javaEE初阶————计算机是如何工作的

最新推荐文章于 2025-01-10 17:05:08 发布

神秘的t

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文章标签： javaEE

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今天给大家带来javaEE初阶的知识，相信大家已经学完javaSE了吧，我们从本期博客开始为大家一一讲解，我们现在开始吧

我们作为程序员，大概了解这部分即可嗷

1，计算机的组成

祖师爷提出的：

冯诺依曼体系结构；

1，cpu

2，存储器

3，输入设备

4，输出设备

一台计算机由啥构成：

1，CPU：CPU是人类科技的巅峰制作，是电脑上最核心的部分，也叫中央处理器，计算机上进行各种逻辑判断，算数运算都是由CPU负责的，我们代码里写的内容都是CPU负责的。

2，主板：一个巨大的插座

3，内存：存储数据的主要模块

4，硬盘：存储数据的主要模块

这里玩意有啥区别呢，不知道大家学没学过数据库，我们使用数据库的目的是高效的将硬盘中持久化的数据拿出来，“持久化”，这个词描述的就是硬盘，内存的读写速度快，硬盘反之，内存的造价也高，硬盘就要便宜很多，内存的存储空间小，硬盘的存储空间大，还有就是内存存储数据不是持久的，断电就没有了，硬盘不一样，断电也在；

我们将内存和硬盘统称为存储器；

5，电源

6，散热器

7，机箱

8，显卡

9，GPU

10，键盘.....................

显卡，GPU，CPU都是很相似的，都能进行算术运算和逻辑判断

CPU是“通用计算器”，而GPU是“专用计算器”，可能一些CPU能算的东西GPU不能算，但是GPU专用计算的赛道，就远远比CPU要快了。GPU就是用来处理，运算虽然简单，但是运算量非常大的场景比如：

1，图形渲染（大型游戏，3D建模）

2，挖矿（加密货币）

不知道大家听没听过比特币这个东西，一个可贵了，还有以太坊，和狗狗币等。挖矿就是赚佣金，比特币这样的区块链网络能够运行需要一些系统来辅助，你的电脑参与辅助工作，就能分一些比特币，区块链给你出题，你如果有好的显卡你就能抢到这个任务，赚取到佣金。

说完这些，冯诺依曼体结构中的输入设备和输出设备是啥呢，我们是在CPU视角上来讨论的，数据来到CPU我们叫做输入，从CPU走我们叫做输出。

触摸屏既是输入设备也是输出设备，还有网卡，上网的时候和网线连接的部分对应的硬件，也是集成在主板上的，下载数据的时候是输入，上传数据的时候是输出；

2，CPU

1> cpu关心的指标

1，我们下面来讲讲现代CPU关心的指标，我们打开任务管理器，

看到这有一个速度和，基准速度，

基准速度也叫基频，默频，G是10亿，HZ是一秒钟多少次，3.20GHZ就是一秒能进行32亿次计算

速度又叫睿频和加速频率（有加速上限）

现代CPU的特性，动态的根据任务量变更自己的频率，

2> cpu和核心

2，CPU和核心数

CPU核心数越多，CPU就越牛，（CPU干活效率越高）

我们通常说的8核，16线程，就8个物理核心，16个逻辑核心（能同时干16个活）

这里还有大小核，超线程的概念；

3> CPU执行指令的过程

编程语言分为3大类

1，机器语言（二进制形式）

2，汇编语言

3，高级语言（java......）

CPU上都支持那些指令，每个指令怎么表示，有那些意义，在CPU被设计的时候就确定了；

我们可以根据指令表来查看CPU的每一步操作

这里是咱们简化的指令表，正常的指令表是64个bit，8个字节，

一条指令 = 4位操作码 + 4位操作数（简化版）；

RAM是内存，LOAD_A指令的功能是把内存数据提取到CPU寄存器A中，STORE_A指令是把A寄存器的数据写入到内存中，ADD指令是将两个寄存器的数据的和相加放到第二个寄存器中，内存地址就理解为指针；

寄存器：

存储数据的模块，长在CPU身上的，CPU的寄存器，访问速度比内存还要快，存储空间也更小，造价也更高，寄存器主要在CPU执行指令进行各种运算的时候存储临时数据，起到一定的辅助作用；

