.NET面试题系列（四）计算机硬件知识

计算机的硬件组成

　　总线：贯穿整个系统的是一组电子管道（其实就是传输数据的线路），也就是总线。总线传送的是字，字的大小与系统相关，比如在32位操作系统当中，

一个字是4个字节。

　　I/O设备：I/O设备是系统与外部联系的通道。I/O设备（键盘、鼠标、显示器等）由控制器（USB控制器）或者适配器（图形适配器，也就是显卡）与I/O总线

相连，两者的区别在于一个是主板上的芯片组，一个是主板插槽上的卡。

　　主存：它是计算机中的一个临时存储设备，在处理器执行程序的时候，主存就是临时存放数据的地方。物理上来说，它是由动态随即存取存储器芯片组成，

逻辑上来说，它是一组连续的字节数组，每一个字节都有唯一的地址。

　　处理器：全称中央处理单元，是解释存储在主存中指令的引擎。处理器的核心是一个程序计数器，它在整个计算机运行的期间都会指向一个主存中的一个内存地址，

而地址当中则是一个计算机指令。

　　处理器所做的，就是不停的执行程序计数器所指向的每一条指令。处理器所做的操作是围绕主存、寄存器文件以及算术/逻辑单元进行的，这里面处理器做的最

多的动作就是加载（从主存将数据复制到寄存器）、存储（从寄存器将数据复制到主存）、操作（将两个寄存器的内容复制到算术/逻辑单元进行操作，结果会再次

复制到寄存器）以及跳转（改变程序计数器当中的内容）。

　　处理器当中提到的是指令集结构，不过实际当中指令集的实现是非常复杂的，这么做的目的是为了加速CPU的运算速度。我们可以这样去区分指令集机构以及

微体系结构，指令集结构是指令集的抽象描述，而微体系结构则是这个抽象描述的某一个具体实现，类似于JAVA虚拟机与JAVA虚拟机实现的关系。

寄存器

　　先来看寄存器。CPU 本身只负责运算，不负责储存数据。数据一般都储存在内存之中，CPU 要用的时候就去内存读写数据。但是，CPU 的运算速度远高于内存

的读写速度，为了避免被拖慢，CPU 都自带一级缓存和二级缓存。

　　基本上，CPU 缓存可以看作是读写速度较快的内存。

　　但是，CPU 缓存还是不够快，另外数据在缓存里面的地址是不固定的，CPU 每次读写都要寻址也会拖慢速度。因此，除了缓存之外，CPU 还自带了

寄存器（register），用来储存最常用的数据。

　　也就是说，那些最频繁读写的数据（比如循环变量），都会放在寄存器里面，CPU 优先读写寄存器，再由寄存器跟内存交换数据。

寄存器不依靠地址区分数据，而依靠名称。每一个寄存器都有自己的名称，我们告诉 CPU 去具体的哪一个寄存器拿数据，这样的速度是最快的。

有人比喻寄存器是 CPU 的零级缓存。

内存模型：Heap

　　寄存器只能存放很少量的数据，大多数时候，CPU 要指挥寄存器，直接跟内存交换数据。所以，除了寄存器，还必须了解内存怎么储存数据。

　　程序运行的时候，操作系统会给它分配一段内存，用来储存程序和运行产生的数据。这段内存有起始地址和结束地址，比如从0x1000到0x8000，起始地址是较小

的那个地址，结束地址是较大的那个地址。

程序运行过程中，对于动态的内存占用请求（比如新建对象，或者使用malloc命令），系统就会从预先分配好的那段内存之中，划出一部分给用户，具体规则是从起始地址开始划分（实际上，起始地址会有一段静态数据，这里忽略）。

举例来说，用户要求得到10个字节内存，那么从起始地址0x1000开始给他分配，一直分配到地址0x100A，如果再要求得到22个字节，那么就分配到0x1020。

这种因为用户主动请求而划分出来的内存区域，叫做 Heap（堆）。它由起始地址开始，从低位（地址）向高位（地址）增长。Heap 的一个重要特点就是不会自动消失，必须手动释放，或者由垃圾回收机制来回收。

内存模型：Stack

除了 Heap 以外，其他的内存占用叫做 Stack（栈）。简单说，Stack 是由于函数运行而临时占用的内存区域。

请看下面的例子。

int main() {

   int a = ;

   int b = ;

}

上面代码中，系统开始执行main函数时，会为它在内存里面建立一个帧（frame），所有main的内部变量（比如a和b）都保存在这个帧里面。main函数执行结束后，该帧就会被回收，释放所有的内部变量，不再占用空间。

http://www.ruanyifeng.com/blog/2018/01/assembly-language-primer.html