计算机体系结构是计算机科学与工程的重要领域，它涉及计算机系统的设计、功能和实现。以下是计算机体系结构基础知识的第一部分：

1. 计算机体系结构的定义

计算机体系结构是关于计算机系统的功能组织和实现细节的描述。它包括指令集设计、硬件组件、数据通路、输入/输出（I/O）机制和存储层次结构等。

2. 经典计算机架构模型

• 冯·诺依曼架构：最经典的计算机体系结构模型，其基本思想是将程序存储在计算机的内存中，通过控制单元逐条读取指令并执行。该架构的主要组件包括：

  • 存储器（Memory）：存储数据和指令。
  • 中央处理单元（CPU）：包括算术逻辑单元(ALU)和控制单元(CU)，用于执行指令。
  • 输入/输出（I/O）设备：与外界交互的装置。

• 哈佛架构：与冯·诺依曼架构不同，指令存储和数据存储是分开的，允许同时访问指令和数据。

3. 指令集架构（ISA）

指令集架构是软件与硬件之间的接口，定义了处理器支持的指令集。它包括：
- 操作码（Opcode）：指明所执行的操作类型。
- 操作数：可以是寄存器、内存地址或常数。
- 寻址方式：指明如何访问指令的操作数。

4. CPU结构和功能

• 算术逻辑单元（ALU）：负责执行所有算术和逻辑操作。
• 寄存器：小容量高速存储单元，用于临时存储操作数和计算结果。
• 控制单元（CU）：从内存中获取指令，解码并发送信号控制ALU和寄存器。

5. 内存层次结构

• 高速缓存（Cache）：一种小型高速存储器，用于提高数据访问速度。
• 主存（RAM）：存储数据和程序的运行时状态。
• 二级存储（硬盘、SSD）：非易失性，用于数据的长期存储。

6. I/O系统

I/O系统负责处理计算机与外部世界的交互，包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。

7. 性能测量

计算机性能通常由以下指标衡量：
- 时钟速度（Clock speed）：CPU每秒振荡的次数，用GHz表示。
- 每周期指令数（IPC）：每个时钟周期处理器执行的指令数量。
- 吞吐量（Throughput）：系统在单位时间内处理的任务数。

以上就是计算机体系结构基础知识的第一部分。在深入了解每个部分后，可以更好地理解计算机硬件的工作原理和整体设计。