1、计算机组成原理知识地图
图中将计算机分成四大部分：计算机的基本组成、计算机的指令和运算、处理器设计、已经存储器和I/O设备
计算机的基本组成
将计算机的组成部分对应的冯诺依曼的系统结构中，也就是运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备这五大基本组件。除此之外还需要了解计算机的两个核心指标：性能和功耗
计算机的指令和运算
指令这部分涉及到，所编写的一行行代码是怎么在计算机里面跑起来的，即程序是怎么通过编译器和汇编器，变成一条条机器指令这样的编译过程（即编译原理），还需要知道我们的操作系统是怎么链接、装载、执行这些程序的（即操作系统）。而这一条条的指令执行的控制过程，就是由计算机五大组件之一的控制器来控制的。
计算部分是从二进制和编码开始，理解我们的数据在计算机中的表示，以及是怎么从数字短路层面，实现加法、乘法这些基本的运算功能。实现这些运算功能的ALU，也就是算数逻辑单元，就是计算机五大组件之一的运算器。这里面有一个浮点数是很重要的一个知识点，掌握浮点数会让我们对数据的编码、存储和计算能够有一个从表到里的深入理解。
CPU的设计
CPU时钟可以用来构造寄存器和内存的锁存器和触发器，因此，CPU时钟应该是学习CPU的前导知识。搞明白为什么需要CPU时钟，以及寄存器和内存是用什么样的硬件组成的之后，可以再来看看这个计算机的数据通了是如何构造出来的。
数据通路，其实就是连接整个运算器和控制器，并最终组成了CPU。而出于对性能和功耗的考虑，还有进一步理解和掌握面向流水线设计的CPU、数据和控制冒险，以及分支预测的相关技术。
CPU作为控制器要和输入输出设备通信，那么我们就需要知道异常和中断发生的机制。还有指令的并行执行，看看如何直接在CPU层面，通过SIMD来支持并行计算。
存储器原理
通过存储器的层次结构作为基础的框架引导，需要掌握从上到下的CPU高速缓存、内存、SSD硬盘和机械硬盘的工作原理，他们之间的性能差异，以及实际应用中利用这些设备会遇到的挑战。存储器其实很多时候又扮演了输入输出设备的角色，所以需要进一步了解CPU和这些存储器之间是如何进行通信的，以及我们最重视的性能问题是怎么一回事，理解什么是IO_WAIT，如何通过DMA来提升程序性能。
对于存储器，不仅需要它们能正常工作，还需要确保里面的数据不能丢失。于是需要掌握是如何通过RAID、Erasure Code、ECC以及分布式HDFS，这些不同的技术，来确保数据的完整性和访问性能。
2、学习资料
入门书籍：《计算机是怎样跑起来的》，《程序是怎样跑起来的》；此外，寄存器、ALU这些电路怎么回事，可以看Coursera 上的北京大学免费公开课《Computer Organization》
深入学习：《计算机组成与设计：硬件 / 软件接口》和经典的《深入理解计算机系统》，辅助的有《计算机组成：结构化方法》，《计算机体系结构：量化研究方法》。
3、课外资料
《编码：隐匿在计算机软硬件背后的语言》和《程序员的自我修养：链接、装载和库》是理解计算机硬件和操作系统层面代码执行的优秀阅读材料。