计算机工作原理(简单介绍)

计算的需求是人类一直都需要的，从最初的计算工具到机械计算机到目前的电子计算机的发展过程，追求更快速、更稳定、更微型

冯诺依曼体系

约翰·冯·诺依曼（John von Neumann，1903年12月28日—1957年2月8日） ，匈牙利裔美籍数学家、计算机科学家、物理学家和化学家，出生于布达佩斯犹太家庭，1926年获布达佩斯大学数学博士学位 ，1933年起任普林斯顿高等研究院教授，1937年当选美国国家科学院院士，计算机祖师爷

现在计算机大多数都是遵守这个冯诺依曼体系
1.cpu
2.存储器
3.输入设备
4.输出设备
访问速度：cpu > 内存 > 硬盘
存储空间：硬盘 > 内存 > cpu

cpu基本工作流程简单介绍，其有逻辑门、算数逻辑单元、寄存器等等，这里没有进行介绍，重要的介绍了指令的执行顺序

指令(Instruction)

指令就是cpu进行工作时候的一些命令，由操作码和操作数组成
分为取指令、解析指令和执行指令

上面是运算 3 + 14的指令执行情况，不断取指令、解析指令和执行指令，解析指令时候根据操作码和操作数知道，在那个位置进行什么操作，就这样不断的进行上面三步骤，知道取到指令为0就结束了，指令是由动作+操作对象组成，并且其cpu中只有指令，没有其他概念

编程语言(Program Language)

现在有 C / C++ 、Python、Java、Go等等这些高级语言进行编程

程序（Program）就是⼀组指令以及这组指令要处理的数据。
程序 = 指令 + 指令要处理的数据

由于计算机是指可以识别机器语言（由0和1组成）的，可以使用机器语言进行编写是非常痛苦的，因为二进制编程比较麻烦，为了提高编程效率，最早就创建出了汇编语言，其实就是汇编语言和机器语言是一一对应的，但是相对于1、0这些数字，发明了一些更好记忆和理解的符号对应起来，像上面的LOAD_A、LOAD_B等等，编写完以后就要使用汇编器将其翻译成机器语言，但是这样仍然不够高效，最终高级语言诞生了，高级语言借助封装让编程变得容易一些，高级语言的一条语句往往对应多条指令
在Java中，System.out.println(''hello world")运行语句会先在JVM上面调用C++版本的函数，在调用操作系统的API，操作系统把字符串给驱动程序，最后程序控制硬件完成显示操作

操作系统(Operating System)

操作系统是计算机资源管理的统称，目前的操作系统有：Windows系列、Unix系列、Linux系列、Android系列、ios系列等等

操作系统：管理好所有硬件设备和给软件提供稳定的运行环境

进程/任务（Process/Task）
在计算机上运行起来的应用程序称为进程/任务
进程是操作系统对一个正在运行程序的抽象，并且进程是操作系统进行资源分配的基本单位(资源分配的最小单位)

操作系统对进程管理分为两个环节
1.描述
因为操作系统主要是C语言写的，因此这里通过一个结构体变量，描述出一个进程的所有属性，称为PCB（进程控制块）
2.组织
使用一定的数据结构将这么多的PCB连接起来，使用的数据结构为链表、搜索树等等

PCB介绍

PID进程标识符，是整数，进程开始时候操作系统自动分配的，并且相同时刻是不会出现相同的PID

并且像这些浏览器每一页都是一个单独的进程，都要有自己单独的PID

2.内存指针
进程在运行是需要内存的，并且在其内存存储 空间中有的部分是‘指令’,有的部分是‘数据’，通过内粗指针知道那个是指令，那个是数据

3.文件描述符表
一个进程想要读写文件，需要先打开，打开的时候就会在PCB中构建一个文件相关的结构体，放到PCB的文件描述符表
文件描述符表中有很多的结构体，每一个结构体都有具体的文件信息，通过文件信息就可以知道文件在硬盘那个位置

进程调度

4 .进程状态
进程有很多状态，但是可以简短理解，将其分为两种 就绪和阻塞
" 就绪"就是处于随叫随到
“阻塞” 状态一位置该进程无法参与到CPU调度执行上

5.进程的优先级
决定那个进程优先安排CPU资源，优先给重要的进程分配，相反不是特别重要的可以让其优先级低一点

6.进程的上下文
一个进程调度到CPU上执行，离开CPU过了一段时间可能还会回到CPU上接着之前的位置继续向下执行，像游戏的存档功能
在计算机中，CPU内部有很多的寄存器用于保存一些程序运行的一些中间状态，有些寄存器还可以记录到指令执行到了哪一条了等等，记录一些有关”上下文"相关的东西，因此其进程在执行的时候，其寄存器是在不停的变化的
当进程离开时候，会将寄存器的值全部拷贝出来保存内存中，当进程又开始执行时候，将其拷贝的寄存器的值全部重新写入寄存器中

7.进程的记账信息
统计机制，统计进程在CPU运行了多久
因为进程的优先级问题，可能使某一个进程吃到的CPU资源非常少
因此可以通过记账信息识别出来，这样可以灵活调整，使其更好的分配资源

进程，多任务的计算机中，多进程是”并发编程“ 解决方案，但是随着业务规模变大，一个服务器任务变多，有了更多进程，因此服务器会不断的 创建和销毁进程，这个过程是非常浪费时间的

线程

因为其进程没有办法解决这些问题，所以就有了线程
线程(Thread)也叫轻量级进程，线程的创建和销毁都要比进程低得多

进程包含了线程，进程是操作系统资源分配的基本单位
一个进程中有若干个线程，是可以共用操作系统的这些资源的，因此在同一个进程中的线程中共用PCB和内存指针和文件描述符表，但是其有各自的状态、上下文、优先级和记账信息等等

每一个线程都可以放到CPU上调度执行，线程是操作系统调度的基本单位

多进程的做法，就是在开辟一个空间，同时一人消灭50只

多线程的做法：直接添加人

随着线程数目变多，其效率也会提高，但是当过多了，可能会降低效率
如果太多了效率可能会降低，并且因为其共用资源，因此可能会发生冲突，可能会影响整个进程中其他线程的运行，这时候就是线程冲突问题

进程和线程的区别

线程：轻量级进程，线程是操作系统调度执行的基本单位(最小单位)
进程：操作系统资源分配的基本单位(最小单位)
关系：一个线程包含多个线程
区别：
1.每一个进程有自己独立的资源，进程和进程之间不能共享；同一个进程中的线程之间，共享相同的资源
2.进程之间不会相互影响，同一个进程的线程挂了，可能会对其他线程有影响
3.进程是操作系统资源分配的最小单位，线程是操作系统调度执行的基本单位
4.因为线程资源共享，因此线程中特别容易出现资源访问冲突，进程中基本上不会出现