指令集

存儲在CPU內(nèi)部早歇，對CPU運(yùn)算進(jìn)行指導(dǎo)和優(yōu)化的指令集合焰檩。擁有這些指令集憔涉，CPU就可以更高效地運(yùn)行。例如：x86指令集析苫。
計(jì)算機(jī)就是指揮機(jī)器工作的指示和命令兜叨，程序就是一系列按一定順序排列的指令，執(zhí)行程序的過程就是計(jì)算機(jī)的工作過程衩侥。一臺計(jì)算機(jī)中的所有指令的集合浪腐，稱作指令集。程序員用各種語言編寫的程序要翻譯（編譯或解釋）成以指令形式表示的機(jī)器語言之后顿乒，才能在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。計(jì)算機(jī)硬件完成各條指令所規(guī)定的操作泽谨，并保證按程序所規(guī)定的順序執(zhí)行指令璧榄，所以指令系統(tǒng)反映了計(jì)算機(jī)的基本功能特漩，是硬件設(shè)計(jì)人員和程序員都能見到的機(jī)器的主要屬性。

計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)

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SMP與多核

原因：在制造CPU的工藝方面已經(jīng)達(dá)到了物理極限，除非再有本質(zhì)的突破阱持，否則CPU的頻率會一直被目前4GHz的“天花板”限制夭拌。（主頻和實(shí)際的運(yùn)算速度存在一定的關(guān)系，但并不是一個(gè)簡單的線性關(guān)系紊选，但提高主頻對于提高CPU運(yùn)算速度至關(guān)重要啼止。）
SMP（Symmetrical Multi-Processing）:對稱多處理器，簡單地講就是每個(gè)CPU在系統(tǒng)所處的地位和所發(fā)揮的功能都是一樣的兵罢，是相互對稱的献烦。理論上講，速度的提高與CPU的數(shù)量成正比卖词，但實(shí)際并非如此巩那，因?yàn)槲覀兊某绦虿⒉皇嵌寄芊纸獬扇舾蓚€(gè)完全不相干的子問題。當(dāng)然在同時(shí)處理大量請求的時(shí)候此蜈，像大型數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上是很有用的即横。
多處理器：SMP的簡化版，共享比較昂貴的緩存部分裆赵，只保留多個(gè)核心东囚。

CPU、存儲器和I/O設(shè)備

不要讓CPU打盹

多道程序（Multiprogramming）:當(dāng)某個(gè)程序暫時(shí)無需使用CPU時(shí)战授，監(jiān)控程序就把另外正在等待CPU資源的程序啟動页藻，使得CPU能夠充分地利用起來桨嫁。
缺點(diǎn)：調(diào)度策略太粗糙，程序之間不分輕重緩急份帐。
分時(shí)系統(tǒng)（Time-Sharing System）:每個(gè)程序運(yùn)行一段時(shí)間后都主動讓出CPU璃吧。
缺點(diǎn)：任何一個(gè)程序死循環(huán)會導(dǎo)致系統(tǒng)死機(jī)。（這里存疑废境，可能是跑不到系統(tǒng)調(diào)用了）
多任務(wù)（Multi-tasking）:操作系統(tǒng)接管所有硬件資源畜挨，并且本身處在一個(gè)受硬件保護(hù)的級別。所有的應(yīng)用程序都以進(jìn)程的方式運(yùn)行在比操作系統(tǒng)權(quán)限低的級別噩凹，每個(gè)進(jìn)程有自己獨(dú)立的地址空間巴元，相互隔離。CPU由操作系統(tǒng)一分配栓始，如果運(yùn)行超過了一定時(shí)間务冕，操作系統(tǒng)會停止該進(jìn)程，將CPU資源分配給其他進(jìn)程幻赚。如果分配的時(shí)間很短禀忆，就能快速地切換。目前幾乎所有的操作系統(tǒng)都采用這種方式落恼。

I/O設(shè)備

這里提一下文件系統(tǒng)箩退，文件系統(tǒng)管理著硬盤中文件的存儲方式。一個(gè)硬盤往往有多個(gè)盤面佳谦，盤面分兩面戴涝，每面安裝同心圓劃分為若干磁道。每個(gè)磁道劃分為多個(gè)扇區(qū)钻蔑，每個(gè)扇區(qū)一般為512字節(jié)啥刻。但是我們可以想象，同心圓的周長不一樣咪笑，如果每個(gè)磁道都擁有相同數(shù)量的扇區(qū)可帽，那么越外面就越稀，這樣浪費(fèi)空間窗怒；如果數(shù)量不一樣映跟，計(jì)算起來又十分麻煩。現(xiàn)在的硬盤使用一種叫LBA的方式解決以上問題扬虚，即整個(gè)硬盤中所有的扇區(qū)從0開始編號努隙，一直到最后一個(gè)扇區(qū)，這個(gè)扇區(qū)編號叫邏輯扇區(qū)號辜昵。

