對於程式設計師，那些既陌生又熟悉的計算機硬體
阿新 • • 發佈：2020-05-17
程式設計師一步入中年，不知不覺便會被鋪天蓋地的“危機感”上身，曾經的那個少年已經不在，時間就是這樣公平。就算你能發明c語言，隨著時間的推移，你註定還是要成為慢慢變蔫的茄子，緩緩變黑的葡萄。
看著樂視退市的訊息，週末我趕緊拉著兒子的小手，複習起了大學那曾經考試”滿分“的計算機基礎，你別說，只讀了一小部分我就發現一個事實，記憶力果然指數級下降，兒子一遍就可以熟記，我卻衰退的就像沒上過大學。
>原來程式設計師寫的程式實際上就是一個由0和1組成的位序列，或者說是位元序列，8個位元（bit）被分為一組，稱為位元組。系統中所有的資訊，包括網路傳送的資料，記憶體中的資料以及磁碟檔案，程式等，都是由一串位元（bit）表示的。如果你要問為什麼非要8個位元組呢？難道不會百度嗎？我又不是計算機發明者^_^。可能有一點非常重要，你可以拿去和麵試官吹水：一個同樣的位元組可能代表一個整數，浮點數，甚至字串，區分他們的唯一方法是這些資料的上下文資訊。
順便提一下，在計算機中數字的表示方式其實是對實際值的有限近似值，只不過一些高階語言對這些值處理的很好而已，不得不吐槽，JavaScript在處理這個問題上做的不是太好，不信你可以瀏覽器的F12 執行一下
```
0.1+0.2
0.30000000000000004
0.01 + 0.05
0.060000000000000005
```
言歸正傳，作為一個有著”程式碼改變世界“夢想的程式設計師，對自己手藝要精益求精，就必須瞭解你的真愛的物力構成。無論多diao的軟體都執行在硬體基礎之上，雖然近幾年硬體的發展速度比你衰老的速度還要快，但是核心內容幾乎沒變，這才是你真愛的裸妝。
##### CPU
先擼一下這個不成熟的百度百科
>中央處理器（CPU，central processing unit）作為計算機系統的運算和控制核心，是資訊處理、程式執行的最終執行單元
說的直白一點，這個傢伙幾乎是軟體執行的核心，是解釋和執行指令的引擎。目前主流的cpu的核心是一個32位或者64位（未來還可能更大）長度的儲存裝置或者暫存器，被稱為程式計數器（PC，一個蛋疼的簡稱）。在任何時刻，程式計數器都指向記憶體中某條指令的地址。
CPU表面上是按照一個特定的模型去執行指令，這個模型由指令集的架構來決定的（每個架構型別都不一樣，所以才會有AMD，Intel）。自系統通電開始，直到系統斷電，CPU一直都在不斷的執行指令。如果沒有實際的軟體執行指令呢？拿windows來說，軟體層虛擬出來了一個“System Idle Process”程序，被稱為系統空閒程序，這個程序會告訴cpu掛起（停止工作），所以這個程序的cpu使用率和其他程序是相反的意思，它的使用率越高說明CPU的壓力越小。
CPU從程式計數器指向的記憶體地址讀取指令內容，並解釋該指令執行指令的操作，然後更新程式計數器，使他指向下一條指令，而這條指令很有可能和上條指令並非相鄰。簡單來說，cpu可能會頻繁的執行以下操作
1. 資料載入：從主存複製一段資料到暫存器，以覆蓋暫存器中原來的內容。
2. 資料儲存：把暫存器中的一段資料複製到主存的一個位置，以覆蓋主存原來位置上的內容。
3. 指令操作：把兩個暫存器的內容複製到邏輯計算單元，邏輯計算單元會對這兩段資料做指令運算，並將結果儲存在一個暫存器中。
4. 指令跳轉：從指令本身抽取一段內容並複製到程式計數器中，以覆蓋程式計數器中原來的值。
##### 主存
老規矩，沒有百度不到的知識，一個沒有百度百科的名詞，說明不是很有名
>主儲存器（Main memory），簡稱主存。是計算機硬體的一個重要部件，其作用是存放指令和資料，並能由中央處理器（CPU）直接隨機存取。現代計算機是為了提高效能，又能兼顧合理的造價，往往採用多級儲存體系。即由儲存容量小，存取速度高的高速緩衝儲存器，儲存容量和存取速度適中的主儲存器是必不可少的。主儲存器是按地址存放資訊的，存取速度一般與地址無關。
主存是一個臨時的儲存裝置，在程式被執行過程中用來臨時存放程式內容和處理結果。從物理來講，主存是由一組動態隨機存取儲存器晶片組成（你可以想象成一大排二極體），從邏輯上來講，主存是一個線性的位元組陣列，每個位元組都有一個唯一的地址，這些地址是從0開始的，現在主流的主存在個人計算機上已經是16G的大小，讓我這個還在用4G主存的老人無言以對呀。
##### 輸入輸出裝置
當年計算機第一堂課，那個地中海的老師就講過這個概念，雖然具體內容現在已經和我的秀髮一併褪去，但是每天的工作中還是能偶爾看到IO這個詞。
IO（輸入輸出）是系統與外部世界的連線通道，像我們每天擼王者農藥的滑鼠鍵盤，釋放壓力看小電影的高清顯示器，儲存蒼老師的磁碟等等，這些都隸屬於輸入輸出裝置。
每個IO裝置都有一個控制器或者介面卡，它是和系統互動的途徑，一般都和IO匯流排連線。說直白一點，每個IO裝置都有它的驅動程式，要不然系統不可能無緣無故就能使用鍵盤滑鼠這些裝置的，即使現在的外設都是免驅的。
##### 系統匯流排
匯流排是連線整個系統的橋樑，物理上是一組電子管道。他負責攜帶資訊位元組並在各個元件之間進行傳遞，就像我們軟體系統設計SOA中的匯流排。匯流排根據系統定義的位數來傳輸定長的資料，每個系統都不一樣，不過現在主流的長度要麼是四個位元組（32位），要麼是8個位元組（64位）。從這裡就可以聯想到，64位的系統在資料傳輸速度上要比32位的系統快一倍，也許將來很快會邁入128,256時代呢
如果非要加一張圖的話，此圖最有代表性
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