1. 计算机组成
冯·诺依曼体系结构核心组件：
核心硬件
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CPU（中央处理器）
- 负责所有逻辑判断和算术运算
- 执行代码中的各种操作
- 人类科技的巅峰制作
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存储器
- 内存：读写速度快、造价高、容量小、断电数据丢失
- 硬盘：读写速度慢、造价低、容量大、数据持久化
- 类比数据库：内存=缓存，硬盘=持久化存储
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主板：连接所有硬件的"巨大插座"
专用计算单元
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GPU（图形处理器）
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专用计算器，擅长简单但海量的并行计算
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应用场景：
- 图形渲染（游戏、3D建模）
- 加密货币挖矿（比特币、以太坊）
- AI训练
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显卡：包含GPU的扩展卡
输入输出设备
- 输入设备：数据流向CPU（键盘、鼠标、触摸屏）
- 输出设备：数据从CPU流出（显示器、打印机）
- 双向设备：网卡（下载=输入，上传=输出）、触摸屏
2. CPU深度解析
性能指标
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基准速度（基频/默频）
- 例：3.20GHz = 每秒32亿次计算
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睿频（加速频率）
- 现代CPU特性：根据任务量动态调整频率
核心架构
- 物理核心：实际存在的处理单元（8核=8个物理核心）
- 逻辑核心：通过超线程技术模拟的核心（16线程=16个逻辑核心）
- 大小核设计：高性能核心+能效核心组合
CPU执行流程（简化版）
指令格式：4位操作码 + 4位操作数
示例指令表：
text
操作码 指令 功能
0010 LOAD_A 将内存数据加载到寄存器A
0001 LOAD_B 将内存数据加载到寄存器B
1000 ADD 寄存器相加（结果存第二个寄存器）
0100 STORE_A 将寄存器A数据写入内存
寄存器：CPU内部的高速存储单元，访问速度远超内存
执行加法示例：
text
内存状态：
地址13: ? 地址14: 3 地址15: 14
执行流程：
1. 00101110 → LOAD_A [14] → A=3
2. 00011111 → LOAD_B [15] → B=14
3. 10000100 → ADD B+A → A=17, B=14
4. 01001101 → STORE_A [13] → 地址13=17
热补丁技术：在指令层面修复bug，无需重启服务器
3. 操作系统核心概念
操作系统角色
- 硬件设备管理器
- 应用程序运行环境提供者
- 主流系统：Windows、Linux、macOS、iOS、Android、鸿蒙
驱动程序
- 硬件与操作系统间的翻译官
- 例：多功能鼠标需要驱动才能使用所有按键
进程管理
进程 = 运行中的程序
PCB（进程控制块）关键属性：
- PID - 进程唯一标识
- 内存指针 - 进程内存区域引用
- 文件描述符表 - 记录打开的文件信息
- 进程状态 - 运行状态标记
- 优先级 - 调度优先级
- 上下文 - 运行状态保存
- 记账信息 - 资源使用记录
进程调度机制
并发 vs 并行：
- 并发执行：单CPU分时复用，快速切换进程
- 并行执行：多CPU同时执行多个进程
- 现实场景：并发+并行同时存在
上下文切换：
- 保存上下文：寄存器值 → 内存(PCB)
- 恢复上下文：PCB → 寄存器
状态管理：
- 就绪状态：随时可上CPU执行
- 阻塞状态：等待资源，不适合执行
调度策略：
- 游戏进程优先级 > 聊天软件
- 记账信息确保资源公平分配
核心要点总结：
- CPU是指令执行引擎，通过寄存器进行高速计算
- 内存vs硬盘：速度与持久性的权衡
- 进程是资源分配的基本单位，PCB是进程的身份证
- 并发通过分时复用实现"同时运行"的假象
- 上下文切换保证进程状态的完整保存和恢复
这些基础知识为理解后续的多线程、内存管理、性能优化等高级主题奠定了坚实基础。