內(nèi)存不夠怎么辦

早期的程序直接運(yùn)行在物理內(nèi)存上荸镊，除了物理內(nèi)存的大小限制以外，還有以下三個(gè)問題：

1. 地址空間不隔離：程序直接訪問物理地址，所使用的內(nèi)存空間不是相互隔離的贷洲，可以修改到其他程序的數(shù)據(jù)收厨。
2. 內(nèi)存使用效率低：多個(gè)程序一起運(yùn)行，內(nèi)存不足的時(shí)候要不停的換入換出大量數(shù)據(jù)优构。
3. 程序運(yùn)行的地址不確定：程序每次裝入運(yùn)行時(shí)，都需要分配一塊足夠大的空閑區(qū)域雁竞，區(qū)域位置不確定钦椭，給程序編寫造成了麻煩，這涉及到程序的重定位問題碑诉。
   解決的思路是增加中間層彪腔。計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的任何問題都可以通過增加一個(gè)間接的中間層來解決，這就是虛擬地址的由來與用處进栽，通過虛擬地址映射到物理地址的過程德挣，達(dá)到了空間隔離的效果。

線程

線程是程序執(zhí)行流的最小單元快毛，多線程可以避免程序的卡頓格嗅。
線程可以訪問進(jìn)程內(nèi)存里的所有數(shù)據(jù)，甚至包括別的線程的堆棧（知道堆棧地址）唠帝，它也有自己的私有存儲空間：

• 棧（盡管可以被其他線程訪問屯掖，一般還是認(rèn)為是私有的）
• 線程局部存儲（Thread Local Storage，TLS）襟衰，容量很小贴铜。
• 寄存器，寄存器是執(zhí)行流的基本數(shù)據(jù)瀑晒，因此為線程私有绍坝。

鎖

信號量：初始值為N的信號量允許N個(gè)線程并發(fā)訪問，線程獲取信號量后苔悦，N減一轩褐，釋放N+1，如果信號量小于0间坐，獲取的線程線程進(jìn)入等待狀態(tài)灾挨，待其他線程釋放后再喚醒。
互斥量：和二元信號量類似（N=1）竹宋，不同的是劳澄，信號量可以被任意線程獲取和釋放，互斥量要求誰獲取蜈七，誰釋放秒拔。
臨界區(qū)：與以上兩種的區(qū)別在于，臨界區(qū)的作用范圍僅限于本進(jìn)程飒硅，其他進(jìn)程無法獲取該鎖砂缩。
讀寫鎖：以上三種對于讀取頻繁作谚，偶爾寫入的情況比較低效，讀寫鎖可以避免這個(gè)問題庵芭。讀寫鎖有兩種獲取方式妹懒，共享和獨(dú)占。自由鎖可以被任意進(jìn)程任意方式獲取双吆，并置為對應(yīng)狀態(tài)眨唬；共享鎖能被任意進(jìn)程以共享方式獲取，但以獨(dú)占方式的話好乐，需要等待其他所有線程釋放匾竿；獨(dú)占鎖組織任何線程獲取。

過度優(yōu)化

1. 編譯器為了提高速度蔚万，將變量緩存到寄存器而不寫回岭妖。
2. 編譯器的動態(tài)調(diào)度，可能交換相鄰指令的執(zhí)行順序反璃。
3. CPU的動態(tài)調(diào)度昵慌， 可能交換相鄰指令的執(zhí)行順序。

1和2可以通過volatile關(guān)鍵字阻止過度優(yōu)化版扩，3不存在平臺無關(guān)的指令废离，不同的CPU提供的指令名稱不同。

API的提供者是運(yùn)行庫礁芦，什么樣的運(yùn)行庫提供什么樣的API蜻韭，最常見的32位Windows提供的API叫Win32。

運(yùn)行庫使用操作系統(tǒng)提供的系統(tǒng)調(diào)用接口柿扣。

操作系統(tǒng)內(nèi)核層是硬件接口的使用者肖方，而硬件是接口的提供者。