程序员培训课件之计算机进阶指南图解网络系统

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1、这本书写的络知识主要是向程序员向程序员的，因为我本身也是个程序员，所以涉及到的知识主要是关于程 序员常作或者试的操作系统知识。常适合有点操作系统，但是不怎么扎实，或者知识点串不起来的同学，说这本图解系统就是这本图解系统就是为为了了 拯救半桶拯救半桶的同学的同学出来出来。因为我写的图解系统就四个字， 通俗易懂通俗易懂！相信你在看这本图解系统的时候，你的感受会是：前前这本书图解系统适合什么群体呢？很诚恳的告诉你，这本书不是教科书。是我在公众号写的图解系统章的整合，所以肯定是没有教科书那么细致和全，当然也不就不会有 很多废话，且有的知识点书上看不到。图解系统 PDF 不仅仅只有操作系统的知识，还涉及

2、计算机组成和 Linux 系统、命令的知识。阅读的顺序可以不从头读到尾，你可以根据你想要了解的知识点，去看哪个章节的章就好，可以随意 阅读任何章节的章。下这张思维导图是整个电书的录结构：当然，也适合试突击操作系统知识时拿来看，不敢说 100 % 涵盖了试的络问题，但是少 90% 是 有的，且内容的深度应对也是搓搓有余的，有常多的读者跑来感激我的图解系统， 帮助他们拿帮助他们拿到了国内很多到了国内很多线线的的 offer。卧槽， 原来是这样， 学师教知识原来是这么理解卧槽， 我的操作系统知识串起来了卧槽， 我感觉试稳了卧槽， 相恨晚这本书图解系统要怎么阅读呢？、硬件结、硬件结构构1.1 CPU

3、是如何执是如何执程序程序的的？代码写了那么多，你知道 a = 1 + 2 这条代码是怎么被 CPU 执的吗？软件了那么多，你知道软件的 32 位和 64 位之间的区别吗？再来 32 位的操作系统可以运在 64 位的电 脑上吗？ 64 位的操作系统可以运在 32 位的电脑上吗？如果不，原因是什么？CPU 看了那么多，我们都知道 CPU 通常分为 32 位和 64 位，你知道 64 位相 32 位 CPU 的优势在哪 吗？ 64 位 CPU 的计算性能定 32 位 CPU 很多吗？不知道也不慌张，接下来就循序渐进的、层层的攻破这些问题。勘误事勘误事宜宜我是个残党残党，可能中会有不少错别字，所以在学

4、习这份电书的同学， 如果你发现有任何错误或者如果你发现有任何错误或者 疑惑的地疑惑的地，欢迎你通过下，欢迎你通过下的邮箱反馈给我的邮箱反馈给我，我会逐个修正，然后发布新版本的图解系统 PDF， 起迭代出更好的图解系统！勘误邮箱： 要想知道程序执的原理，我们可以先从图灵机说起，图灵的基本思想是机器来模拟们纸笔进 数学运算的过程，且还定义了计算机由哪些部分组成，程序是如何执的。图灵机什么样呢？你从下图可以看到图灵机的实际样：图灵机的作式1 、 存储单元于存放数据；2、控制单元于识别字符是数据还是指令，以及控制程序的流程等；3、 运算单元于执运算指令；知道了图灵机的组成后，我们以简单数学运算的 1

5、+ 2 作为例，来看看它是怎么执这代码的。先，读写头把 1 、2 、+这 3 个字符分别写到纸带上的 3 个格，然后读写头先停在 1 字符对应的格上；有条纸带，纸带由个个连续的格组成，每个格可以写字符，纸带就好内存，纸带 上的格的字符就好内存中的数据或程序；有个读写头，读写头可以读取纸带上任意格的字符，也可以把字符写到纸带的格； 读写头上有些部件，如存储单元、控制单元以及运算单元：图灵机的基本组成如下：读写头再往右移动个格，就会碰到 + 号，读写头读到 + 号后，将 + 号传输给控制单元，控制单元发现是个 + 号不是数字，所以没有存到状态中，因为 + 号是运算符指令，作是加和 前的状态，于是通

