深入浅出，带你了解计算机组成原理
文章来源：极客时间 《深入浅出计算机组成原理》
对于程序员来说，计算机组成原理相关知识重要吗？
不知道大家有没有发现各个大学计算机系的培养计划，它们都有差不多十来门核心课程。其中，“计算机组成原理”却是入门和底层知识的第一课。
为什么这样说？想象一下，一名赛车手不知道赛车的内部构成和工作原理，你觉得他能驾驭赛车，在专业赛事中夺冠吗？
同样的道理，要成为一名优秀的软件工程师，写得一手好程序，就要了解计算机是怎么工作的，深入计算机组成原理。
我们直接用肉眼来看，计算机是由CPU、内存、显示器这些设备组成的硬件，而大部分人工作后从事的是软件开发，显然，在硬件和软件之间需要一座桥梁，而“计算机组成原理”就扮演了这样一个角色，它既隔离了软件和硬件，也提供了让软件无需关心硬件，就能直接操作硬件的接口。
简单地说，你只需要对硬件有原理性的理解，就可以信赖硬件的可靠性，安安心心用高级语言来写程序。无论是写操作系统、编译器这样的硬核代码，还是写 Web 应用、手机 App 这样的应用层代码，你都可以做到心里有底。
如上图，学习组成原理之后，向下，你可以学习数字电路相关的课程，向上，你可以学习编译原理、操作系统这些核心课程。它会让你真正对计算机的知识有一个全局的了解。
当然，这门课还可以直接解决你在并发编程、性能优化中经常遇到的一些困惑，比如 CPU Cache 的原理是什么，CPU和I/O之间是如何通信的，虚拟内存是要解决什么问题。
如果你看过倚天屠龙记，会发现张无忌几个时辰，就把别人几十年没有练成的乾坤大挪移学会了，最根本的原因，是他有“九阳神功”练就的内功底子！
同样的，深入学习这门“底层知识”，就是在练扎马步、核心肌肉力量，提升你自己的“根骨”和“资质”，从而拔高你发展的上限。
在很早之前，极客时间的编辑找到我，想让我开一个计算机组成原理的课程，在考研统考的4门核心基础课程中，极客时间已经出了数据结构与算法、操作系统，计算机网络相关的3门很受欢迎的计算机基础课程，这是第4门也是非常重要的第一课，等你做了多年开发以后，会发现，原来这么多年就是围绕这4门课程打转。
我身边想打好这门“硬核内功”的工程师很多，大都是买了资料，前面100页已经发黄了，后面500页从来没有打开过；不少非科班出身的程序员，直接说“这些书根本看不懂”，典型的“买书如山倒，读书如抽丝”。
总结大家的学习体验就是：很底层，很重要，但是太抽象，概念多，难理解，不好学以致用。
基于此，我和极客时间共同打磨了《深入浅出计算机组成原理》专栏，不同于学校的课程和市面上的其他资料，在这个专栏构思之初，我就给自己定了一个交付目标：
我会结合自己多年硬件研究和软件开发经验，通过日常工作实际场景+硬件发展历史+软件开发案例，深入浅出的为你讲解计算机组成原理的核心知识，教你真正看懂、学会、记住，从源头理解软、硬件的共同之处，洞悉性能问题的本质，学以致用。
我是谁？
我是徐文浩，一个目前正在创业的工程师。如果从7岁第一次在少年宫写程序开始算起，到今天，我的码龄快有30年了。2005年上海交通大学计算机系毕业后，在 Trilogy Software 写过各种大型企业软件；曾任 MediaV 技术总监，从零开始搭建支撑每天百亿流量的广告算法系统，提升了十倍以上的广告收入和 ROI；2016年底进军人工智能领域。我创办的 BotHub.AI，是唯一进入 F8 大会开发者代表的中国公司。
为了方便大家的学习，我特地整理了一份学习脑图，希望你对将要学习的内容有个总纲的了解，做到心中有数。
你能获得什么？
1.学以致用的计算机底层知识
在专栏中，我将以日常开发中的真实案例，让你理解计算机的各个组件是怎么运作的，遇到问题的根源是什么，从知识→应用→知识，形成闭环，学以致用。
比如说，CPU里面的冒险和分支预测的策略，就好像在接力赛跑里面后面几棒的选手早点起跑，如果交接棒没有问题，自然占了便宜，但是如果没能交接上，就会吃个大亏。
2.30+计算机组成原理核心要点
知识点琐碎难记？没关系，我会把整个的计算机组成原理通过指令、计算、CPU、存储系统和I/O串起来，以一个程序的执行过程进行逐层分解，从历史视角讲清楚“是什么”，结合案例讲清楚”怎么做“，带你搞懂计算机组成原理中最核心、最重要的内容。
3.洞悉性能问题的本质
学习计算机组成原理，其实就是理解计算机是怎么运作的，以及为什么这么运作。在此基础上，我们才能又快又准地优化性能，提升效率。而我们想要解决性能问题，其实就是在此基础上，去关注时钟周期时间、每条指令的平均时钟周期数CPI、指令数。
4.组成原理在工业界的实际应用
理解了计算机各个组件的运作之后，最后我将手把手带你实操。利用存储器层次结构设计大型 DMP 系统，并通过 Disruptor，跟你一起感受 CPU 的风驰电掣，让你真正学有所用。
总之，学好这门“硬核内功”，会让你在整个软件开发领域中，看到更加广阔的天地，它还会为你带来更多的职业发展机会，比如像我自己的团队里，有个小伙伴开始是做算法应用开发的，因为有扎实的计算机基础知识，后来就转去开发 TVM 这样的深度学习编译器了，是不是很厉害？
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专栏详细目录
“练拳不练功，到老一场空”。越早弄清楚计算机的底层原理，在你的知识体系中“储蓄”起这些知识，也就意味着你有越长的时间来收获学习知识的“利息”。长久的”复利效应“，会让你的未来走的更远更轻松。
拓展阅读：
1、 为什么你需要学习计算机组成原理？
2、 冯·诺依曼体系结构：计算机组成的金字塔