一个“计算机”的抽象概念。这是怎么样一个“计算机”呢？这其实就是冯·诺依曼体系结构（Von Neumann architecture），也叫存储程序计算机。包含了两个概念：一个是可编程，一个是存储。
关于“存储程序计算机”的由来，可以参见冯在秘密开发的 EDVAC 写了一篇报告First Draft of a Report on the EDVAC，描述了他心目中的一台计算机应该长什么样。
计算机结构体系
- 处理器：首先是一个包含算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，ALU）和处理器寄存器（Processor Register）的处理器单元（Processing Unit），用来完成各种算术和逻辑运算。因为它能够完成各种数据的处理或者计算工作，因此也有人把这个叫作数据通路（Datapath）或者运算器。
- 控制器单元：一个包含指令寄存器（Instruction Register）和程序计数器（Program Counter）的控制器单元（Control Unit/CU），用来控制程序的流程，通常就是不同条件下的分支和跳转。在现在的计算机里，上面的算术逻辑单元和这里的控制器单元，共同组成了我们说的 CPU。
- 内存：接着是用来存储数据（Data）和指令（Instruction）的内存。以及更大容量的外部存储，在过去，可能是磁带、磁鼓这样的设备，现在通常就是硬盘。
- I/O 设备：最后就是各种输入和输出设备，以及对应的输入和输出机制。我们现在无论是使用什么样的计算机，其实都是和输入输出设备在打交道。
延伸：图灵机
冯·诺依曼机侧重于硬件抽象，而图灵机侧重于计算抽象
- 图灵机是一种思想模型，是一种有穷的、构造性的问题的问题求解思路，图s灵认为凡事能用算法解决的问题也一定能用图灵机解决；
- 阿兰图灵确定了利用当代计算机的计算极限，即冯诺依曼机只能解决 1.有解的可计算的数学问题 2.能够在有限步骤得到解，为软件便成确立的问题领域边界。
- 相比而言，冯诺依曼机侧重于”程序存储”与”二进制执行”，并提出实现这两点必须的五个部分:控制器，处理器，存储单元，输入和输出设备。这个体系基本奠定了近现代计算机的硬件基础。