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IT行业程序开发使用到了很多种高级语言比如Java,C,Python,JavaScript，也有个别领域用到了低级语言即汇编语言,这些都是程序语言,程序语言就是人类能够理解的语言，计算机硬件也有语言即机器指令，这些机器指令只有机器能够理解。 下面我整理了下程序语言与计算机硬件的层次,梳理一下,就叫做计算机层次结构吧（事先声明:下文介绍的主要PC机器,服务器,手机的计算机层次结构，其他类型的计算机（超级计算机,量子计算机,模拟计算机等）层次结构会有不同，不做介绍）。 计算机层次结构计算机层次结构表示的从应用软件级别到晶体管级别的层次结构,如下图所示,左侧为对应层级的相关从业人员或者使用人员,右侧为层次之间的构成情况，如下图所示  计算机层次结构 1.1应用这个不必细说,目前我们用到的QQ,微信,支付宝，各类企业应用都属于这一层。 1.2 高级语言高级语言不涉及计算机底层硬件,所以你开发好的程序，经过合适的编译器编译后（当然也得有），可以在任何计算机硬件上运行。 程序语言有C,Java,Phthon等几十种，每一种都有它的应用场景，下面简单介绍C，Java,Phthon的使用场景。 C语言是高级语言中最底层的，在高级语言中效率也是最高的，主要是用于操作系统,网络协议,驱动程序,监控系统等性能要求比较高的领域,所谓C生万物,几乎所有的其他高级语言的编译器都是基于C实现的，所以C语言可以认为是其他高级语言的祖宗。 Java语言属于一种解释性和编译性都具备的语言，在一些大型的企业应用,网站用得比较多,通过虚拟机，由虚拟机将Java字节码翻译成机器指令。 Phthon语言属于一种解释性语言，与Java类似，它也有自己的解释器，将python文件翻译为机器指令,python主要用于一些数据计算，分析，人工智能,运维领域，这门语言简单，好学，不懂计算机知识的人，也可以很快入门。 1.3 低级语言低级语言即汇编语言, 高级语言通过合适的汇编器就可以被翻译成汇编语言，汇编语言是程序语言中最底层了,它与计算机硬件相关，每类计算机硬件（相同的指令集架构的硬件可以归为一类）都有各自的汇编语言,例如基于X86 64位的汇编语言,基于ARM的汇编语言,这里所说的X86,ARM指的是指令集体系架构，下个章节会讲到。 汇编语言由于跟计算机硬件是一对一的，紧密关联的，因此通常用于一些跟底层硬件紧密相关的开发工作，目的就是充分发挥这些硬件的优势，比如用C语言开发操作系统时，会用到一些汇编指令，这些汇编指令是某类计算机硬件独有的，通过这些汇编指令，能高效地利用这类计算机硬件的优势，因此汇编语言不能跨硬件。 1.4 机器指令/微体系架构机器指令是二进制指令，指令的长度通常跟硬件的位数相同，例如X86 64位就表示机器指令的长度是64位，高级语言可以直接通过编译器翻译成机器指令，也可以先通过汇编器翻译成汇编语言，然后再将汇编语言翻译成机器指令，再就是对于一些解释性语言如Java,可以通过编译器翻译为中间指令(字节码)，Java的解释器可以解释这些中间指令为机器指令，如下图为C语言和Java语言的编译和解释过程。  C语言的编译过程  Java语言解释过程 微体系架构是什么呢，先来说说指令集体系架构(ISA)吧，指令集体系架构就是从汇编程序员的角度看计算机硬件，即计算机硬件提供些什么机器指令，有多少种指令，每种指令的格式，数据和指令的长度（64位还是32位），有哪些寄存器存储临时数据，数据以什么样的方式进行存储等，它是一套标准规范。 微体系架构就是指令集体系架构的具体实现，汇编程序员只知道采用 ADD P,Q,N的汇编指令可以实现加法运算，不需要考虑它是怎么实现的，具体实现由微体系架构进行处理。 1.5 晶体管晶体管是一种控制电流流动的装置，其实就是一个开关，打开开关，电流通了，关闭开关，电流断了，怎么来打开和关闭开关呢，是通过电子的方式来实现的，主要原理就是通过在晶体硅的基础上，利用P型和N型，氧化硅（一种绝缘玻璃）以及晶体管连接到其他部分的金属导线，形成MOSFET电路，是不是有点抽象，可以忽略这个概念，只要明白晶体管就是一个电子开关就可以了，看下图  正极晶体管 当栅极加正电压时，源极与漏极之间的电阻减小，电流从源极流向漏极。  负极晶体管 当栅极加负电压时，源极与漏极之间的电阻减小，电流从源极流向漏极。 所以可以根据这两类晶体管互相连接，形成各类的逻辑门，以非门为例  非逻辑门 当输入1电压即正电压时,下方的晶体管电流通过，零电压输出，所以输出0。 当输入0电压即负电压时,上方的晶体管电流通过,正电压输出，所以输出1。 其他逻辑门不再阐述，都是通过晶体管连接而成。 1.6 逻辑门正如1.5章节说的，晶体管有两种状态，要么有电流通过，要么没有电流通过，因此可以通过这两种状态进行任意的逻辑组合，可以形成与门，或门，与非门，或非门，非门，异或门等常用的逻辑门。  与门
 或门
 与非门
 或非门
 异或门
非门
逻辑门可以进行任意连组合，如下图 任意逻辑门组合 上图有3个输入即X,Y,Z，它的布尔表达式为 X and (Z nor (not Y)) 将或非逻辑门转化后即 X and not (Z or (not Y))，它的输出真值表为
1.7 集成电路通过逻辑门的任意组合可以形成各类逻辑电路，如锁存器,触发器,时钟等。 锁存器 可以通过一个开关，打开开关后，输入的值可以直接连接到输出，关闭开关后，输入的值无效，从而可以保留上一次输出的值，这样的话，多个锁存器组合起来就可以实现寄存器了。 触发器 连续相同的输入可以被忽略，只有当输入发生变化时，触发器才会响应输出，例如0变成1,1变成0，触发器将会触发，如果输入连续不变，则触发器不会触发，可以通过触发器实现二进制计数器，译码器等。 时钟 可以通过非门实现，非门的输出作为输入，就可以形成连续的0101，持续不断地发送电路信号。 将任意个逻辑电路进行组合集成就是集成电路，可以形成诸如寄存器，ALU（逻辑算数单元），时钟等，这些设计就比较复杂了，不再详述。 |
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