軟件行業(yè)非常迅速，以前流行C,C++java,spring，現(xiàn)在springcloud,docker,微服務，k8s云原生等概念火熱，還有各種各樣的新技術(shù)在不斷的涌現(xiàn)出來。但是計算機底層原理 這幾十年一直并沒有太大的變化，與其不斷去嘗試新技術(shù)，不如耐住性子，深入學習底層的知識，好好修煉“內(nèi)功”。

計算機的軟硬件概念

計算機系統(tǒng)由"軟件"和"硬件"2大部分組成

其中軟件如果按應用范圍分類，一般分為系統(tǒng)軟件和應用軟件：

1. 系統(tǒng)軟件是各類操作系統(tǒng)，如windows、Linux、UNIX等，還包括操作系統(tǒng)的補丁程序及硬件驅(qū)動程序，都是系統(tǒng)軟件類。
2. 應用軟件可以細分的種類就更多了，如工具軟件、游戲軟件、管理軟件等都屬于應用軟件類。

其中計算機硬件經(jīng)過發(fā)展歷程：

1. 電子管時代，速度每秒幾千次~幾萬次
2. 晶體管時代，速度每秒幾萬次~幾十萬次
3. 中小規(guī)模集成電路時代，速度每秒幾十萬次~幾百萬次
4. 大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路時代，速度每秒上千萬次~萬億次

馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)

1946年，第一臺計算機ENIAC誕生，人類進入計算機時代，馮諾依曼和其他計算機科學家們 提出了計算機"存儲程序"的計算機設計理念，即將計算機指令進行編碼后存儲在計算機的存儲器中，需要的時候可以順序地執(zhí)行程序代碼，從而控制計算機運行。還定義計算機基本結(jié)構(gòu)為 5 個部分，分別是運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備，這就是馮.諾依曼計算機。

實線箭頭表示 數(shù)據(jù)線，虛線箭頭表示 控制線和反饋線

馮·諾依曼計算機特點：

1. 計算機由 運算器、存儲器、控制器、輸入設備和輸出設備 五大部件組成， 側(cè)重于硬件抽象
2. 將計算機的計算和記憶分開，負責計算的部分由運算器和控制器組成，負責記憶的部分稱為存儲器
3. 指令和數(shù)據(jù)均用 二進制數(shù) 表示
4. 指令和數(shù)據(jù)以同等地位存放于存儲器內(nèi)，并可 按地址尋訪
5. 指令由操作碼和地址碼組成，操作碼用來表示操作的性質(zhì)，地址碼用來表示操作數(shù)在存儲器中的位置
6. 指令在存儲器內(nèi)按順序存放。通常，指令是順序執(zhí)行的，在特定條件下，可根據(jù)運算結(jié)果

或根據(jù)設定的條件改變執(zhí)行順序

7. 以運算器為中心

現(xiàn)代計算機系統(tǒng)與馮·諾依曼計算機差別不大，最大的區(qū)別馮·諾依曼計算機 是 以運算器為中心的 ，而現(xiàn)代計算機 以儲存器為中心：

接下來，我們分別介紹一下這幾個重要組成部分

1. 存儲器

存儲器是用來存放數(shù)據(jù)和程序。存儲器 包含主存和輔存

• 主存：直接與CPU交換信息，就是我們熟悉的內(nèi)存
• 輔存：輔存可作為主存的后備存儲器，不直接與CPU交換信息，容量比主存大，但速度比主存慢。比如機械硬盤、固態(tài)硬盤等

2. 運算器

運算器也叫算數(shù)邏輯單元，是進行算數(shù)運算和邏輯運算的部件，在控制器的控制下，對取自內(nèi)存儲器的數(shù)據(jù)進行算術(shù)運算或邏輯運算，并將運算的結(jié)果送到內(nèi)存儲器。

3. 控制器

控制器用來控制、指揮程序和數(shù)據(jù)的輸人、運行以及處理運算結(jié)果。計算機在工作時，控制器首先從內(nèi)存儲器中按順序取出一條指令，并對該指令進行譯碼分析，根據(jù)指令的功能向相關部件發(fā)出操作命令，使這些部件執(zhí)行該命令所規(guī)定的任務，執(zhí)行之后再取出第二條指令進行分析執(zhí)行。如此反復，直到所有指令都執(zhí)行完成。

4. 輸入設備

輸入設備用來將人們熟悉的信息形式轉(zhuǎn)換為機器能識別的信息形式，常見的有鍵盤、鼠標等

5. 輸出設備

輸出設備可將機器運算結(jié)果轉(zhuǎn)換為人們熟悉的信息形式，如打印機輸出、顯示器輸出等。

6. 中央處理器(CPU)

由于運算器和控制器在邏輯關系和電路結(jié)構(gòu)上聯(lián)系十分精密，特別是大型集成電路時代的到來，所以往往會將運算器和控制器集成到同一個芯片上，統(tǒng)稱 在中央處理器(CPU)，其功能是從內(nèi)存儲器中取出指令、解釋指令并執(zhí)行指令。

7. CPU中 還有一個常見的組件，寄存器

寄存器是CPU內(nèi)部用來存放數(shù)據(jù)的一些小型的存儲區(qū)域，用來暫時存放參與運算的數(shù)據(jù)以及運算結(jié)果。寄存器由電子線路組成，存取速度非?？?，與CPU的速度相當，寄存器的成本較高，因而數(shù)量較少。CPU內(nèi)部的寄存器類型有指令寄存器、程序計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器、地址寄存器以及狀態(tài)寄存器等。

總線

總線是貫穿整個系統(tǒng)的是一組電子管道，稱作總線，它攜帶信息字節(jié)并負責在各個計算機部件間傳遞。通?？偩€被設計成傳送定長的字節(jié)塊，也就是字（word）。字中的字節(jié)數(shù)（即字長）是一個基本的系統(tǒng)參數(shù)，各個系統(tǒng)中都不盡相同?，F(xiàn)在的大多數(shù)機器字長要么是4個字節(jié)（32位），要么是8個字節(jié)（64位）。本文我們不對字長做任何固定的假設

另外計算機最小的存儲單位是 字節(jié)（ byte ） ，1 字節(jié)等于 8 位（1Byte=8bit），而 位/比特（bit） 是計算機最小的數(shù)據(jù)傳輸單位。1 字節(jié)等于 8 位(1Byte=8bit）這個換算規(guī)則大家需要牢記

我們順便把內(nèi)存相關的知識串起來：計算機將8個bit歸為一組，為字節(jié)，每一個字節(jié)都對應一個內(nèi)存地址。內(nèi)存的地址是從 0 開始編號的，然后自增排列，最后一個地址為內(nèi)存總字節(jié)數(shù) - 1。CPU只需要知道某個數(shù)據(jù)類型的地址, 就可以直接去到對應的內(nèi)存位置去提取數(shù)據(jù)了。

總線可分為 3 種：

• 地址總線 ，一般用于指定 CPU 將要操作的內(nèi)存地址；
• 數(shù)據(jù)總線 ，一般用于讀寫內(nèi)存的數(shù)據(jù)；
• 控制總線 ，一般用于發(fā)送和接收信號，比如中斷、設備復位等信號，CPU 收到信號后，通過控制總線進行響應；