6、知运算单元作。运算单元收到要加和状态中的值的通知后，就会把状态中的 1 和 2 读并计算，再将计算的结果 3 存放到状态中；然后读写头向右移动个格，同样的式把 2 读到图灵机的状态，于是现在图灵机的状态中存储 着两个连续的数字， 1 和 2；接着，读写头读 1 到存储设备中，这个存储设备称为图灵机的状态；通过上的图灵机计算 1 + 2 的过程，可以发现图灵机主要功能就是读取纸带格中的内容，然后交给 控制单元识别字符是数字还是运算符指令，如果是数字则存到图灵机状态中，如果是运算符，则通知运 算符单元读取状态中的数值进计算，计算结果最终返回给读写头，读写头把结果写到纸带的格中。在 1945 年冯诺

7、依曼和其他计算机科学家们提出了计算机具体实现的报告，其遵循了图灵机的设计，且 还提出电元件构造计算机，并约定了进制进计算和存储，还定义计算机基本结构为 5 个部分， 分别是中央处理器（中央处理器（CPU）、）、内存内存、输输设备设备、输出设备输出设备、总总线线。事实上，图灵机这个看起来很简单的作式，和我们今天的计算机是基本样的。接下来，我们同再 看看当今计算机的组成以及作式。最后，运算单元将结果返回给控制单元，控制单元将结果传输给读写头，读写头向右移动，把结果 3 写到纸带的格中；冯诺依曼模型这 5 个部分也被称为冯诺依曼模型，接下来看看这 5 个部分的具体作。内内存存我们的程序和数据都是存储

8、在内存，存储的区域是线性的。数据存储的单位是个进制位（进制位（bit） ，即 0 或 1。最的存储单位是字节（字节（byte）， 1 字节等于 8 位。内存的地址是从 0 开始编号的，然后增排列，最后个地址为内存总字节数 - 1，这种结构好似我们程序 的数组，所以内存的读写任何个数据的速度都是样的。中央处理中央处理器器中央处理器也就是我们常说的 CPU， 32 位和 64 位 CPU 最主要区别在于次能计算多少字节数据：32 位 CPU 次可以计算 4 个字节；64 位 CPU 次可以计算 8 个字节；这的 32 位和 64 位，通常称为 CPU 的位宽。之所以 CPU 要这样设计，是为了能计

9、算更的数值，如果是 8 位的 CPU，那么次只能计算 1 个字节0255 范围内的数值，这样就法次完成计算 10000 * 500 ，于是为了能次计算数的运算， CPU 需要持多个 byte 起计算，所以 CPU 位宽越，可以计算的数值就越，如说 32 位 CPU 能计算的最整数是 4294967295 。CPU 内部还有些组件，常的有寄存器、控制单元和逻辑运算单元等。其中，控制单元负责控制 CPU 作，逻辑运算单元负责计算，寄存器可以分为多种类，每种寄存器的功能不尽相同。通寄存器，来存放需要进运算的数据，如需要进加和运算的两个数据。程序计数器，来存储 CPU 要执下条指令所在的内存地址，注意

10、不是存储了下条要执 的指令，此时指令还在内存中，程序计数器只是存储了下条指令的地址。指令寄存器，来存放程序计数器指向的指令，也就是指令本身，指令被执完成之前，指令都存储 在这。数据是如何通过线路传输的呢？其实是通过操作电压，低电压表示 0，压电压则表示 1。如果构造了低这样的信号，其实就是 101 进制数据，进制则表示 5，如果只有条线路，就意味 着每次只能传递 1 bit 的数据，即 0 或 1，那么传输 101 这个数据，就需要 3 次才能传输完成，这样的效率常低。地址总线，于指定 CPU 将要操作的内存地址；数据总线，于读写内存的数据；控制总线，于发送和接收信号，如中断、设备复位等信号，

11、 CPU 收到信号后然进响应，这时 也需要控制总线；因为内存离 CPU 太远了，寄存器就在 CPU ，还紧挨着控制单元和逻辑运算单元，然计算时速度会 很快。常的寄存器种类：输设备向计算机输数据，计算机经过计算后，把数据输出给输出设备。期间，如果输设备是键盘， 按下按键时是需要和 CPU 进交互的，这时就需要到控制总线了。先要通过地址总线来指定内存的地址；再通过数据总线来传输数据；CPU 中的寄存器主要作是存储计算时的数据，你可能好奇为什么有了内存还需要寄存器？原因很简单，总线是于 CPU 和内存以及其他设备之间的通信，总线可分为 3 种：线路位宽与 CPU 位宽当 CPU 要读写内存数据的时候

