深入淺出，帶你瞭解計算機組成原理
文章來源：極客時間《深入淺出計算機組成原理》
對於程序員來說，計算機組成原理相關知識重要嗎？
不知道大家有沒有發現各個大學計算機系的培養計劃，它們都有差不多十來門核心課程。其中，「計算機組成原理」卻是入門和底層知識的第一課。
為什麼這樣說？想像一下，一名賽車手不知道賽車的內部構成和工作原理，你覺得他能駕馭賽車，在專業賽事中奪冠嗎？
同樣的道理，要成為一名優秀的軟體工程師，寫得一手好程序，就要了解計算機是怎麼工作的，深入計算機組成原理。
我們直接用肉眼來看，計算機是由CPU、內存、顯示器這些設備組成的硬體，而大部分人工作後從事的是軟體開發，顯然，在硬體和軟體之間需要一座橋樑，而「計算機組成原理」就扮演了這樣一個角色，它既隔離了軟體和硬體，也提供了讓軟體無需關心硬體，就能直接操作硬體的介面。
簡單地說，你只需要對硬體有原理性的理解，就可以信賴硬體的可靠性，安安心心用高級語言來寫程序。無論是寫操作系統、編譯器這樣的硬核代碼，還是寫 Web 應用、手機 App 這樣的應用層代碼，你都可以做到心裡有底。
如上圖，學習組成原理之後，向下，你可以學習數字電路相關的課程，向上，你可以學習編譯原理、操作系統這些核心課程。它會讓你真正對計算機的知識有一個全局的瞭解。
當然，這門課還可以直接解決你在並發編程、性能優化中經常遇到的一些困惑，比如 CPU Cache 的原理是什麼，CPU和I/O之間是如何通信的，虛擬內存是要解決什麼問題。
如果你看過倚天屠龍記，會發現張無忌幾個時辰，就把別人幾十年沒有練成的乾坤大挪移學會了，最根本的原因，是他有「九陽神功」練就的內功底子！
同樣的，深入學習這門「底層知識」，就是在練扎馬步、核心肌肉力量，提升你自己的「根骨」和「資質」，從而拔高你發展的上限。
《深入淺出計算機組成原理》
在很早之前，極客時間的編輯找到我，想讓我開一個計算機組成原理的課程，在考研統考的4門核心基礎課程中，極客時間已經出了數據結構與演算法、操作系統，計算機網路相關的3門很受歡迎的計算機基礎課程，這是第4門也是非常重要的第一課，等你做了多年開發以後，會發現，原來這麼多年就是圍繞這4門課程打轉。
我身邊想打好這門「硬核內功」的工程師很多，大都是買了資料，前面100頁已經發黃了，後面500頁從來沒有打開過；不少非科班出身的程序員，直接說「這些書根本看不懂」，典型的「買書如山倒，讀書如抽絲」。
總結大家的學習體驗就是：很底層，很重要，但是太抽象，概念多，難理解，不好學以致用。
基於此，我和極客時間共同打磨了《深入淺出計算機組成原理》專欄，不同於學校的課程和市面上的其他資料，在這個專欄構思之初，我就給自己定了一個交付目標：
我會結合自己多年硬體研究和軟體開發經驗，通過日常工作實際場景+硬體發展歷史+軟體開發案例，深入淺出的為你講解計算機組成原理的核心知識，教你真正看懂、學會、記住，從源頭理解軟、硬體的共同之處，洞悉性能問題的本質，學以致用。
我是誰？
我是徐文浩，一個目前正在創業的工程師。如果從7歲第一次在少年宮寫程序開始算起，到今天，我的碼齡快有30年了。2005年上海交通大學計算機系畢業後，在 Trilogy Software 寫過各種大型企業軟體；曾任 MediaV 技術總監，從零開始搭建支撐每天百億流量的廣告演算法系統，提升了十倍以上的廣告收入和 ROI；2016年底進軍人工智慧領域。我創辦的 BotHub.AI，是唯一進入 F8 大會開發者代表的中國公司。
為了方便大家的學習，我特地整理了一份學習腦圖，希望你對將要學習的內容有個總綱的瞭解，做到心中有數。
你能獲得什麼？
1.學以致用的計算機底層知識
在專欄中，我將以日常開發中的真實案例，讓你理解計算機的各個組件是怎麼運作的，遇到問題的根源是什麼，從知識→應用→知識，形成閉環，學以致用。
比如說，CPU裡面的冒險和分支預測的策略，就好像在接力賽跑裡面後面幾棒的選手早點起跑，如果交接棒沒有問題，自然佔了便宜，但是如果沒能交接上，就會喫個大虧。
2.30+計算機組成原理核心要點
知識點瑣碎難記？沒關係，我會把整個的計算機組成原理通過指令、計算、CPU、存儲系統和I/O串起來，以一個程序的執行過程進行逐層分解，從歷史視角講清楚「是什麼」，結合案例講清楚」怎麼做「，帶你搞懂計算機組成原理中最核心、最重要的內容。
3.洞悉性能問題的本質
學習計算機組成原理，其實就是理解計算機是怎麼運作的，以及為什麼這麼運作。在此基礎上，我們才能又快又準地優化性能，提升效率。而我們想要解決性能問題，其實就是在此基礎上，去關注時鐘週期時間、每條指令的平均時鐘週期數CPI、指令數。
4.組成原理在工業界的實際應用
理解了計算機各個組件的運作之後，最後我將手把手帶你實操。利用存儲器層次結構設計大型 DMP 系統，並通過 Disruptor，跟你一起感受 CPU 的風馳電掣，讓你真正學有所用。
總之，學好這門「硬核內功」，會讓你在整個軟體開發領域中，看到更加廣闊的天地，它還會為你帶來更多的職業發展機會，比如像我自己的團隊裏，有個小夥伴開始是做演算法應用開發的，因為有紮實的計算機基礎知識，後來就轉去開發 TVM 這樣的深度學習編譯器了，是不是很厲害？
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專欄詳細目錄
「練拳不練功，到老一場空」。越早弄清楚計算機的底層原理，在你的知識體系中「儲蓄」起這些知識，也就意味著你有越長的時間來收穫學習知識的「利息」。長久的」複利效應「，會讓你的未來走的更遠更輕鬆。
《深入淺出計算機組成原理》1、為什麼你需要學習計算機組成原理？
2、馮·諾依曼體系結構：計算機組成的金字塔
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