计算机是怎么工作的

深入浅出地介绍计算机工作原理，涵盖CPU架构、内存系统、操作系统、网络协议等核心概念。

RAM是易失性的,这意味着它只在通电的时候才能保持数据。

使用相同指令的一系列CPU共享一个指令集架构(ISA)——简称架构,它是表示CPU工作原理的模型。

CPU由多个组件构成,这些组件协同工作以执行指令。我们将关注三个基本组件:处理器寄存器、算术逻辑单元和控制单元。

CPU的设计不再关注如何提高时钟频率,而是开始关注多条指令的并行执行。人们提出了多核CPU的概念。

CPU中驻留了小容量的存储器以保存经常被访问的内存数据的副本。这种存储器被称为CPU的高速缓存。

硬盘驱动器和固态驱动器是最常见的辅存设备。硬盘驱动器(HDD)用高速旋转磁盘上的磁性来存储数据,固态驱动器(SSD)用非易失性存储单元中的电荷来存储数据。

物理地址空间中的地址并不总是指向内存字节,它们也可以指向I/O设备。

CPU、内存和I/O设备之间的通信经常使用三种常见的总线类型。

机器语言是用CPU系列已知的指令列表构成的。

汇编语言是一种编程语言,它的每一条语句都直接表示一条机器语言指令。

编译器——一种把高级程序语句转换为特定处理器机器码的程序。

面向对象的编程语言通常使用基于类的方法。“类"是对象的蓝图。从类创建的对象被称为该类的一个"实例”。类中的函数定义被称为"方法",类中声明的变量被称为"字段"。

源代码必须编译成机器语言或者在运行时由其他代码解释。

操作系统(OS)是一种软件,它与计算机硬件通信,并为程序执行提供环境。

操作系统还包括非内核组件,例如壳(shell),这是一种使用内核的用户界面。

Linux为GNU代码的运行提供内核,而GNU项目给Linux提供壳、库和实用程序。

处理器可能提供两个以上的特权级,但大多数操作系统只使用两个等级。较高权限称为"内核模式",较低权限称为"用户模式"。

进程是运行程序的容器。这个容器包含一个私有虚拟内存地址空间、加载到内存的程序代码副本,以及关于进程状态的其他信息。

线程是进程中可调度的执行单元。线程在进程中运行,它可以执行任何被加载到该进程的程序代码。

每个处理器核一次只能运行一个线程,所以设备中核的数量决定了能同时运行的线程数。

开发人员可以编写使用操作系统API的代码,然后针对多个处理器类型进行编译。源代码的目标是通用API,而编译后的代码的目标是特定于架构的ABI。

互联网协议套件中的两个基本协议是传输控制协议(Transmission Control Protocol,TCP)和互联网协议(Internet Protocol,IP),统称为TCP/IP。

子网把IP地址划分为两个部分:网络前缀和主机标识符。

链路层在帧标题中包含了目标MAC地址,以识别本地网络接口,网络层在包标题中包含了目标IP地址,以识别互联网上的主机。

传输层段标题中包含了目标网络端口号,该端口号标识了将要接收数据的特定服务或进程。单个IP地址的主机可以有多个活跃端口,每个端口都用于执行不同类型的网络活动。

标准化端口号是有意义的。例如,Web服务器通常监听端口80和端口443(用于加密连接)。

IP地址是如何分配的?可以为设备提供一个静态IP地址,这需要有人编辑设备上的配置,并手动设置其IP信息。

和公网IP地址必须唯一不同,私有IP地址旨在在多个私有网络上同时使用。

NAT路由器把私有IP地址替换为它自己的公网IP地址。

软件需要能查询DNS以把主机名转换成IP地址——这被称为主机名解析。

一个名称可以映射到多个IP地址。在这种情况下,不同的客户端向DNS查询某个名称,收到的响应可能是不同的IP地址。

多个名称也可以映射到同一个IP地址。

当HTTPS会话开始时,服务器还会发送一组被称为数字证书的字节,其中包括了服务器用于非对称加密的公共加密密钥。然后,客户端检查服务器的证书是否有效。如果有效,客户端就用服务器的公共密钥加密字节串,然后把加密后的消息发送给服务器。服务器用自己的私钥解密这些字节。

HTML定义网页结构。

CSS定义网页的外观。

JavaScript 定义网页的行为。换句话说,它定义了网页的功能。

编程语言描述计算机应执行的操作,而标记语言描述数据的结构。

网络服务器以文本形式托管JavaScript代码,浏览器下载该代码并在运行时进行解释。也就是说,一些浏览器在运行时编译JavaScript的即时编译器,从而提高了性能。

它没有一组预定义的标签,XML允许自定义标签来描述数据。

JSON的流行始于21世纪10年代,它开始取代XML成为新网络服务的首选数据格式。

SDK(Software Development Kit,软件开发工具包)是开发人员用于为特定平台构建应用程序时使用的软件集合。

深网是指不登录网站或网络服务就无法访问的网络内容。

暗网是需要用专用软件来访问的网络内容。

区块保存着交易记录,跟踪比特币的移动轨迹。

比特币被设计成总共只允许挖掘2100万比特币。一旦达到这个数字,比特币矿工将不再获得比特币,只能依靠交易费用来获得其运营资本。

VR让用户沉浸在另一个世界,AR改变现实世界。

这种把各种设备连接到互联网的概念称为物联网。