12、，般需要通过两个总线：输输、输出设备输出设备总总线线这样位位传输的式，称为串，下个 bit 必须等待上个 bit 传输完成才能进传输。当然，想 次多传些数据，增加线路即可，这时数据就可以并传输。为了避免低效率的串传输的式，线路的位宽最好次就能访问到所有的内存地址。 CPU 要想操作的内 存地址就需要地址总线，如果地址总线只有 1 条，那每次只能表示 0 或 1这两种情况，所以 CPU 次 只能操作 2 个内存地址，如果想要 CPU 操作 4G 的内存，那么就需要 32 条地址总线，因为 2 32 = 4G 。知道了线路位宽的意义后，我们再来看看 CPU 位宽。CPU 的位宽最好不要于线路位宽，

13、如 32 位 CPU 控制 40 位宽的地址总线和数据总线的话，作起来 就会常复杂且麻烦，所以 32 位的 CPU 最好和 32 位宽的线路搭配，因为 32 位 CPU 次最多只能操作 32 位宽的地址总线和数据总线。如果 32 位 CPU 去加和两个 64 位的数字，就需要把这 2 个 64 位的数字分成 2 个低位 32 位数字和 2 个位 32 位数字来计算，先加个两个低位的 32 位数字，算出进位，然后加和两个位的 32 位数字， 最后再加上进位，就能算出结果了，可以发现 32 位 CPU 并不能次性计算出加和两个 64 位数字的结 果。对于 64 位 CPU 就可以次性算出加和两个

14、64 位数字的结果，因为 64 位 CPU 可以次读 64 位的数 字，并且 64 位 CPU 内部的逻辑运算单元也持 64 位数字的计算。但是并不代表 64 位 CPU 性能 32 位 CPU 很多，很少应需要算超过 32 位的数字，所以如果计算的如果计算的数额不超过数额不超过 32 位数字的情况位数字的情况下下， 32 位和位和 64 位位 CPU 之间没什么区别的之间没什么区别的，只有当计算超过只有当计算超过 32 位数字的情位数字的情况下，况下， 64 位的优势才能体现出来位的优势才能体现出来。另外， 32 位 CPU 最只能操作 4GB 内存，就算你装了 8 GB 内存条，也没。 6

15、4 位 CPU 寻址范围 则很，理论最的寻址空间为 264 。在前，我们知道了程序在图灵机的执过程，接下来我们来看看程序在冯诺依曼模型上是怎么执的。程序实际上是条条指令，所以程序的运过程就是把每条指令步步的执起来，负责执指令 的就是 CPU 了。程序执的基本过程CPU 的位宽决定，如 32 位的 CPU，指令是 4 个字节，需要 4 个内存地址存放，因此程序计数 器的值会增 4；简单总结下就是，个程序执的时候， CPU 会根据程序计数器的内存地址，从内存把需要执 的指令读取到指令寄存器执，然后根据指令度增，开始顺序读取下条指令。CPU 从程序计数器读取指令、到执、再到下条指令，这个过程会不断循

16、环，直到程序执结束，这个不断循环的过程被称为 CPU 的指令周的指令周期期。那 CPU 执程序的过程如下：第步， CPU 读取程序计数器的值，这个值是指令的内存地址，然后 CPU 的控制单元操作地址总线指定需要访问的内存地址，接着通知内存设备准备数据，数据准备好后通过数据总 线将指令数据传给 CPU， CPU 收到内存传来的数据后，将这个指令数据存到指令寄存器。第步， CPU 分析指令寄存器中的指令，确定指令的类型和参数，如果是计算类型的指令，就把 指令交给逻辑运算单元运算；如果是存储类型的指令，则交由控制单元执；第三步， CPU 执完指令后，程序计数器的值增，表示指向下条指令。这个增的，由a = 1 + 2 执具体过程知道了基本的程序执过程后，接下来 a = 1 + 2 的作为例，进步分析该程序在冯诺伊曼模型的执 过程。CPU 是不认识 a = 1 + 2 这个字符串，这些字符串只是便我们程序员认识，要想这段程序能跑起来， 还需要把整个程序翻译成汇编语汇编语的程序，这个过程称为编译成汇编代码。针对汇编代码，我们还需要汇编器翻译成机器码，这些机器码由 0 和 1 组成的机器语，这条条机