目录一、计算机是怎么工作的1. 冯·诺依曼体系结构2. CPU 的工作频率与性能3. Cache高速缓存的作用4. 指令InstructionCPU 执行的“最小单位”指令的分类与执行逻辑指令集Instruction Set5. 程序的执行从代码到机器指令二、操作系统1. 操作系统的核心作用2. 进程Process资源分配的基本单位进程 vs 可执行文件进程的核心属性PCB进程控制块多任务与进程调度3. 进程的内存与资源4. 操作系统的“管理”逻辑5. 不同操作系统的差异6. 进程的调度与并发一、计算机是怎么工作的1. 冯·诺依曼体系结构计算机的核心工作逻辑基于冯·诺依曼体系结构其核心组件包括CPU类比“大脑”负责运算和控制。存储器存储数据和指令内存、硬盘等。输入设备如键盘、鼠标向计算机输入信息。输出设备如屏幕、打印机输出计算机处理结果。2. CPU 的工作频率与性能主频基础频率例如 2.80GHz、4.59GHz频率越高运算速度理论上越快。睿频CPU 负载高时自动提升的频率。频率变化CPU 工作频率会动态调整。多核与频率早期靠“提高频率”提升性能现在 CPU 内部有大量“计算单元”核心数越多、每个核心的运算单元越多整体运算越快。3. Cache高速缓存的作用CPU 速度远快于内存为解决“速度差”CPU 内设置了Cache高速缓存分为 L1最快、最小、L2次快、次小、L3更慢、更大。类比“进站时马上就核验身份了此时身份证放到手上最合适~~ 此时‘拿’起到了‘缓存’作用~~”本质内存/硬盘是存储数据的地方Cache 是 CPU 内的“临时存储”空间越大、速度越慢 L1→L2→L3 体现。4. 指令InstructionCPU 执行的“最小单位”程序由指令组成指令是 CPU 能理解的基本操作如加减、读写内存。指令的分类与执行逻辑分类机器语言二进制0101、汇编语言机器语言的“英文符号”、高级语言C/C、Java 等。执行流程以一段指令为例取指令从内存读取指令到 CPU 寄存器。解析指令理解指令要做什么如LOAD A表示从内存读数据到寄存器 A。执行指令CPU 完成运算或内存操作。继续下一条重复上述步骤。指令集Instruction Set不同 CPU 厂商Intel/AMD、ARM、RISC-V有不同的指令集如 x86、ARM64、RISC-V编译器需将高级语言编译为对应指令集的机器码。5. 程序的执行从代码到机器指令高级语言如 C/C、Java→ 编译/解释 → 汇编 → 机器码二进制0101。Java 更特殊先编译为.class后缀的字节码再通过 JVM 转换为机器码二、操作系统1. 操作系统的核心作用操作系统是硬件与软件的“中间层”负责管理硬件资源CPU、内存、磁盘、外设等。为应用程序提供“运行环境”抽象硬件让程序更简单。2. 进程Process资源分配的基本单位进程是“运行中的程序”包含代码、数据、系统资源内存、文件句柄等。进程 vs 可执行文件可执行文件硬盘上的静态文件如.exe是“死的”代码。进程运行时的应用程序如打开 Chrome 浏览器每个标签页可能是一个进程是“活的”、消耗资源的。进程的核心属性PCB进程控制块PCB 是操作系统管理进程的“结构体”记录进程的所有信息PID进程标识符唯一标识进程操作系统自动分配确保不重复。内存指针指向进程的内存空间区分“指令区”和“数据区”。文件描述符表记录进程打开的文件如代码中的fopen/fread/fclose操作。多任务与进程调度现代操作系统支持多任务同时运行多个进程但 CPU 核心数有限如 4 核、8 核。操作系统通过调度算法让多个进程“看起来同时运行”。3. 进程的内存与资源进程的内存分为指令区代码和数据区变量、常量等。文件操作进程通过“文件描述符”读写硬盘文件。4. 操作系统的“管理”逻辑操作系统管理进程分为两步描述用 PCB 结构体记录进程属性如class Student { private int id; private String name; }类似 PCB 的结构。组织用链表等结构管理所有 PCB方便调度。5. 不同操作系统的差异Linux开源、命令行友好。Windows图形界面为主生态完善。macOS基于 Unix面向桌面/移动iOS 是 macOS 的移动版。Android基于 Linux 内核面向手机。6. 进程的调度与并发进程调度操作系统决定“哪个进程占用 CPU”。并发多进程“交替执行”让用户感觉“同时运行”。