在 1945 年馮諾依曼和其他電腦科學家們提出了計算機具體實現的報告，其遵循了圖靈機的設計，而且還提出用電子元件構造計算機，並約定了用二進位制進行計算和儲存。

最重要的是定義計算機基本結構為 5 個部分，分別是運算器、控制器、儲存器、輸入裝置、輸出裝置，這 5 個部分也被稱為馮諾依曼模型。

運算器、控制器是在中央處理器裡的，儲存器就我們常見的記憶體，輸入輸出裝置則是計算機外接的裝置，比如鍵盤就是輸入裝置，顯示器就是輸出裝置。

儲存單元和輸入輸出裝置要與中央處理器打交道的話，離不開匯流排。所以，它們之間的關係如下圖：

接下來，分別介紹記憶體、中央處理器、匯流排、輸入輸出裝置。

一、記憶體

我們的程式和資料都是儲存在記憶體，儲存的區域是線性的。

在計算機資料儲存中，儲存資料的基本單位是位元組（byte），1 位元組等於 8 位（8 bit）。每一個位元組都對應一個記憶體地址。

記憶體的地址是從 0 開始編號的，然後自增排列，最後一個地址為記憶體總位元組數 - 1，這種結構好似我們程式裡的陣列，所以記憶體的讀寫任何一個數據的速度都是一樣的。

二、中央處理器

中央處理器也就是我們常說的 CPU，32 位和 64 位 CPU 最主要區別在於一次能計算多少位元組資料：

• 32 位 CPU 一次可以計算 4 個位元組；
• 64 位 CPU 一次可以計算 8 個位元組；

這裡的 32 位和 64 位，通常稱為 CPU 的位寬。

之所以 CPU 要這樣設計，是為了能計算更大的數值，如果是 8 位的 CPU，那麼一次只能計算 1 個位元組 0~255

CPU 內部還有一些元件，常見的有暫存器、控制單元和邏輯運算單元等。其中，控制單元負責控制 CPU 工作，邏輯運算單元負責計算，而暫存器可以分為多種類，每種暫存器的功能又不盡相同。

CPU 中的暫存器主要作用是儲存計算時的資料，你可能好奇為什麼有了記憶體還需要暫存器？原因很簡單，因為記憶體離 CPU 太遠了，而暫存器就在 CPU 裡，還緊挨著控制單元和邏輯運算單元，自然計算時速度會很快。

常見的暫存器種類：

• 通用暫存器，用來存放需要進行運算的資料，比如需要進行加和運算的兩個資料。
• 程式計數器，用來儲存 CPU 要執行下一條指令「所在的記憶體地址」，注意不是儲存了下一條要執行的指令，此時指令還在記憶體中，程式計數器只是儲存了下一條指令「的地址」。
• 指令暫存器，用來存放當前正在執行的指令，也就是指令本身，指令被執行完成之前，指令都儲存在這裡。

三、匯流排

匯流排是用於 CPU 和記憶體以及其他裝置之間的通訊，匯流排可分為 3 種：

• 地址匯流排，用於指定 CPU 將要操作的記憶體地址；
• 資料匯流排，用於讀寫記憶體的資料；
• 控制匯流排，用於傳送和接收訊號，比如中斷、裝置復位等訊號，CPU 收到訊號後自然進行響應，這時也需要控制匯流排；

當 CPU 要讀寫記憶體資料的時候，一般需要通過下面這三個匯流排：

• 首先要通過「地址匯流排」來指定記憶體的地址；
• 然後通過「控制匯流排」控制是讀或寫命令；
• 最後通過「資料匯流排」來傳輸資料；

四、輸入、輸出裝置

輸入裝置向計算機輸入資料，計算機經過計算後，把資料輸出給輸出裝置。期間，如果輸入裝置是鍵盤，按下按鍵時是需要和 CPU 進行互動的，這時就需要用到控制匯流排了。