CPU执行指令的过程

1，读取指令

2，解析指令（对照指令表，理解指令的含义）

3，执行指令

开始了嗷，

1）读取指令（从0地址开始执行）

00101110

2）解析指令

0010（opcode） 1110（操作数）

我们看到LOAD_A的opcode是0010，所以我们这一步的操作是将操作数读取到寄存器中，1110是14，14地址上的数是3

3）执行指令

此时CPU中的A寄存器就出现了数据3；

我们假设CPU是顺序执行指令表的

1）读取指令

00011111

2）解析指令

0001（opcode） 1111（操作数）

LOAD_B的opcode是0001，将操作数15的地址上的数读取到寄存器B中

3）执行指令

CPU

寄存器A：3

寄存器B：14

1）读取指令

10000100

2）解析指令

1000（opcode） 0100（操作数）

ADD的opcode， 01为B，00为A，两个寄存器的编号，数据相加，结果放到00中

3）执行指令

CPU：

A：17

B：14

1）读取指令

01001101

2）解析指令

0100（opcode） 1101（操作数）

0100是STORE_A的opcode，1101是13，

我们就要把寄存器中的数据存到地址为13的数据中

这样就把地址为13的数据改为我们刚刚的17了。

这就是模拟CPU进行加法的过程；

大家有没有听过一个东西，热补丁，这个就是在指令的层面实现的，我们在服务器遇到严重bug的时候，有时候我们有不能重启的需求，我们就需要指令来修复，因为服务器本神也是一段指令；

3，操作系统

1，简介

计算机中最重要的“软件”

不同的操作系统之间是不兼容的，一个软件在Linux能运行但是在Windows就不行了，但是我们java怎么说来着，一次运行，到处运行？还是啥来着，反正因为java的虚拟机，java给各种主流系统都开发了一个虚拟机，jvm牛批（后面再舔）哈哈哈哈哈。

我们来介绍主流的操作系统

Windows

Linux

Mac

IOS

Android

还有不断完善的鸿蒙操作系统；

大家了解过驱动程序没有，我们有的时候买鼠标，一堆按键，刚拿回来是不生效的，我们会去官方下对应的东西，这个就是驱动程序，操作系统通过驱动程序间接来控制硬件，显卡也是一样；

操作系统就是一个搞管理的软件

1，管理各种硬件设备

2，为各种应用环境提供各种稳定的运行环境，这里我们就要引出进程了；

操作系统中的一个重要概念：进程（process）

一个运行起来的程序就是进程

这些打开了的，全都是进程

一个计算机可能有上百来个进程，那么操作系统是怎么去管理这些呢，

1，使用结构体来描绘出进程的属性，PCB进程控制块，一个非常大的结构体

2，把多个进程组织起来，用数据结构，比如链表啊之类的，来把进程一个一个串起来；

大概的流程就是

1）创建一个新的进程

创建PCB，初始PCB中的各个属性，把PCB加到链表上

2）查看进程表

遍历进程链表，取出链表上的每个元素，把关键信息显示到界面是上；

3）销毁进程

把这个进程的PCB在链表上找到，删除

大家有没有注意到一个问题，操作系统操作CPU来驱动各种程序，但是操作系统本身也是个程序呀，也就是一段指令，CPU不是去执行指令的吗，那到底是CPU操作操作系统还是操作系统操作CPU呢，其实还是操作系统操作CPU，我们的电脑在打开时，CPU醒了运行一些指令来唤醒操作系统，操作系统在操作CPU进行更多的操作；

2，PCB的属性

进程是操作系统资源分配的基本单位

1，pid（进程的ID）

2，内存指针（一组指针）

3，文件描述符表

进程在运行的过程中会消耗内存分配，同时也会和硬盘去交互，硬盘是上的数据是以文件的形式来组织的，进程读取硬盘的文件的时候就会打开文件，我们会把这个文件的信息保存到文件描述符表中，表里的每一项，对应打开了哪个文件

进程的运行还会依赖到CPU，网卡等资源

4，状态

5，优先级

6，上下文

7，记账信息

我们把4,5,6,7统称为进程的调度

大家思考一个问题，我们早期的计算机是单进程的，在运行一个软件1，在想要运行软件2就要把软件1关掉，我们现在虽然引入了多进程的概念，但是一个电脑可能核心只有12个，那么上百个进程，12个核心怎么做到一起运行的呢，其实并没有，还记得计算机一秒能运算32亿甚至更多次吗，大家学没学过微分，我们在切换软件的时候，其实进程一直在交替的运行，先运行这个在运行那个，只不过是太快太快了，我们无法感知到，我们遇到过的卡顿，就是进程太多了，速度降下来了，我们感知到一点了，这样把单位时间分为很多份，第一份运行进程1的指令，第二份运行进程2的指令，超高速的切换，我们就管他叫分时复用；