计算机是如何工作的
目录
一、冯诺依曼体系：
二、操作系统
三、进程
3.1 PCB（进程控制块）— 描述进程属性的结构体
3.2 CPU分配 — 进程调度
3.3 内存分配 — 虚拟地址
3.4 进程间通信
一、冯诺依曼体系：
- CPU中央处理器（运算器+控制器）：CPU是计算机最核心的部分，进行算数运算和逻辑判断。CPU最重要的指标是“主频”，如：2.5Ghz，描述了CPU的运算速度，可以近似认为，每秒执行25亿条指令。
- 存储器（内存+外存）：内存，就是我们平时说的内存，比如我的电脑是16GB内存。外存，就是硬盘，软盘（现在已经没了），U盘，光盘
- 输入设备
- 输出设备
内存和外存的区别：
1、内存上读写数据的速度快，外存的读写数据的速度慢（速度能差3-4个数量级，也就是几千倍，甚至上万倍）
2、内存空间比较小，外存空间比较大
3、内存比外存贵
4、内存的数据是“易失”，断电之后，数据就会丢失；外存的数据是“持久”的，断电之后，数据还在。
另外，
显卡（GPU），和CPU类似，CPU是通用计算芯片，GPU是专用计算芯片。
二、操作系统
操作系统是个搞管理的软件。对下，要管理硬件设备；对上，要给软件提供稳定的运行环境。是软件、硬件和用户之间交互的媒介。
应用程序不能直接操作硬件设备，要通过层层调用最终才可以达到目的。
java虚拟机是操作系统中的一个应用程序，在java虚拟机上运行的java代码很多都要通过系统调用，进一步和内核交互，在通过驱动程序操作硬件设备。
三、进程
一个跑起来的应用程序，就是一个进程。如果不在运行中，只能叫程序，不能叫进程。
进程也叫作任务。通过任务管理器可以查看到当前电脑上所有的进程。
进程是操作系统资源分配的基本单位。
3.1 PCB（进程控制块）— 描述进程属性的结构体
进程是一个重要的“软件资源”，是由操作系统内核负责管理的。
那么，操作系统内核是如何管理进程的呢？
进程有许多属性，使用PCB来描述进程属性。（PCB是一个C语言的结构体，叫做进程控制块。）然后通过双向链表，把多个PCB给串到一起。
创建一个进程，本质上就是创建一个PCB这样的结构体对象，把它插入到链表中；销毁一个进程，本质上就是把链表上的PCB结点删除掉；任务资源管理器查看到进程列表，本质上就是遍历这个PCB链表。
那么，PCB描述了进程的哪些核心属性呢？
1、pid：进程的身份标识符（唯一的数字）
2、内存指针：指向了自己的内存是哪些。
3、文件描述符表：硬盘上的文件等其他资源的分配
内存指针和文件描述符表这两个属性，描述了进程持有了哪些硬件资源（硬件资源是指内存，硬盘，网卡，CPU等）
4、进程调度相关的属性：
（1）进程的状态：
- 就绪状态：随叫随到，进程随时准备好了去CPU上执行
- 运行状态：正在CPU上执行
- 阻塞状态：如进程在进行密集的IO操作，在读写数据，短时间无法到CPU上执行。
（2）进程的优先级：决定了分配CPU资源的先后顺序和多少的问题。
（3）上下文：即存档读档，CPU的寄存器上存储了程序运行过程中的中间结果，即一些值。
保存上下文，把这些CPU寄存器的值记录到PCB中，
恢复上下文，就是把PCB中的这些寄存器值恢复回去，使进程可以在CPU上接着上次的状态继续运行。
（4）记账信息：操作系统会统计每个进程在CPU上占用的时间和执行的指令数目，根据这个来决定下一阶段如何调度。
3.2 CPU分配 — 进程调度
进程调度是用来解决CPU分配的问题的。CPU很少，进程很多，想要让有限的CPU调度执行很多的进程，就需要进程调度。
首先，操作系统里有个调度器。其次，PCB里有进程调度相关的属性。通过调度器，再加上PCB里的进程调度相关属性的支持，通过并行和并发的方式，最终完成CPU的分配。
3.3 内存分配 — 虚拟地址
程序中获取到的内存地址，并不是真是的物理内存的地址，而是抽象出来的虚拟地址。
物理地址，内存条上的真实地址，给进程分配内存时，如果一个进程出现bug，访问内存越界，就会导致其他原本正常运行的进程出现问题。所以，
引入虚拟地址空间，由操作系统和专门的硬件设备负责进行虚拟地址到物理地址的转换。这样就可以对进程使用的内存空间进行“隔离”，避免进程之间相互影响。具体过程如下：
MMU硬件设备会将分配给进程的虚拟地址映射到物理内存上，MMU只能识别分配给进程的那一段虚拟地址，当进程出现访问内存越界，MMU识别不了此虚拟地址，就会直接向进程发送一个 SIGN SEGEMENT FAULT 信号，引起该进程崩溃，不会影响到其他正常运行的进程。
3.4 进程间通信
搞一个多个进程都能访问到的“公共空间”，基于这个公共空间进行交互数据。如基于文件，基于网络等形式。