计算机的组成？CPU工作原理？--什么是堆heap？什么是栈stack？

默默无闻的小开发
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1.计算机的组成（五大部分）

如下图所示，计算机由 输入设备、储存器、控制器、运算器、输出设备组成。

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  1. 输入设备：就是把外界一些信号输入到计算机中，比如摄像头、键盘输入等，本质就是把其他信号转成电信号（计算机只能处理电信号，图片属于光学信号）。
  2. 输出设备：就是把CPU处理过的电信号转化成其他信号进行输入，比如屏幕等。
  3. 存储器：存储一些数据【比如c语言中的一些变量，数组等】和指令【比如c语言当中的一些 + - * 等】。
  4. 中央处理器CPU：由控制器和处理器组成，CPU的任务就是对指令进行运算。 运算器：进行各种各样的运算，一系列的运算电路 控制器：控制整个cpu的运算过程，保证cpu内部有序执行
  • 计算机原理：写好的指令存在存储器，CPU去存储器拿一条数据进行运算，执行完后存到存储器中继续拿下一条，同一时间点只能运算一条指令。(cpu能够进行各种各样的运算，运算顺序由存储器决定，因为CPU只能算各种各样的指令，指令储存在存储器中，)
  • 在电脑中存储器分为外存和内存，外存就像硬盘之类，内存就像内存条之类；
  • 内存：读写速度比较快，cpu读写很快，但是内存里面的东西一断电就丢失
  • 外存：内存里面的东西断电不会丢失，外存读写速度慢，是按块读取，所以cpu一般不能直接读取外存，程序是读字节，如果要读取数据需要速度很快并且断电不丢失容量空间大，一般通过多级存储结构，程序安装在外存，当外存中的程序需要运行的时候加载到内存中，然后cpu从内存中拿取数据进行运算

2.CPU工作原理

首先要了解

  • 什么是指令？对于cpu来说是识别和运算的基本单位，运算器能够算+那么+就是指令，运算器能算-那么-就是指令，运算器不能算%那么%就不是指令。
  • 什么是程序？程序是指令的有序集合，先执行什么后执行什么。 5c0892d3231f27525db7cd5952971752.png
一条指令的执行分为三个阶段
  1. 取指，cpu将pc中的地址发给内存，内存将其地址中对应的指令返回到cpu中的指令寄存器IR中。
  2. 译码：译码器将IR中的指令进行识别，将指令（机器码）解析成对应的远算。
  3. 执行：控制器控制运算器中对应的运算单元进行运算，运算结果写入到寄存器中。

每执行一条指令pc的值会自动增加指向下一条指令

  • cpu执行内存里边的某一条指令是由控制器决定，控制器里面有一个寄存器叫做PC，PC里面会存储一个指针地址，PC里面存的是什么地址，cpu就会拿内存里面的对应的地址，如图pc中现在有0x08，pc把地址0x08发给内存——内存接受到地址0x08——内存地址0x08对应的指令是*——把指令发给cpu，拿回来的存在cpu中的IR中，指令译码器对拿回来的指令进行翻译，指令译码器把翻译好的指令给运算器里面的*运算电路进行运算
  • 当运算完一条后，存储到存储器当中，下一条如何运算？指令计数器PC中有一个PC自增器，PC自增器将上一条指令进行修改。在原来基础上进项加4指向下一条指令，重复以上顺序。

3.现在我们理解了CPU的工作原理，再来看看什么是堆，什么是栈？

如下图所示，栈和堆都存储在RAM当中，

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  • 栈：栈存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。满足：“先进后出”的原则存取，也就是位于栈内的元素，必须等到其上面(对应的地址为较低的地址)的数据或函数执行完成后，弹出后才可以进行下面的元素的操作。【先进后出，后进先出，方向：栈像堆移动，堆像栈移动，栈里面存放局部变量内容（函数实参）函数的调用call（调用函数时寄存器信息）】数据结构中的栈则是一种相当简单的结构。就像是只有一个口的深深的文件桶，先进去的文件会被压在下面（push），而且我们每次只能取到最上面的文件（pop），体现了其先进后出（FILO）的特性。虽然栈操作简单，但也有如单调栈等在栈内保持一定数据特性的变种。

  • 堆：堆是程序中一块预留的内存空间，可由程序自由使用，堆被程序申请使用的内存在被主动释放前一直有效。一般由程序员分配释放, 若程序员不释放,对于堆来讲，释放工作由程序员手动管理，不及时回收容易产生内存泄露。 程序结束时可能由操作系统回收。【内存空间大于栈，存放变量名等】这就好像地位不同的人在排队，排在最前面的一定是地位最高的人，所以堆是[优先队列]

  • 栈是系统提供的功能，特点是快速高效，缺点是有限制，数据不灵活；而堆是函数库提供的功能，特点是灵活方便，数据适应面广泛，但是效率有一定降低。

  • 栈是系统数据结构，对于进程/线程是唯一的；堆是函数库内部数据结构，不一定唯一，不同堆分配的内存无法互相操作。

  • 栈空间分静态分配和动态分配两种。静态分配是编译器完成的，比如自动变量(auto)的分配。动态分配由alloc函数完成。栈的动态分配无需释放 (是自动的)，也就没有释放函数。为可移植的程序起见，栈的动态分配操作是不被鼓励的！堆空间的分配总是动态的，虽然程序结束时所有的数据空间都会被释放 回系统，但是精确的申请内存/释放内存匹配是良好程序的基本要素。

那么栈和堆有什么关系呢？

假设有一个对象

let obj=new people()
        obj(e=>{
            e.name = '张三'
            e.age = 18
        })

那么 let obj=new people()就存放在堆中 e.name = '张三'e.age = 18就存放在栈中，堆指向栈

aHR0cHM6Ly9naXRlZS5jb20vdGlrb2dpdGVlL3BpY2dvL3Jhdy9tYXN0ZXIvaW1nLzIwMjAwNDI0MTI1MzMyLnBuZw.png 体会：

使用栈就象我们去饭馆里吃饭，只管点菜（发出申请）、付钱、和吃（使用），吃饱了就走，不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作，他的好处是快捷，但是自由度小。

使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴，比较麻烦，但是比较符合自己的口味，而且自由度大。

记不住可以通过这为老哥的方法试试——什么是堆？什么是栈？他们之间有什么区别和联系？ - 骚气小蛇蛇的回答 - 知乎 www.zhihu.com/question/19…

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